鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)損傷演化及預(yù)后分析方法研究.pdf

1、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在國民經(jīng)濟(jì)及日常生活中起著舉足輕重的作用，大量的中小型橋梁的主體部分均為鋼筋混凝土梁。在這些鋼筋混凝土橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析中，能否對(duì)鋼筋混凝土梁進(jìn)行準(zhǔn)確分析是基于橋梁性能進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和保障橋梁安全服役的關(guān)鍵。這些橋梁在運(yùn)營過程中，由于設(shè)計(jì)、施工問題及材料本身隨時(shí)間的劣化、環(huán)境腐蝕等因素的影響，不可避免的會(huì)產(chǎn)生損傷;同時(shí)，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，不少橋梁存在著設(shè)計(jì)等級(jí)偏低等的安全問題。因此，對(duì)鋼筋混凝土橋梁的安全使用壽命進(jìn)行分析

2、，發(fā)展鋼筋混凝土橋梁的預(yù)后分析方法，不僅可以方便橋梁管理者的管理，而且便于工程師們對(duì)橋梁的病害做到預(yù)知與防治。
　　圍繞上述鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程中的問題，本文主要進(jìn)行了以下研究:
　　1）重點(diǎn)考慮了鋼筋混凝土梁受拉區(qū)混凝土的抗拉能力及其損傷演化特性，同時(shí)考慮了鋼筋混凝土梁中鋼筋與混凝土的物理非均質(zhì)性，建立了鋼筋混凝土梁的新的結(jié)構(gòu)分析模型。其中混凝土的損傷演化特性通過Mazars提出的損傷模型進(jìn)行模擬，鋼筋和混凝土的非均質(zhì)性通過

3、采用層合梁理論將鋼筋等效為鋼筋層來考慮。基于新的鋼筋混凝土梁的結(jié)構(gòu)分析模型，詳細(xì)推導(dǎo)了鋼筋混凝土梁的彎曲變形過程中中和軸位置隨荷載的變化、鋼筋混凝土梁撓度以及鋼筋混凝土梁截面應(yīng)力變化的解析表達(dá)式，建立了新的鋼筋混凝土梁的解析分析理論;
　　2）建立了鋼筋混凝土橋梁損傷分析的有限元模型，結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)損傷有限元分析模型，對(duì)鋼筋混凝土橋梁在實(shí)測交通荷載和預(yù)估交通流量增長等因素作用下的損傷累積狀態(tài)進(jìn)行了預(yù)后分析;

4、　　3）為了對(duì)鋼筋混凝土橋梁進(jìn)行更加準(zhǔn)確的服役壽命分析，建立能夠反映鋼筋混凝土橋梁壽命衰減機(jī)理的壽命分析模型，本文研究了混凝土收縮以及荷載長期效應(yīng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)損傷演化和服役壽命的影響，重點(diǎn)考慮了混凝土損傷演化過程中拉應(yīng)力的作用及其對(duì)壽命的影響，對(duì)現(xiàn)有的鋼筋混凝土梁的撓度計(jì)算公式進(jìn)行修正，建立了新型的鋼筋混凝土梁的撓度計(jì)算公式。在該撓度計(jì)算公式的基礎(chǔ)上，獲得了鋼筋混凝土梁的壽命分析模型。最后，運(yùn)用上述所建理論，以某大橋?yàn)楣こ瘫尘?，建立了該?/p>

5、筋混凝土橋用于損傷預(yù)后分析的有限元模型，重點(diǎn)研究了C55混凝土損傷塑性模型中的參數(shù)設(shè)置和鋼筋的優(yōu)化布設(shè);研究了該鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的安全服役性能，預(yù)測了其服役壽命。
　　本文的研究結(jié)果表明:
　　1）所建立的鋼筋混凝土梁理論能夠較準(zhǔn)確地描述鋼筋混凝土梁服役過程中的損傷和彎曲變形過程，并能進(jìn)行鋼筋混凝土梁的優(yōu)化布筋設(shè)計(jì)和安全服役分析，從而消除鋼筋混凝土梁安全服役的隱患;
　　2）在鋼筋混凝土橋梁的正常運(yùn)營環(huán)境中，交通流量

6、作為橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷累積的主要原因，其在未來服役期內(nèi)的增長會(huì)加速結(jié)構(gòu)的損傷累積，因此，在鋼筋混凝土橋梁的損傷預(yù)后分析中，考慮交通流量的增長與模型的更新是十分必要的;在橋梁的損傷分析中，晝夜溫差以及季節(jié)性溫度的變化雖對(duì)橋梁的損傷累積過程有顯著的影響，但在橋梁未來長期服役過程中，氣候變暖所引起的鋼筋混凝土橋梁的損傷累積的變化較小;因此，在鋼筋混凝土橋梁損傷預(yù)后分析中，氣候變暖導(dǎo)致的環(huán)境溫度改變對(duì)損傷累積的影響可忽略不計(jì);
　　3）本文