环境因素与疲劳荷载耦合作用下预应力混凝土结构性能研究现状与展望.pdf
《环境因素与疲劳荷载耦合作用下预应力混凝土结构性能研究现状与展望.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《环境因素与疲劳荷载耦合作用下预应力混凝土结构性能研究现状与展望.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、2 0 1 5年 第 7 期 ( 总 第 3 0 9 期 ) N u mb e r 7 i n 2 0 1 5( T o t a l No 3 0 9 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 混凝土制品 CONCRl HE P RODUCTS d o i : 1 0 3 9 6 9 0 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 5 0 7 0 3 4 环境因素与疲劳荷载耦合作用下预应力混凝土 结构性 能研 究现状 与展 望 黄滢 , 卫军 。 董 荣珍 ( 1 中南大学 土木工程学院, 湖南 长沙 4 1 0 0 7 5 ; 2 江西科技师范大学 建筑工程学院, 江
2、西 南昌 3 3 0 0 1 3 ) 摘要: 预应力混凝土结构广泛地应用于桥梁工程中。 随着车辆通行量的日益增加 、 环境的逐渐恶化, 预应力混凝土桥梁服役性 能 日渐劣化。 对环境因素与荷载( 尤其疲劳荷载) 作用下预应力混凝土桥梁结构服役性能的研究成为热点。 从材料 、 结构构件、 研 究方法等方面介绍了环境与荷载共同作用下预应力混凝土桥梁结构服役性能以及研究方法 、 寿命预测方法的研究现状以及存在 的问题。 在此基础上 , 探讨了环境与荷载耦合作用下预应力混凝土桥梁结构服役性能研究的发展方向。 关键词 : 环境与荷载共同作用 ; 预应力混凝土桥梁结构; 服役性能; 寿命预测 中图分类号
3、: T U 5 2 8 0 1 文献标志码 : A 文章编号: 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 7 0 1 3 1 0 5 R e v i e w a n d p r o s p e c t o f p r e s t r e s s e d c o n c r e t e s t r u c t u ral p e r f o r ma n c e u n d e r e n v i r o n me n t a n d f a t i g u e l o a d s c o u p l i n g e ffe c t s HU VG Yi n g , W EIJ
4、 u n , DONG Ro n g z h e n ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e ri n g , Ce n t r a l S o u t h Un i v e r s i t y, C h a n g s h a 4 1 0 0 7 5, C h i n a ; 2 Co l l e g e o f A r c h i t e c t u r e a n d Ci v i l E n g i n e e rin g , J i a n g x i S c i e n c e and T e c h n o l o g y No r
5、 ma l Un i v e r s i t y, Na n c h ang 3 3 0 0 1 3, C h i n a ) Abs t r ac t : Th e p r e s t r e s s e d c o n c r e s t r u c t u r e s a r e wi d e l y u s e d i n brid g e e n g i n e e rin g W i t h t h e g r a d u a l d e t e rio r a tio n o f t h e e n vi r o nme n t a n d the i n c r e a s i
