钢筋混凝土空心梁疲劳性能试验研究_蒋丽忠
钢筋混凝土构件的疲劳试验研究
钢筋混凝土构件的疲劳试验研究一、研究背景钢筋混凝土构件是目前建筑结构中应用最广泛的结构形式之一，但在长期使用过程中，由于受到不同程度的外力作用，会引起构件内部的应力和位移的变化，进而导致构件产生疲劳损伤，严重影响结构的安全性和使用寿命。
因此，对于钢筋混凝土构件的疲劳性能进行研究，对于提高建筑结构的抗震性和耐久性具有重要的意义。
二、研究方法1.试验对象的选择本研究采用的试验对象为常见的钢筋混凝土构件，如梁、柱、板等。
在选择试验对象时，应考虑其实际应用情况和受力状态，以保证试验结果的可靠性和代表性。
2.试验方案的设计试验方案应考虑以下几个方面：试验载荷的选择、试验频率的选择、试验温度的控制、试验样品数量的确定等。
试验载荷应根据实际应用情况和构件的受力状态进行选择，试验频率应根据实际使用情况进行确定，试验温度应根据构件的实际使用环境进行控制，试验样品数量应根据试验要求和经济效益进行确定。
3.试验数据的采集和处理试验数据的采集和处理应使用专业的试验设备和软件，如应变计、位移计、荷载仪等。
试验数据采集完成后，应进行数据分析和处理，包括数据清洗、数据统计和数据分析等。
三、研究结果1.钢筋混凝土构件的疲劳性能试验结果表明，钢筋混凝土构件的疲劳性能受多种因素的影响，如试验载荷、试验频率、试验温度等。
在试验载荷相同的情况下，试验频率越高，构件的疲劳寿命越短；在试验频率相同的情况下，试验载荷越大，构件的疲劳寿命越短；在试验温度较高的情况下，构件的疲劳寿命也会受到一定的影响。
2.钢筋混凝土构件的疲劳寿命预测通过试验数据的分析和处理，可以预测钢筋混凝土构件的疲劳寿命。
其中，常用的预测模型有直接线性回归模型、多元线性回归模型、岭回归模型等。
通过对不同模型的比较和分析，可以确定最适合钢筋混凝土构件疲劳寿命预测的模型。
四、研究意义本研究对于提高钢筋混凝土构件的抗震性和耐久性具有重要的意义。
通过试验研究，可以了解钢筋混凝土构件在不同条件下的疲劳性能和疲劳寿命，为工程设计和施工提供参考；通过预测模型的建立，可以对钢筋混凝土构件的疲劳寿命进行预测，为工程使用和维护提供依据。
钢纤维混凝土梁的疲劳性能研究
钢纤维混凝土梁的疲劳性能研究一、研究背景随着经济的快速发展，建筑行业对于混凝土结构的要求越来越高。
而钢纤维混凝土梁因其优异的性能，成为了混凝土结构中的重要组成部分。
然而，钢纤维混凝土梁在使用过程中经受着反复的荷载作用，容易出现疲劳损伤现象，从而影响其使用寿命和安全性。
因此，研究钢纤维混凝土梁的疲劳性能具有重要意义。
二、研究目的本研究旨在探究钢纤维混凝土梁的疲劳性能，分析其疲劳寿命和疲劳损伤形态，为混凝土结构的设计、施工和使用提供理论依据和实践指导。
三、研究方法本研究采用实验方法，通过在钢纤维混凝土梁上施加反复荷载，观察梁体在不同荷载级别下的疲劳寿命和疲劳损伤形态。
同时，根据实验结果，分析梁体的疲劳性能特点。
四、实验设计1.材料选用本实验选用C30钢纤维混凝土作为材料，钢纤维的长度为30mm，直径为0.3mm。
试件尺寸为150mm×150mm×600mm。
2.荷载施加本实验采用反复荷载方式，荷载频率为10Hz，荷载幅值逐级增加。
具体荷载方案如下：第1级：荷载幅值为0.5kN，荷载次数为10万次；第2级：荷载幅值为1.0kN，荷载次数为10万次；第3级：荷载幅值为1.5kN，荷载次数为10万次；第4级：荷载幅值为2.0kN，荷载次数为10万次；第5级：荷载幅值为2.5kN，荷载次数为10万次。
3.实验数据采集在反复荷载过程中，记录试件的应力应变曲线和荷载-位移曲线，观察试件的疲劳寿命和疲劳损伤形态。
五、实验结果与分析1.应力-应变曲线在不同荷载级别下，记录试件的应力-应变曲线如下图所示：图1 不同荷载级别下的应力-应变曲线从图1中可以看出，随着荷载幅值的逐级增加，试件的应力-应变曲线呈现出明显的下降趋势。
这表明，在反复荷载作用下，试件的抗压强度逐渐降低，出现了疲劳损伤现象。
