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

1、引起鋼-混凝土組合梁橋力學(xué)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(dǎo)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(kāi)裂、結(jié)合面密實(shí)性能不好等因素造成滲水和碳化，進(jìn)而引起抗剪連接件發(fā)生銹蝕或初始銹蝕導(dǎo)致組合作用弱化。鑒于此，本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)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(xué)性能研究”(51278119)，以鋼-混凝土組合梁為研究對(duì)象，采用試驗(yàn)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(gè)角度進(jìn)行研究，共完成了20個(gè)推出試件、10片試驗(yàn)梁的靜力和疲勞試驗(yàn)，以及6片試驗(yàn)梁的銹蝕疲勞試驗(yàn)。在此試驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探索該結(jié)構(gòu)初始靜力學(xué)性能在疲勞荷載作用下的動(dòng)態(tài)變化問(wèn)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(zhǎng)期變形等力學(xué)性能的變化規(guī)律。主要研究?jī)?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(xué)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(duì)象，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)推出試驗(yàn)研究其抗剪承載力、抗剪剛度等力學(xué)指標(biāo)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(xiàng)剩余力學(xué)指標(biāo)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(yuǎn)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(jì)算模型和荷載-滑移模型
　　在對(duì)栓釘和PBL兩種連接件推出試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)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(qiáng)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(jì)入疲勞累積損傷效應(yīng)對(duì)其承載力的折減，推導(dǎo)得到了PBL連接件疲勞后的剩余承載力計(jì)算模型。同時(shí)，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(biāo)的退化規(guī)律及相關(guān)參數(shù)，并結(jié)合簡(jiǎn)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(xué)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(xué)性能研究
　　通過(guò)梁式縮尺試驗(yàn)，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(xué)指標(biāo)的變化規(guī)律。結(jié)果表明:栓釘試驗(yàn)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(qiáng)度的退化，導(dǎo)致其先于組合梁發(fā)生破壞，因而在設(shè)計(jì)中，應(yīng)重視對(duì)栓釘?shù)钠趶?qiáng)度驗(yàn)算，以確保不發(fā)生栓釘疲勞破壞。PBL試驗(yàn)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(duì)滑移增長(zhǎng)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(jì)算方法研究
　　在梁式試驗(yàn)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(shí)引入疲勞作用下的剛度退化函數(shù)，并用試驗(yàn)實(shí)測(cè)剛度進(jìn)行擬合及驗(yàn)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(jì)算模型。從材料剩余強(qiáng)度衰減的整體過(guò)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(jì)算過(guò)程，然后通過(guò)定量的梁式試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析驗(yàn)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(jì)算方法，開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的計(jì)算分析軟件，并用該方法對(duì)一實(shí)橋算例進(jìn)行了計(jì)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(xué)性能試驗(yàn)及退化規(guī)律研究
　　通過(guò)電化學(xué)加速銹蝕試驗(yàn)對(duì)組合梁的抗剪連接件（栓釘和PBL連接件）的銹蝕問(wèn)題進(jìn)行模擬，進(jìn)而對(duì)不同銹蝕程度的組合梁進(jìn)行疲勞加載，研究組合梁在銹蝕與疲勞兩種荷載共