混合配筋部分预应力混凝土梁疲劳性能研究

论文摘要

混合配筋部分预应力混凝土构件与普通钢筋混凝土或全预应力混凝土构件相比,在配筋形式及受力性能上具有特殊性,相应地其疲劳问题也具有一定的特殊性。国内外在以往的混凝土结构疲劳设计中一般假定疲劳荷载是一个幅值不变的等幅重复荷载。设计要求在这一等幅重复荷载作用下结构构件不发生疲劳失效。但是实际构件承受的是一个幅值变化很大的随机变幅重复荷载。为了使疲劳荷载下部分预应力混凝土构件的设计分析能够更好地反映其真实受力情况,本文结合教育部高等学校博士学科点专项基金项目“混合配筋部分预应力混凝土梁正截面疲劳性能研究”（20020141026）,对17根T形试验梁进行了等幅和随机变幅疲劳荷载作用下的试验研究和理论分析。本文共分如下八章: 第一章阐述了本课题的选题背景和意义;系统地总结了国内外相关的研究进展和基本结论;针对存在的问题和不足,提出了本文的研究工作内容。 第二章介绍了试验研究概况,包括材料的力学性能试验,试验梁的制作,试验加载装置等;确定了各种试验的具体实施方法、各种试验参数的选择、加载程序选定和数据采集方法;给出了基本的试验结果,并对试件疲劳破坏形态、疲劳寿命及疲劳荷载对静载承载力的影响进行了分析。 第三章通过将钢绞线和HRB400级钢筋配置在同一高度上的混合配筋后张有粘结部分预应力混凝土T形梁的疲劳试验,研究了疲劳荷载作用下预应力混凝土构件中预应力筋和普通钢筋之间应力分配的发展规律;在试验研究的基础上,给出一种考虑了粘结性能差异的钢筋应力增量的计算方法,计算结果和试验结果吻合较好。 第四章基于实测的钢筋混凝土吊车梁疲劳荷载谱,经过适当的简化得到了试验用随机变幅疲劳荷载谱,并通过MTS疲劳试验机实现了该随机变幅疲劳荷载谱作用下部分预应力混凝土梁的疲劳试验;对等幅和随机变幅疲劳荷载作用下试件的疲劳寿命进行了对比分析,然后分别采用3种常用的累积损伤理论对随机变幅疲劳荷载作用下的预应力混凝土受弯构件进行了疲劳寿命估算,并对各种累积损伤理论的估算结果进行了评价。建议对预应力混凝土受弯构件进行随机变幅疲劳分析时采用改进的Corten-Dolan累积损伤准则或相对Miner准则。最后按照等损伤度的原则推导出了基于相对Miner准则的等