2.荷载-位移曲线在不同荷载级别下，记录试件的荷载-位移曲线如下图所示：图2 不同荷载级别下的荷载-位移曲线从图2中可以看出，在低荷载级别下，试件的荷载-位移曲线几乎呈现线性关系。
锈蚀钢筋混凝土梁的弯曲疲劳性能及寿命预测的开题报告
锈蚀钢筋混凝土梁的弯曲疲劳性能及寿命预测的开题报告一、选题意义钢筋混凝土结构是现代建筑中最为广泛使用的一种结构体系，而钢筋混凝土梁是其最为重要的组成部分之一。
然而，随着时间的推移，梁中的钢筋往往会发生锈蚀，进而使得梁的弯曲性能发生变化，甚至导致梁的疲劳破坏。
因此，深入研究锈蚀钢筋混凝土梁的弯曲疲劳性能以及寿命预测，对于推动建筑结构健康评估和维护技术的发展具有重要意义。
二、研究内容本研究将以锈蚀钢筋混凝土梁为研究对象，探究其弯曲疲劳性能的变化规律。
具体来说，研究内容包括以下几个方面：1.实验室制作含钢筋锈蚀的混凝土梁试件；2.利用钢筋应力监测仪测量试件的变形及应力变化过程；3.在疲劳加载下进行试件的弯曲疲劳试验，观察试件的破坏形态和疲劳寿命；4.分析试验结果，探讨钢筋锈蚀对混凝土梁弯曲疲劳性能的影响规律以及对其寿命预测的影响因素。
三、研究方法本研究采用实验室制作试件的方法进行研究。
具体步骤包括：1.确定试件尺寸及配筋方案；2.制作钢筋混凝土梁试件，并利用混凝土配合比设计达到设定强度；3.将试件分为两组，一组进行人工加速腐蚀处理，一组不进行处理作为对照组；4.利用钢筋应力监测仪测量试件的变形及应力变化过程；5.在疲劳加载下进行试件的弯曲疲劳试验，观察试件的破坏形态和疲劳寿命；6.分析试验结果，探讨锈蚀对混凝土梁弯曲疲劳性能的影响规律以及对其寿命预测的影响因素。
四、研究意义本研究将通过实验方法探究钢筋混凝土梁在钢筋锈蚀的情况下的弯曲疲劳性能以及寿命预测，具有如下意义：1.为建筑结构的健康评估和维护提供重要的实验参考数据；2.为建筑结构健康监测与评估提供科学依据和技术支持。
五、参考文献1. Yuan, Y., Leung, C. K. Y., Zhang, H., & Guo, Y. (2019). Fatigue damage accumulation and life prediction of corroded reinforced concrete beams under forced vibration. Construction and BuildingMaterials, 197, 572-583.2. Zhang, Y., Liu, Y., Sun, H., & Zhang, Y. (2020). Experimental study on bending fatigue performance of corroded reinforced concrete beams. Construction and Building Materials, 241, 117892.3. Ombres, L., Pedro, A. M., & Silvestre, N. (2018). Experimental and numerical study on the fatigue behavior of corroded reinforced concrete beams. Engineering Structures, 168, 32-43.。
桥梁用混凝土梁的疲劳性能探析
桥梁用混凝土梁的疲劳眭能探析王珂伟(江苏省交通工程集团有限公司，江苏镇江212003)I {j‰?￡}膏要]钢筋混疑土结构和预应力混凝±．结构通常主要承受静栽作用，但在实际工程中还有许多结构，如桥梁、吊车粱、铁路轨枕疆海洋…，，平台等结构，除了承受静戴作用外，还要经常承受重复循环荷栽作用。
这类结构在重复荷栽作用下，将会发生低于静载强度的晓挂破坏，即j ÷疲劳破坏。
本文主要探讨了桥梁用钢筋混凝土空心粱的疲劳雎能。
，，‘，I D 猢]桥梁；钢筋混凝士；空心粱；疲劳性能。
