基于疲勞累積損傷效應(yīng)的鋼-混凝土組合梁橋剩余力學性能研究.pdf

1、引起鋼-混凝土組合梁橋力學性能退化主要有兩方面原因，一是由于車輛等反復(fù)荷載作用產(chǎn)生的疲勞積累損傷導致組成材料的劣化及抗剪連接件工作性能的退化;二是由于混凝土開裂、結(jié)合面密實性能不好等因素造成滲水和碳化，進而引起抗剪連接件發(fā)生銹蝕或初始銹蝕導致組合作用弱化。鑒于此，本文結(jié)合國家自然科學基金項目“基于疲勞累積損傷效應(yīng)的鋼-混凝土組合梁橋剩余力學性能研究”(51278119)，以鋼-混凝土組合梁為研究對象，采用試驗研究與理論分析相結(jié)合的方法，

2、從構(gòu)件層面和結(jié)構(gòu)層面兩個角度進行研究，共完成了20個推出試件、10片試驗梁的靜力和疲勞試驗，以及6片試驗梁的銹蝕疲勞試驗。在此試驗基礎(chǔ)上，進一步探索該結(jié)構(gòu)初始靜力學性能在疲勞荷載作用下的動態(tài)變化問題，揭示其在銹蝕、疲勞等荷載作用下結(jié)合面處粘結(jié)-滑移性能、抗彎承載力、剛度、長期變形等力學性能的變化規(guī)律。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)抗剪連接件疲勞荷載作用后的剩余力學性能研究
　　選擇目前工程上最常用的栓釘連接件和PBL剪

3、力連接件作為研究對象，通過標準推出試驗研究其抗剪承載力、抗剪剛度等力學指標在承受疲勞荷載作用后的變化規(guī)律，結(jié)果表明:在疲勞荷載作用下，栓釘和PBL推出試件的各項剩余力學指標均呈非線性退化;相比PBL連接件而言，栓釘連接件的承載力、抗剪剛度退化效果更為明顯;PBL連接件的延性系數(shù)遠大于栓釘連接件，表現(xiàn)出更好的延性。
　　(2)抗剪連接件剩余承載力計算模型和荷載-滑移模型
　　在對栓釘和PBL兩種連接件推出試驗結(jié)果統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)

4、上，基于二元疲勞失效判據(jù)和材料剩余強度理論，提出疲勞荷載作用下栓釘連接件抗剪承載力冪指數(shù)退化模型;利用彈性地基梁法分析PBL連接件循環(huán)荷載作用下的受力狀態(tài)，計入疲勞累積損傷效應(yīng)對其承載力的折減，推導得到了PBL連接件疲勞后的剩余承載力計算模型。同時，以栓釘連接件為例，基于數(shù)值擬合方法得到栓釘連接件各關(guān)鍵指標的退化規(guī)律及相關(guān)參數(shù)，并結(jié)合簡化的三階段荷載-滑移模型函數(shù)，建立了疲勞荷載作用下考慮力學性能退化的栓釘荷載-滑移模型。
　　(

5、3)鋼-混凝土組合梁疲勞荷載作用后的剩余力學性能研究
　　通過梁式縮尺試驗，研究設(shè)置不同抗剪連接件的組合梁在疲勞荷載作用下剩余承載力、抗彎剛度、粘結(jié)滑移性能等一系列力學指標的變化規(guī)律。結(jié)果表明:栓釘試驗梁疲勞后的破壞模式由跨中混凝土壓碎破壞轉(zhuǎn)為栓釘剪斷，由于其抗剪強度的退化，導致其先于組合梁發(fā)生破壞，因而在設(shè)計中，應(yīng)重視對栓釘?shù)钠趶姸闰炈?，以確保不發(fā)生栓釘疲勞破壞。PBL試驗梁在疲勞荷載后表現(xiàn)出較少的承載力退化、較少的殘余撓度累

6、積、更少的相對滑移增長以及更小的掀起數(shù)值。
　　(4)鋼-混凝土組合梁疲勞荷載作用后的剩余剛度和剩余承載力計算方法研究
　　在梁式試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，基于有效慣性矩理論，定義結(jié)構(gòu)剛度，同時引入疲勞作用下的剛度退化函數(shù)，并用試驗實測剛度進行擬合及驗證，建立了栓釘組合梁撓度和剩余抗彎剛度隨循環(huán)加載次數(shù)的退化規(guī)律計算模型。從材料剩余強度衰減的整體過程出發(fā)，考慮混凝土、鋼梁及抗剪連接件的退化規(guī)律，將三者的非線性損傷模型引入鋼-混凝土組

7、合梁橋抗彎承載力的計算過程，然后通過定量的梁式試驗數(shù)據(jù)對比分析驗證，建立了組合梁一定循環(huán)加載次數(shù)后的剩余承載力計算方法，開發(fā)了相應(yīng)的計算分析軟件，并用該方法對一實橋算例進行了計算分析。
　　(5)疲勞荷載下具有銹蝕連接件的鋼-混凝土組合梁的力學性能試驗及退化規(guī)律研究
　　通過電化學加速銹蝕試驗對組合梁的抗剪連接件（栓釘和PBL連接件）的銹蝕問題進行模擬，進而對不同銹蝕程度的組合梁進行疲勞加載，研究組合梁在銹蝕與疲勞兩種荷載共