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 疲劳荷载谱的研究现状
• 1.2.1 疲劳荷载谱的编制
• 1.2.2 吊车梁疲劳荷载谱的研究现状
• 1.3 组成材料的疲劳性能研究现状
• 1.3.1 混凝土疲劳性能的研究现状
• 1.3.2 普通钢筋疲劳性能的研究现状
• 1.3.3 预应力钢筋疲劳性能的研究现状
• 1.4 预应力混凝土受弯构件疲劳性能的研究现状
• 1.4.1 预应力混凝土受弯构件正截面疲劳试验研究
• 1.4.2 预应力混凝土受弯构件的疲劳分析方法
• 1.5 存在的问题及本文主要研究内容
• 第二章 试验研究概况
• 2.1 引言
• 2.2 试验概况
• 2.3 试验所用材料
• 2.3.1 钢筋
• 2.3.2 混凝土
• 2.4 预应力混凝土的施工
• 2.5 测点布置
• 2.5.1 混凝土应变片的布置
• 2.5.2 钢筋应变片的布置
• 2.5.3 位移计的布置
• 2.6 试验系统简介
• 2.6.1 试验控制系统
• 2.6.2 数据控制系统
• 2.7 加载制度及测试内容
• 2.7.1 静载试验
• 2.7.2 等幅疲劳试验
• 2.7.3 两级变幅疲劳试验
• 2.7.4 随机变幅疲劳试验
• 2.8 基本试验结果
• 2.8.1 静载试验结果
• 2.8.2 疲劳试验结果与分析
• 2.9 小结
• 第三章 疲劳荷载下预应力混凝土梁中应力重分布的试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验概况
• 3.3 试验结果与分析
• 3.3.1 疲劳荷载作用下梁受压区混凝土压应变的发展规律
• 3.3.2 疲劳荷载作用下钢筋应变的发展规律
• 3.3.3 疲劳荷载作用下钢筋应变幅比值的发展规律
• 3.4 考虑了粘结性能差异的钢筋应力增量的计算方法研究
• 3.4.1 钢筋与混凝土的粘结机理分析
• 3.4.2 疲劳荷载作用下开裂截面处钢筋应力增量的计算方法研究
• 3.5 论分析和试验结果的比较
• 3.6 小结
• 第四章 随机变幅疲劳荷载下预应力混凝土梁疲劳寿命的试验研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验用吊车梁疲劳荷载谱的研究
• 4.2.1 钢筋混凝土吊车梁疲劳荷载谱的试验研究
• 4.2.2 试验用随机变幅疲劳荷载谱的研究
• 4.3 随机变幅疲劳试验概况
• 4.4 试验结果与分析
• 4.4.1 基本试验结果
• 4.4.2 由等幅疲劳试验得到的普通钢筋的S-N曲线
• 4.4.3 由随机变幅和等幅疲劳试验得到的疲劳寿命的比较
• 4.5 随机变幅疲劳荷载下的疲劳寿命估算
• 4.5.1 常用疲劳损伤准则的评价与应用
• 4.5.2 各种累积损伤理论估算结果的比较
• 4.6 等效等幅疲劳应力幅值的计算方法研究
• 4.7 小结
• 第五章 梁受压区混凝土累积残余变形发展规律的试验研究
• 5.1 引言
• 5.2 试验概况
• 5.3 试验结果与分析
• 5.3.1 等幅疲劳荷载下梁受压区混凝土的累积残余应变的发展规律
• 5.3.2 两级变幅疲劳荷载下梁受压区混凝土累积残余应变的发展规律
• 5.3.3 随机变幅疲劳荷载下梁受压区混凝土累积残余应变的发展规律
• 5.4 小结
• 第六章 预应力混凝土梁疲劳损伤全过程非线性分析方法的研究
• 6.1 引言
• 6.2 材料的疲劳损伤参量及损伤演化模型
• 6.2.1 变幅重复应力作用下的混凝土疲劳损伤参量及损伤演化模型
• 6.2.2 钢筋的疲劳损伤参量及损伤演化模型
• 6.3 材料的疲劳破坏准则
• 6.3.1 混凝土的疲劳破坏准则
• 6.3.2 钢筋的疲劳破坏准则
• 6.4 预应力混凝土构件疲劳损伤全过程非线性分析方法研究
• 6.4.1 正截面疲劳损伤全过程分析的基本假定
• 6.4.2 正截面应力分析
• 6.4.3 正截面疲劳全过程分析的流程图
• 6.5 算例及结果分析
• 6.5.1 等幅疲劳荷载作用下的算例
• 6.5.2 变幅疲劳荷载作用下的算例
• 6.6 小结
• 第七章 预应力混凝土梁疲劳裂缝扩展规律的试验研究
• 7.1 引言
• 7.2 试验概况
• 7.3 试验结果和分析
• 7.3.1 等幅和随机变幅疲劳荷载作用下纯弯段正截面裂缝的扩展规律
• 7.3.2 等幅和随机变幅疲劳荷载作用下剪跨段斜裂缝的扩展规律
• 7.4 疲劳荷载作用下正截面裂缝宽度的计算
• 7.5 小结
• 第八章 结论与展望
• 8.1 主要结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 创新点摘要
• 致谢
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