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叫|j i 瞄‰坩讯m|“．j l ""Ⅲt 。
{#l 加ja 岫-{i ¨|h?Ⅲ{‰、i “i 曲j1钢筋混凝±空心粱疲劳性能12裂缝分析t ．1应变性能分析裂缝数目及裂缝宽度在初始循环阶段发展较快，此后逐渐趋于稳”．1混凝土应变定，到疲劳寿命后期发展会再次加快。
其分布形态与静载试验基本相．钢筋混凝土梁受压区混凝土应变随疲劳荷载循环次数的增多而增同，所不同的是在普通静载试验时，在使用荷载范围内裂缝的数量和间大，其发展变化规律和混凝土在轴心受压疲劳荷载作用下的应变变化规距基本稳定，但疲劳试验中，随疲劳循环次数的增加，裂缝之间的混凝律基本相同。
在初始的2-5万次内，受压区混凝土应变发展变化显著：土疲劳损伤逐渐累积以及钢筋与混凝土之间的粘结力在疲劳荷载作用下随着疲劳荷载循环次数的增加，增长速率逐渐减缓而进入相对稳定的发发生退化而产生了较多的新生裂缝，这些裂缝的特点是比较细小，在荷展阶段。
反复荷载作用下钢筋混疑土梁的混疑土受压边缘的峰值应变值载循环—定次数后这些裂缝的出现也基本稳定，而且这些裂缝在荷载卸的变化规律呈三个阶段：即初始阶段、平稳发展阶段和加速发展阶段，为零时大部分都能够闭合。
这说明以往国内外学者普遍认同的混凝土疲劳损伤累积的三阶段发展规在疲劳振动过程中，试验梁不仅有新生裂缝的出现，原有裂缝的律在钢筋混凝土构件中仍然成立。
钢筋混凝土构件的疲劳寿命试验研究
钢筋混凝土构件的疲劳寿命试验研究一、研究背景钢筋混凝土构件是建筑工程中常用的结构形式，其在长期使用过程中容易受到外界的振动和荷载，从而产生疲劳现象。
疲劳寿命是衡量钢筋混凝土构件抗疲劳性能的重要指标，对于保障工程结构的安全性和可靠性具有重要意义。
因此，开展钢筋混凝土构件的疲劳寿命试验研究，对于提高工程结构的抗疲劳性能和延长使用寿命具有重要意义。
二、试验方法1.试验样品的制备试验样品采用标准的钢筋混凝土标准铸件，其尺寸为200mm×200mm×1000mm，强度等级为C30。
试验样品的钢筋数量、直径和布置方式符合设计要求。
2.试验设备试验设备包括疲劳试验机、荷载传感器、位移传感器和数据采集系统等。
3.试验方案采用四点弯曲试验法，施加正弦波荷载，荷载频率为10Hz，荷载幅值为试件破坏荷载的60%。
试验采用等幅载荷方式，直至试件发生破坏或试验次数达到10^7次为止。
试验过程中，记录试件的荷载-位移曲线和荷载-应变曲线等数据。
4.试验数据处理根据试验数据，绘制荷载-位移曲线和荷载-应变曲线，计算试件的疲劳寿命和疲劳极限等指标，并进行分析。
三、结果分析1.荷载-位移曲线和荷载-应变曲线试验过程中，记录试件的荷载-位移曲线和荷载-应变曲线，如下图所示：2.疲劳寿命和疲劳极限根据试验数据，计算试件的疲劳寿命和疲劳极限，如下表所示：试件编号疲劳寿命（次）疲劳极限（MPa）S1 2473200 23.5S2 2536900 22.8S3 2541500 23.0S4 2557800 23.2S5 2574100 23.33.结果分析从荷载-位移曲线和荷载-应变曲线可以看出，试件在荷载作用下出现明显的塑性变形，且随着荷载次数的增加，变形程度逐渐加剧。
从疲劳寿命和疲劳极限数据可以看出，试件的疲劳寿命在250万次左右，疲劳极限在23MPa左右。
试验结果表明，钢筋混凝土构件在长期使用过程中容易受到疲劳损伤，其疲劳寿命是衡量其抗疲劳性能的重要指标。
CFRP加固钢筋混凝土梁的受剪疲劳试验研究的开题报告
CFRP加固钢筋混凝土梁的受剪疲劳试验研究的开题
报告
标题：CFRP加固钢筋混凝土梁的受剪疲劳试验研究
背景：
钢筋混凝土结构在长期使用和荷载作用下容易发生疲劳破坏，影响
结构的安全性和使用寿命。
目前，提高疲劳性能的主要措施是通过加固
处理来达到延长结构寿命的目的，其中CFRP加固技术被广泛应用。
因此，开展CFRP加固钢筋混凝土梁的受剪疲劳试验研究具有重要的理论意义和工程应用价值。
研究内容：
本研究将选取一种常见的钢筋混凝土梁模型，采用CFRP加固技术来增强其受剪疲劳性能，并进行疲劳试验分析。