6、 n g of t r a f fic v o l ume, the p res t r e s s e d c on c r e t e b ridg e s e r v i c e p e r f or man c e i s g r a d ul y d e t e rio r a t e d Th e res e a r c h on s e rv i c e p e rf o rm a n c e o f t h e p res tr e s s e d c o n c re b ri d g e u n d e r the c o u p l i n g e f f e c t o
7、 f e n v i r o n me n t a l f a c t o r s a n d l o a d( e s pec i a l l y the f a ti g u e l o a d ) h a s b e c o me a h o t are a o f r e s e a r c h T h e r e s e arc h s t a tus and p r e s e n t p r o b l e ms o f s e rvi c e p r o p e r t y a n d l i f e p r e d i c t i o n o f p r e s tr e s
8、 s e d c o n c r e t e b ri d g e s t r u c t u r e s u n d e r l o a d a n d e n v i r o n me n t c o u p l i n g e f f e c t s w e r e d i s c u s s e d f r o m t h e a s p e c t s o f ma t e ri a l c h ara c t e ri s ti c s , s t r u c tur a l pe r f o r man c e a n d t e s t me t ho d On thi s b
9、 a s i s the d e v e l o p me n t of r e s e arc h o n o f s e r v i c e p r o pe r t y o f p r e s tre s s e d c o n c r e t e b rid g e s t r u c ture S u n d e r l o a d an d e n v iro nm e n t c o u p l i n g e ffe c t s wa s d e b a t e d Key wor ds: i n t e r a c ti on o f e n v iro nme n t an
10、 d l o a d; p r e s tre s s e d c o n c r e t e b rid g e s t r u c t u r e; s e r v i c e pe rfo r ma nc e; l i f e p r e d i c ti o n 0 引 言 预应力混凝土结构 因其超高的强度和优 良的工作性 能在桥梁 中得到了充分的运用与发展 , 目前世界桥梁 7 0 以上采用预应力混凝土结构。 随着预应力混凝土桥梁服役 时间的推移 , 其服役性能的劣化程度对桥梁运营安全的影 响 日渐显著。 预应力混凝土桥梁在服役 阶段其性能受荷载 效应( 尤其是疲劳作 用) 、 材料
11、老化 、 环境侵蚀等多种 因素 影响, 这些因素具有 时效性、 累积性的特点 , 作用影响机理 十分复杂。 传统的桥梁结构设计理论研究多集中在荷载这 类直接作用对桥梁结构服役行为的影响 , 在国内外屡 见不鲜的预应力混凝 土桥梁结 构远 没有达到预期使 用寿 命 , 就出现性能严重退化现象, 甚至出现坍塌等毁灭性的 事故H 中, 人们逐渐意识到单纯考虑荷载效应对预应力 混凝土桥梁结构服役行为 的影响是不完备 的, 在预应力混 凝 土桥梁结构服役期 内必须 考虑力学 因素 、 材料 因素 、 多 种环境因素 的共同作用对其服役行为 的持续影响。 然而, 环境和荷载耦合作用不是各单因素作用的简单
12、叠加。 环境作用, 如海洋盐雾、 侵蚀性大气等, 以及不变荷 载均是长期连续性作用 ; 可变荷载作用 , 如车辆荷载等 , 为 间断作用。 环境作用通过介质传输 以化学或化学物理 的作 用方式使材料 的微观结构或结构形态逐 步改变 ; 荷载作用 则是以物理方式 直接作 用于结 构体 系, 引发 瞬间激 烈 响 应。 因此, 环境因素与荷载作用在作用域连续性、 作用方 式 、 作用集度 、 作用结构效应均不 同。 对于环境因素与荷载 共同作用下预应力混凝土桥梁结构, 各种作用效应采用各 单因素作用效应简单的叠加, 无疑不能准确地反映荷载与 各环境因素之 间的交互作用对混凝土桥梁材料 、 结构 的
