鋼絞線受腐蝕的部分預應力混凝土梁疲勞性能研究.pdf

1、部分預應力混凝土結構是橋梁工程中最常用的一種結構形式。目前，通常認為承受疲勞荷載作用的部分預應力混凝土結構，會發(fā)生始于非預應力鋼筋疲勞斷裂的破壞模式。但實際上在腐蝕環(huán)境中承受疲勞荷載的部分預應力混凝土梁產生疲勞荷載裂縫后，鋼絞線會在預應力孔道內空洞、水分及氯離子等因素作用下發(fā)生銹蝕，從而引起承受疲勞荷載的結構發(fā)生始于鋼絞線斷裂的疲勞破壞模式。因此，本文結合國家科技部的高技術研究發(fā)展計劃資助項目“基于疲勞和壽命的混凝土橋梁結構設計方法”（

2、2007AA11Z133），對在疲勞荷載循環(huán)一定次數(shù)后鋼絞線發(fā)生銹蝕的部分預應力混凝土梁疲勞性能相關的問題進行了研究與分析，論文主要內容及結論如下:
　　(1)開展了受壓混凝土抗氯離子擴散性能的試驗研究，從微觀角度出發(fā)提出了采用混凝土受壓應變建立表征荷載作用下試件內部微裂縫開展情況的估算指標—殘余比裂縫面積，分析了受壓混凝土試件受力性能與抗氯離子擴散性能的關系。結果表明:壓力荷載作用下混凝土試件的氯離子擴散系數(shù)與殘余比裂縫面積基本

3、滿足線性關系;與普通混凝土試件相比，高強混凝土試件的殘余比裂縫面積對氯離子擴散系數(shù)的影響更明顯。
　　(2)對實際工程中鋼絞線受腐蝕的部分預應力鋼筋混凝土梁的疲勞破壞問題進行了模擬:在疲勞荷載循環(huán)作用一定次數(shù)后，部分預應力混凝土梁中產生疲勞裂縫，在對鋼絞線進行人工加速腐蝕后再進行梁的疲勞性能試驗。試驗結果顯示:當鋼絞線發(fā)生腐蝕后，繼續(xù)承受疲勞荷載作用的部分預應力鋼筋混凝土梁的破壞均起源于腐蝕鋼絞線的疲勞斷裂;鋼絞線的腐蝕率嚴重影響

4、試驗梁的主裂縫寬度和疲勞壽命，對試驗梁的跨中撓度影響相對較小。
　　(3)考慮鋼絞線不均勻腐蝕影響的疲勞強度折減系數(shù)，對梁疲勞破壞控制截面進行應力分析時，計入應力重分布及鋼筋殘余應力的影響，采用分段線性的方法并通過分別表征鋼筋和混凝土疲勞損傷的鋼筋有效面積與彎曲受壓彈性模量對材料疲勞特性進行修正完成梁的疲勞損傷全過程進行非線性分析，提出了預測鋼絞線受腐蝕的部分預應力混凝土梁疲勞壽命的計算方法。結果表明:承受高周疲勞荷載的試驗梁截面

5、應力水平較低，材料均未進入塑性變形階段，截面抗彎剛度降低并不明顯，梁的中性軸位置基本不變;通過非線性分析法計算得到的鋼筋和鋼絞線應力值與試驗結果吻合較好;引入了鋼絞線腐蝕影響的材料疲勞強度折減系數(shù)后，試驗梁的疲勞壽命預測結果與試驗結果誤差很小。
　　(4)采用ANSYS軟件對鋼絞線受腐蝕的部分預應力鋼筋混凝土梁進行靜力有限元分析，并在此基礎上，采用FE-SAFE軟件對梁進行了疲勞數(shù)值模擬，預測梁的疲勞壽命。結果表明:考慮鋼絞線腐蝕

6、影響的疲勞強度折減系數(shù)的疲勞壽命有限元分析結果與試驗結果吻合較好，驗證了有限元軟件對梁疲勞分析的可行性及有效性。
　　(5)基于疲勞累積損傷模型，考慮材料疲勞強度和臨界損傷的隨機性，對試驗梁的可靠度進行計算;在此基礎上，考慮疲勞荷載和材料性能的隨機性和時變性，對實際工程中鋼絞線受腐蝕的部分預應力鋼筋混凝土梁進行時變可靠度分析。結果表明:鋼絞線銹蝕后，梁的疲勞可靠度會迅速發(fā)生衰減，在橋梁的使用過程中必須盡量避免鋼絞線發(fā)生腐蝕，在服役