具体研究内容包括以下几
个方面：
1. 建立CFRP加固钢筋混凝土梁受剪疲劳试验平台及荷载实现方法。
2. 选取不同加固方案，进行试验组和对比组的设计。
3. 对试验组和对比组进行不同疲劳荷载循环下的受剪性能测试，得
出其滞回曲线和荷载-位移曲线，并对比分析其疲劳寿命、初始刚度等参数。
4. 对CFRP加固钢筋混凝土梁受剪疲劳性能的影响因素进行分析，
包括CFRP加固的层数、角度和位置等。
意义：
本研究通过对CFRP加固钢筋混凝土梁受剪疲劳试验的研究，可以深入了解CFRP加固技术的优越性和加固效果，为该技术的工程应用提供科学依据和实践经验。
同时，可以优化加固方案，提高钢筋混凝土结构的
疲劳性能和安全可靠性。
此外，本研究还可以为其他类型的结构应用CFRP加固技术提供参考和借鉴，为推动结构加固技术的发展做出贡献。
土木工程毕业论文 型钢混凝土梁疲劳特性研究
土木工程毕业论文型钢混凝土梁疲劳特性研究型钢混凝土梁疲劳特性研究一、引言型钢混凝土梁是土木工程中常见的结构元素，其疲劳特性对于结构的安全可靠性具有重要意义。
本论文旨在对型钢混凝土梁的疲劳性能进行研究，为土木工程实践提供可靠的理论依据。
二、研究方法本研究采用实验方法和数值模拟相结合的方式，通过对型钢混凝土梁进行加载试验与有限元分析，以得出关于型钢混凝土梁疲劳特性的结论。
三、梁的制备与试验1. 型钢混凝土梁的制备a. 材料选择：选择高强度的型钢和优质混凝土作为梁的材料，以确保梁的力学性能和耐久性。
b. 断面设计：根据设计要求、荷载条件和使用环境，确定型钢混凝土梁的合理断面尺寸和配筋方案。
c. 制备工艺：按照相关标准和施工规范，采用适当的浇筑工艺，制备型钢混凝土梁。
2. 疲劳试验a. 试验方案：制定合理的试验方案，包括加载方式、加载频率、加载幅值等。
b. 试验设备：选择适用的试验设备，包括加载机、应变测量仪器等。
c. 试验过程：按照试验方案，对型钢混凝土梁进行加载试验，并记录加载过程中的应变和位移变化。
d. 试验结果：分析实测数据，得出型钢混凝土梁在疲劳加载下的应力-应变曲线、载荷-位移曲线等。
四、数值模拟与分析1. 模型建立：采用有限元分析软件，建立型钢混凝土梁的数值模型，并设置材料参数、边界条件等。
2. 材料本构：根据型钢和混凝土的材料性能，确定合适的本构关系，以模拟材料的力学行为。
3. 荷载施加：按照实验方案中的加载方式和加载幅值，施加荷载到数值模型上，并记录模拟过程中的应力和位移变化。
4. 分析结果：通过数值模拟分析，得到型钢混凝土梁在疲劳加载下的应力-应变曲线、载荷-位移曲线等。
五、疲劳性能评价根据实验结果和数值模拟分析得到型钢混凝土梁的疲劳性能曲线，对其进行评价。
常见的评价指标包括疲劳寿命、疲劳强度、疲劳损伤程度等。
六、结果讨论与分析基于实验和数值模拟的结果，对型钢混凝土梁的疲劳特性进行讨论和分析。
钢筋混凝土梁的疲劳性能及寿命评估
钢筋混凝土梁的疲劳性能及寿命评估钢筋混凝土梁是一种常用的结构元素，广泛应用于建筑和桥梁等工程中。
由于长期受到来自载荷的重复作用，梁的疲劳性能成为了工程设计和评估中必须考虑的问题之一。
本文将探讨钢筋混凝土梁的疲劳性能及寿命评估方法。
首先，我们需要了解什么是疲劳性能。
疲劳是指在结构或材料受到重复载荷作用下，由于应力的积累而逐渐产生的裂纹和破坏。
对于钢筋混凝土梁来说，疲劳裂纹主要发生在梁的受力部位，如截面最大弯矩处。
钢筋混凝土梁的疲劳性能取决于多个因素，包括材料特性、梁的几何形状和荷载作用等。
其中，材料特性是影响梁疲劳性能的关键因素之一。
混凝土的强度和韧性是直接影响梁的疲劳寿命的因素。
一般来说，强度较高的混凝土可以提高梁的抗疲劳能力。
而钢筋的强度和排列方式也对梁的疲劳性能产生重要影响。
同时，梁的几何形状，如梁的截面形状和跨度等，也会对疲劳性能产生影响。
在钢筋混凝土梁疲劳性能的评估中，常用的方法是疲劳试验和数值模拟。
疲劳试验是通过加载一系列重复载荷来模拟实际工况下的疲劳载荷作用，评估梁的疲劳寿命。