13、损 收稿 日期 : 2 0 1 4 - 1 0 1 8 基金项目: 国家自然科学基金资助面上项目( 5 1 3 7 8 5 0 1 , 5 1 2 7 8 4 9 5 ) ; 高速铁路建造技术国家工程实验室开放基金项目( H S R 2 0 1 3 0 1 1 ) ; 江西省教育厅 科学技术研究青年项 目( G J J 1 4 5 9 7) 1 31 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 伤与劣化 的加剧作用。 近些年来 , 随着国民经济的发展和环境状况的 日渐恶 化 , 桥梁结构服役性 能以及 寿命 问题 也备 受关注 , 国内外 学者对桥梁结构服役期性能与剩余寿命
14、预测方法等方面 进行了研究, 并取得了一些有价值的研究成果, 对服役期 内预应力混凝土桥梁服役行为和寿命预测的研究具有参 考意义。 1 环境与荷 载作 用下预应 力混凝 土材料 性 能 研 究 的现 状 1 1 荷载作用下有害介质在混凝土中的传输性能 在材料层面上 , 依据混凝土材料微 细观特性 , 通过试 验研究和理论分析建立力学 、 环境、 材料 等多因素作用下 混凝土中有害介质传输模型, 是目前环境与荷载作用混凝 土材料性能研究 的热 点。 文献 7 9 对力 学荷载及环境 复合因素共同作用下混凝土结构劣化的机理进行研 究 , 根 据试验数据 回归分别 在碳化模型和氯离子扩散系数 中引
15、入荷载影响因素 , 建立了应力状态下混凝土 的碳化模型和 氯离子侵蚀模型。 以上研究获得统一 的结论 , 即拉应力加 快 了介质侵蚀混凝土的速度 , 一定范围 内的压应力减缓 了 介质侵蚀速度 , 荷载对混凝土 中介 质侵蚀速度影响显著 。 S a t i o 对抗压疲劳损伤后的混凝土进行抗氯离子渗透性 研究 , 表明当最大应力水平大于 6 0 时 , 混凝土 的氯离 子 渗透性随疲劳荷载作用次数增加而显著增长; 混凝土氯离 子渗透性增长与残余应变增长速率相关。 文献 1 1 分析 了疲劳载荷与碳化作用对混凝土材料的耦合效应, 将疲劳 载荷对混凝土碳化 的影 响归结为疲 劳载荷作用对 混凝 土
16、 C O : 扩散系数 的影 响, 建立 了疲劳载荷与大气环境复合作 用下的混凝土碳化寿命预测模型。 以上研究表 明随着疲劳 损伤程度的增加介质侵蚀速度增大, 残余应变可作为参量 来研究疲劳荷载作用下混凝土中氯离子和 C O : 扩散性。 上述研究采用较为一致 的研究方法 , 即以混凝土 的传 输性来表征环境与荷载共同作用下混凝土材料性能的变 化, 分析共同作用对介质传输系数的影响, 建立共同作用 下介质传输模 型。 1 2 锈 蚀钢 筋的性 能 通过对实际工程中获得的锈蚀钢筋 、 电化学加速锈蚀 或 自然锈蚀钢筋进行拉 伸试验研究 “ 表 明, 随着锈蚀 率 的增大 , 钢筋屈服平台缩短曲线
17、变得平缓 , 屈强 比增大, 极 限延伸率降低 ; 当锈蚀率大于 1 2 钢筋呈脆性破坏 。 李 富民 通过混凝土试件 内掺盐方式获得腐蚀钢绞线试 样 , 通过拉伸试验研究腐蚀钢绞线力学性能 , 研究表 明蚀 坑处应力集 中以及截面消弱导致钢绞线最大承拉力降低 , 但钢绞线的名义弹性模量未出现明显降低。 曾严红等 通过外加直流电流加速锈蚀法获得锈蚀预应力筋试件 , 并 进行拉伸试验 , 研究表 明预应力钢绞线 、 钢丝 的名义 极限 强度均随锈蚀率增加线性退化 , 并建立锈蚀预应力筋本构 模型。 对于混凝土桥梁结构在服役期内除承受不变荷载作 用, 同时承受列车荷载或车辆荷载等疲劳荷载的作用,
18、因 1 3 2 此锈蚀钢筋在疲劳荷载作用下 的性能也是 国内外学 者关 注的热点。 易伟 建 对疲 劳试验 后的锈蚀钢筋进行 静力 拉伸试验 , 研 究表 明钢筋在锈 蚀疲劳后 由软钢 向硬钢 转 变 。 张伟平 、 李士彬 驯等通过对 自然锈蚀 和加速锈蚀的 钢筋进行单轴拉伸疲劳试验, 建立不同锈蚀率钢筋的疲劳 寿命曲线, 并给出不同保证率下锈蚀钢筋疲劳强度建议值。 以上研究多数基 于试 验研究 , 建立 了锈蚀 钢筋 、 钢绞 线的力学模型 , 研究集 中在锈蚀后钢筋 、 钢绞线 的力学性 能。 但尚未建立一致认可的锈蚀钢筋疲劳本构模型, 对锈 蚀钢绞线性能 的研究工作较少 , 对锈蚀钢绞
