预应力混凝土桥梁疲劳力学行为试验研究及理论分析

【摘要】随着轴重频次的显著增加,提载后的既有线路上中小跨度预应力混凝土简支桥梁疲劳性能是重载铁路安全运营评估的关键问题。本文以目前铁路上32m跨度全预应力混凝土简支T梁为研究对象,依据相似理论加工制作一批缩尺模型梁,建立基于应变和振幅量测的疲劳试验实时测试系统,研究了预应力混凝土梁疲劳破坏形态以及振幅、刚度、非预应力筋和预应力筋应变、混凝土应变随重复荷载次数的变化规律。主要工作包括：(1)通过12片1/6缩尺模型梁疲劳试验,对预应力混凝土梁疲劳破坏机理和破坏特征进行分析,揭示预应力混凝土梁疲劳损伤发展规律,提出预应力混凝土梁疲劳破坏状态的主要表征参数。(2)通过10片1/6缩尺模型梁疲劳后静载承载力试验,对疲劳荷载后预应力混凝土梁的静载破坏特征进行分析,揭示预应力混凝土梁疲劳荷载后剩余静载承载力的演变规律。(3)通过9片1/6缩尺模型梁腐蚀疲劳试验,对普通钢筋锈蚀后预应力混凝土梁疲劳破坏机理和破坏特征进行分析,揭示不同锈蚀率下预应力混凝土梁疲劳寿命变化规律。(4)在混凝土和钢筋(预应力筋)单轴本构关系中引入损伤变量,建立了混凝土和钢筋(预应力筋)的等效疲劳损伤本构关系。通过拟合疲劳荷载作用下截面中性轴位置变化规律曲线,基于材料疲劳破坏准则,将传统单调静载作用下的分析方法引入到开裂后正截面疲劳应力的全过程分析中。(5)在疲劳试验研究的基础上,分析了预应力混凝土梁疲劳变形和裂缝扩展规律,提出了“损伤梁单元模型”和“经验公式拟合”两种跨中挠度计算方法。此外,提出了一个用荷载循环次数比懈征裂缝扩展的增大系数,以此来考虑循环次数n和疲劳寿命Nf影响,进而描述疲劳裂缝发展的“三阶段”规律。
【作者】李进洲；
【导师】余志武；
【作者基本信息】中南大学，桥梁与隧道工程，2013，博士
【关键词】重载铁路；预应力混凝土简支桥梁；疲劳力学行为；正截面疲劳应力；疲劳变形；疲劳裂缝扩展；

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