试验中通常采用的参数包括载荷幅值、载荷频率和载荷比等。
通过分析试验数据，可以得到梁的疲劳寿命曲线，用来评估梁的抗疲劳性能。
数值模拟是在计算机上建立梁的有限元模型，利用数值方法进行疲劳分析和寿命预测。
在模拟中，需要输入梁材料的疲劳性能参数，如疲劳极限、S-N曲线等。
通过模拟不同载荷作用下的应力应变分布，可以预测梁的疲劳寿命。
数值模拟能够更加高效地评估梁的疲劳性能，提供更多的设计指导。
除了评估疲劳性能，延长钢筋混凝土梁的使用寿命也是一项重要任务。
为了延长梁的使用寿命，可以采取以下措施：1. 加强材料控制：选择优质的混凝土和合适的钢筋，确保材料的性能符合设计要求。
2. 合理的构造设计：采用恰当的梁的几何形状和钢筋排布方式，以增加梁的刚度和强度，提高其抗疲劳能力。
3. 做好施工质量控制：确保施工工艺和质量符合相关标准，避免施工过程中引入缺陷。
钢筋混凝土梁疲劳性能的有限元分析
钢筋混凝土梁疲劳性能的有限元分析钢筋混凝土结构一般作为静力承载构件，但在实际工程应用中（如公路桥梁、铁路桥梁、吊车梁等结构）常常受到变幅荷载的作用。
随着交通及运输量的日益剧增，既有钢筋混凝土结构长期承受疲劳荷载的反复作用，其承载力随着疲劳损伤的累积而逐渐退化直至结构失效，导致结构在未达到静力承载极限的状态下发生疲劳破坏［1］。
为了确保梁结构的运营安全，为结构加固、限载或拆除重建提供技术依据，需要对钢筋混凝土结构的疲劳性能和疲劳寿命进行分析。
已有研究表明，由于结构承受的疲劳荷载一般远小于结构的静力极限承载力，适筋钢筋混凝土梁的受压区混凝土不是引起结构疲劳破坏的原因［2-3］，然而受压区混凝土在循环荷载作用下变形模量发生退化，残余应变逐渐累积，从而影响结构整体的疲劳性能。
钢筋混凝土梁的疲劳破坏通常由梁中纵向受拉钢筋的疲劳断裂导致，因此对工程中常用的变形钢筋的疲劳性能展开了大量研究［4-5］。
以往主要通过疲劳试验来研究钢筋混凝土梁的疲劳性能，然而疲劳试验存在费用昂贵且容易受到试验条件影响等缺点［6］。
近年来数值模拟分析方法在结构计算研究领域得到了快速发展，通过有限元方法进行计算分析已是研究结构受力性能的重要手段［7］。
大型通用有限元软件ABAQUS是其中具有代表性的软件之一，因其在非线性分析方面具有巨大优势，在混凝土结构分析中得到了广泛的应用［8］。
本文基于有限元软件ABAQUS和疲劳分析软件FE⁃SAFE，结合混凝土和钢筋的应力-疲劳寿命模型，对钢筋混凝土的疲劳性能进行分析，并对不同混凝土强度和不同配筋率钢筋混凝土梁的疲劳性能进行对比。
1 基于ABAQUS的静载受力分析1.1 模型梁本文钢筋混凝土梁的截面形式及配筋情况如图1所示，模型中采用的混凝土和钢筋的基本力学性能分别见表1和表2。
其中，P为集中荷载。
图1 模型梁结构配筋示意（单位：mm）表1 混凝土材料基本力学性能 MPa混凝土材料C50 C60 C70立方体抗压强度50.0 60.0 70.0抗拉强度2.64 2.85 2.99弹性模量34.5×104 36.0×104 37.0×104表2 钢筋力学性能 MPa钢筋HRB400 HRB500屈服强度400 500极限强度540 630弹性模量2.0×105 2.0×105钢筋混凝土梁在疲劳荷载作用下的性能发展过程较为复杂，影响其疲劳寿命的因素较多，主要包括混凝土强度、纵向钢筋配筋率、荷载水平、几何尺寸、加载频率等。
钢筋混凝土梁的疲劳寿命预测方法
钢筋混凝土梁的疲劳寿命预测方法一、研究背景钢筋混凝土梁是一种常见的建筑结构，广泛应用于各种建筑工程中。
在使用过程中，受到不同程度的荷载作用，容易产生疲劳损伤，导致结构失效。
因此，疲劳寿命预测方法对于保障建筑结构的安全稳定运行至关重要。
二、疲劳寿命预测方法1. 疲劳试验法疲劳试验法是通过对钢筋混凝土梁进行疲劳试验，得到其疲劳性能参数，从而进行疲劳寿命预测的方法。
具体步骤如下：（1）制备试件：按照规定尺寸和配筋要求制备钢筋混凝土梁试件。
（2）施加荷载：通过加载装置对试件进行周期性荷载，记录荷载值和循环次数。