19、线疲 劳性能的 研究则少之又少 , 且对锈蚀钢筋性 能研究 时, 未考 虑环境 因素的作用方式, 未考虑环境因素与荷载的交互作用对钢 筋性能 的影响, 由此难以实现对环境 因素与荷载共 同作用 下预应力混凝土桥梁结构服役寿命的准确预测 。 1 3 腐蚀 坑对钢 筋疲 劳性能的影响 氯盐侵蚀环境 中钢筋表 面会产生诸 如椭球 形、 半球 形 、 马鞍形等形状各异 的腐蚀坑 , 腐蚀坑处会 产生应力集 中, 在疲劳荷载作用下 , 易形成疲劳源 , 影响金属材料的疲 劳性能。 在航空、 机械领域腐蚀坑对高强钢材、 合金等材料 疲劳性能 的影 响 已开展 了广 泛而较 为深 入 的研 究。 J J M
20、e d v e d 等将 7 4 7 5铝合金试件暴露于人工或 自然腐蚀 环境 , 使其产生蚀坑 , 进行等幅或变幅疲劳试验 , 研究表明 疲劳裂纹均开始于蚀坑处 , 蚀坑 的存在缩短 了裂纹形成的 时间, 但并没有改变 裂纹扩 展的速率 , 蚀 坑使疲劳寿命 降 低 4 0 5 0 。 S I R o k h l i n 通过 电火花腐 蚀 的方 式使 2 0 2 4一 T 3 铝合金产生深度为 3 0 m至 1 5 5 0 tx m蚀坑 , 并 进行等幅疲劳试验 , 根据试验数据采用断裂力学方法建立 基 于单个蚀坑的疲劳裂纹起始和扩展模型 以及疲 劳寿命 与蚀坑深度的表达式。 由于材料性能
21、、 腐蚀环境、 疲劳荷载 特性 、 几何尺寸等参数大不相 同, 有必要进行腐蚀坑对 钢 筋疲劳性能影响的专题研究 。 倪 国荣 、 金伟 良等 通过对 实际工程中锈蚀钢筋锈坑进行统计研究表明, 坑蚀系数服 从极值 I 型分布, 并采用蒙特卡洛模拟法研究钢筋坑蚀对 混凝土受弯构件承载能力影响表明, 钢筋坑蚀构件抗弯承 载力比均匀锈蚀 降低更为显 著。 彭修宁 等 采用 通 电法 获得 3 2个锈蚀钢筋试件 , 并 进行等幅疲劳试验研 究蚀坑 对钢筋 s N曲线 中参数 C 的影 响, 研究表明随着锈蚀程 度 的加剧 , 参数 C的劣化过程可分为三 阶段。 腐蚀坑 的存 在大大降低钢筋的疲劳寿命,
22、 但腐蚀坑对钢筋疲劳性能影 响机理尚不明晰, 有必要开展深入研究。 1 4 腐蚀钢 筋黏 结退化 钢筋与混凝土的黏结性能是决定钢筋 混凝土结构服 役状态以及疲劳寿命 的重要参数 , P s Ma n g a t 采用 梁式 试验方法对腐蚀钢筋与混凝土的黏结性能进行研究 , 研究 表明当锈蚀率为 0 4 时黏结强度可提升 2 5 , 锈蚀率大于 0 4 后黏结强度锐减 ; 锈蚀率小于 0 5 时在黏结失 效破 坏前可忽略 自由黏结滑移 , 锈蚀率大于 0 5 时 自由黏结 滑移随荷载增加而增加 。 卫军等 通过理论分 析提 出综 合考虑锈胀力和钢筋表 面摩擦力 的锈蚀 光圆钢筋与混凝 学兔兔 w
23、 w w .x u e t u t u .c o m 土黏结应力模 型 ; 王小 惠、 刘 西拉 通 过理论分 析 , 建立 了考 虑锈蚀钢筋 肋高减小 以及混凝 土保 护层减小对黏结 强度影响的腐蚀变形钢筋黏结强度模型。 以上研究为锈蚀 钢筋与混 凝 土 的静 力 黏 结 性 能 研 究 。 R a n i a A 1 一H a m mo u d _ 2 引 通过对 9片钢筋混凝 土梁进行静力和疲劳试验研 究腐蚀钢筋与混凝土的疲劳黏结性能, 研究表明 9片梁都 发生了黏结失效, 钢筋腐蚀使得疲劳荷载作用下钢筋与混 凝土的滑移 速率增大 , 低腐蚀 ( 3 9 ) 水平使得 静力 承载 力降低
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 环境 因素 疲劳 荷载 耦合 作用 预应力 混凝土结构 性能 研究 现状 展望
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【bi****m】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【bi****m】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。