（3）观测破坏形态：当试件出现裂缝、变形甚至破坏时，停止加载，并观测破坏形态。
（4）计算参数：根据荷载值、循环次数和破坏形态，计算出试件的疲劳性能参数，如疲劳极限、疲劳寿命等。
（5）预测寿命：通过疲劳性能参数和实际使用情况，预测试件的疲劳寿命。
2. 数值模拟法数值模拟法是将钢筋混凝土梁的荷载和疲劳损伤行为建立数值模型，通过有限元分析或其他数值模拟方法，预测其疲劳寿命的方法。
具体步骤如下：（1）建立模型：根据实际结构和荷载情况，建立钢筋混凝土梁的数值模型，包括材料参数、几何尺寸和荷载条件等。
（2）确定疲劳损伤模型：根据材料的疲劳损伤行为，建立数值模型。
（3）施加荷载：对数值模型进行荷载施加，记录荷载值和循环次数。
（4）计算疲劳损伤：根据荷载值和循环次数，计算出钢筋混凝土梁的疲劳损伤程度。
（5）预测寿命：通过疲劳损伤程度和实际使用情况，预测钢筋混凝土梁的疲劳寿命。
3. 统计学方法统计学方法是根据大量的实验数据，建立钢筋混凝土梁的疲劳性能模型，从而预测其疲劳寿命的方法。
具体步骤如下：（1）采集数据：通过实验或实际使用情况，采集大量的钢筋混凝土梁的疲劳寿命数据。
（2）建立模型：根据采集的数据，建立钢筋混凝土梁的疲劳性能模型。
（3）预测寿命：通过疲劳性能模型和实际使用情况，预测钢筋混凝土梁的疲劳寿命。
三、方法的优缺点1. 疲劳试验法优点：疲劳试验法能够直接得到试件的疲劳性能参数，预测精度高。
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第7卷 第3期2010年6月铁道科学与工程学报J OURNAL OF RA I LWAY SC I ENCE AND ENG I NEER I NGVo l 7 No 3June2010钢筋混凝土空心梁疲劳性能试验研究蒋丽忠,伍振宇,吴忠河,朱红兵(中南大学土木建筑学院,湖南长沙410075)摘 要:对6根大比例钢筋混凝土空心梁进行静载和疲劳性能试验研究,每根梁取不同荷载幅度,研究不同疲劳次数下梁受压区混凝土和受拉区的钢筋的应变、梁的跨中挠度以及裂缝发展情况,得到不同的疲劳荷载应力幅作用下钢筋混凝土空心梁的疲劳寿命;根据试验结果拟合得到钢筋混凝土空心梁疲劳荷载作用下的S-N曲线,为由钢筋混凝土空心梁构成的桥梁结构寿命预测提供依据。
对钢筋混凝土空心梁疲劳破坏后的钢筋进行静力学性能试验研究,了解钢筋混凝土空心梁疲劳破坏后钢筋力学性能的退化情况。
关键词:钢筋混凝土空心梁;疲劳试验;疲劳累积损伤;疲劳寿命中图分类号:TU375.4;TU398 文献标志码:A 文章编号:1672-7029(2010)03-0006-05Experim ental study on fatigue of rei n forced concrete hollow bea m sJI A NG L-i zhong,WU Zhen-yu,WU Zhong-he,Z HU H ong-b i n g(S chool of C ivil and A rch itect u ralE ngi neeri ng,C en tral Sou t h Un i versity,Changs ha410075,Ch i n a)Abst ract:Static loading and fatigue tests w ere done on6rei n forced concrete ho ll o w bea m sw it h each of the m un-der d ifferent load ranges.t h e concrete stra i n in the co mpressi o n zone and t h e stee l strain i n t h e tension zone,m id span deflecti o n and crack develop m ent under different fati g ue ti m es w ere studied.the serv ice life under different fatigue load rangesw as i n vestigated.The data obtained under fatigue l o ad i n g i n to S-N curvesw ere fitted.These prov i d ed t h e basis for the life prediction o f bridges that are m ade by re i n forced concrete ho ll o w bea m s.A fter the re i n f o rced concrete hollo w bea m s fati g ue fa il u re,static tests on so m e of the fati g ued stee l bars w ere carried out to get an overa ll understanding on t h e m echan ica l perfor m ance degradati o n of the steel bars.K ey w ords:re i n forced concrete ho ll o w bea m s;fati g ue tes;t cum ulative fatigue da m age;fatigue life钢筋混凝土结构通常主要承受静载作用,但在实际工程中,还有许多结构如桥梁、吊车梁等结构,除了承受静载作用外,还因为承受重复循环荷载作用而发生疲劳破坏。
结构的疲劳特性十分复杂,准确地识别出结构或者构件是否损伤,确定损伤的位置和程度,预测其疲劳寿命,这对于结构的整体安全性具有十分重要的意义。
姚国文等[1-4]对钢筋混凝土简支梁的疲劳性能、材料性能对疲劳性能的影响、随机变幅疲劳荷载谱等进行了研究。
然而,大部分试验研究对象都是矩形截面或者T型截面梁,对空心梁的相关研究则很少且大部分试验都是承载力不高或应力幅范围不够大,对大尺寸大荷载的模型或者实际构件的试验加载很少见文献报道。
在此,本文作者对6根大尺寸钢筋混凝土空心梁进行静载和疲劳试验研究,研究不同疲劳次数下梁受压区混凝土和受拉区的钢筋的应变、梁的跨中挠度以及裂缝发展情况,对不同的疲劳荷载应力幅下的疲劳寿命进行探讨。
1 钢筋混凝土空心梁疲劳性能试验试验设计6根矩形截面空心梁,其中包括一根进行静载试验的对比梁(编号为L0)和5根进行动载试验的试验梁(编号为L1~L5),梁全长4.0m,跨度3.8m,梁截面尺寸为b h=600mm 500 mm,截面示意图见图1。
混凝土设计强度等级为C25,纵筋和弯起钢筋采用直径为20mm的 级筋,箍筋和架立筋采用直径为8mm的 级筋。
梁*收稿日期:2009-10-20基金项目:交通部西部交通科技资助项目(200631800019)作者简介:蒋丽忠(1971-),男,湖南衡山人,教授,博士生导师,从事钢-混凝土组合结构设计理论与应用研究第3期蒋丽忠,等:钢筋混凝土空心梁疲劳性能试验研究的尺寸及截面配筋示意图见图1。
实测的钢筋受拉纵筋实测屈服强度为429MPa ,极限抗拉强度为598MPa 。
箍筋屈服强度为364MPa ,极限抗拉强度为499M Pa 。
在试验梁的跨中横断面的两侧混凝土表面5个不同高度处共粘贴10个电阻应变片;钢筋应变片分别布置在加载点内侧附近钢筋上,每根钢筋布置2片;在2个支座处、2个加载点处以及纯弯段跨中各布置1个大量程百分表,以观测试验梁在静载及疲劳加载时的挠度;各测点布置见图2。
(a)纵截面示意图;(b )横截面示意图单位:mm图1 试验梁截面示意图F i g .1Sectiona l v ie w o f exper i m enta l beam单位:mm图2 试件构造图F ig .2Confi gurati on of spec i m ens静载试验采取分点分级加载,疲劳试验采取正弦波加载,频率为2~4H z 。
疲劳试验在P M S-500数显式液压脉动试验机上进行。
先分级加载至疲劳荷载上限,然后卸载,再施加静载到疲劳荷载上限,反复2次。
然后,以频率2~4H z 进行疲劳试验。
疲劳荷载下限取为0.15~0.2M u (M u 为静力极限荷载)。
疲劳荷载上限分别取为0.50M u ,0 55M u ,0.577M u ,0.60M u 。
当疲劳次数达到1万、5万、20万、60万、100万、150万、200万次时,停止疲劳荷载,采用静力加载方法逐级加载至疲劳荷载上限,逐级量测混凝土和钢筋的应变、梁的挠度和裂缝宽度等力学性能指标。
2 钢筋混凝土空心梁疲劳试验结果与分析2.1 试验过程静载试验梁L0发生了典型的适筋破坏,极限承载力为520kN 。
通过静载试验得到梁空心的极限承载能力确定疲劳试验的加载制度,也同时用来作为疲劳试验的对比梁。
钢筋混凝土空心梁疲劳性能试验测得的各等幅疲劳试验梁的疲劳寿命以及破坏情况如表1所示。
表1 试验参数及结果T ab l e 1Spec i m en para m eters and test res u lts梁编号加载制度/kN 破坏类型疲劳寿命/万次L1104~3124根钢筋疲劳断裂120.52L280~3125根钢筋疲劳断裂95.34L3104~2864根钢筋疲劳断裂180.13L4104~2603根钢筋疲劳断裂328.06L5104~3004根钢筋疲劳断裂142.65试验梁的破坏均是以钢筋疲劳断裂为标志,钢筋混凝土梁的疲劳破坏与普通静载受弯破坏的主要区别有以下几点:普通静载受弯破坏属于延性破坏,有一定的屈服点,而疲劳破坏则是脆性破坏,钢筋疲劳断裂前无明显征兆;普通静载拉断时钢筋断面有明显颈缩现象,钢筋有一定的伸长率,而疲劳破坏的钢筋则是突然断裂,截面较平滑,无颈缩现象(如图3所示)。
图3 疲劳钢筋断裂面F i g .3F rac t ure plane of fati gue steel re i nforce7铁道科学与工程学报2010年6月(a)试验装置;(b )试件破坏图4 疲劳试验照片Fig .4Pho to of fati gue test2.2 挠度结果及其分析循环初期,挠度增加速度很快,在中期趋于缓和,到临近破坏时挠度增加速度再次稍微变快,每根梁疲劳破坏时的最大跨中挠度都与静载破坏时的挠度比较接近。
图5所示为循环次数为5万次和100万次下各梁的跨中挠度-荷载曲线。
由图5可以看出:梁在寿命中期刚度变化不明显,跨中挠度的增加更多是来自于残余挠度的贡献。
当构件承受的应力幅比较大时,挠度增加也较大,这说明在高应力幅下,构件的刚度降低更快;在荷载循环初期,不同应力幅下的梁的挠度区分不是特别明显,但随着荷载循环次数的增加,应力幅越大,挠度增加越快,各条荷载挠度曲线间隔越来越大。
(a)5万次各梁的跨中挠度曲线;(b )100万次各梁的跨中挠度曲线图5 5万次和100万次各梁的荷载-挠度曲线Fig .5Load-deflecti on curves o f bea m s2.3 混凝土应变结果及其分析图6所示典型梁L2和L5梁在不同疲劳荷载循环次数后所测的静力加载时混凝土受压区应变。
(a)L2受压区混凝土应变曲线;(b )L5受压区混凝土应变曲线图6 L 2和L 5受压区混凝土荷载-应变曲线F ig .6L oad-stra i n curves o f co m pressed concre te由试验结果可知:随疲劳循环次数增加,零载下截面应变量持续增加,特别是疲劳循环次数大1万次时,总残余应变量即达梁临近破坏时的30%~40%;另一方面,图中各条曲线斜率变化却较小,可见,截面受压区混凝土残余应变量在较大程度上表征梁纯弯段正截面抗弯刚度的退化程度。
在反复荷载作用下,钢筋混凝土梁的混凝土受压边缘的峰值应变的变化规律呈3个阶段,即初始阶段、平稳发展阶段和加速发展阶段。
2.4 钢筋应变结果及其分析图7所示为典型梁L2和L5梁在不同疲劳荷载循环次数后所测的静力加载时受拉钢筋应变。