【摘要】：高緯度嚴寒地區(qū)的鐵路、公路混凝土橋梁在服役過程中會承受車輛產(chǎn)生的彎曲疲勞荷載和凍融等環(huán)境因素的共同作用。各種因素之間相互影響、相互聯(lián)系,彼此之間的交互耦合作用加速了混凝土的損傷劣化過程。根據(jù)單一因素作用下的耐久性研究結果設計的混凝土工程存在安全隱患,這也是很多工程在設計使用壽命以內就過早失效的原因之一。此外,混凝土構件在服役過程中與周圍環(huán)境不斷進行水分交換的過程,通常處于非飽和工況下的負荷狀態(tài)�；炷林械娘査葘ζ湫阅芰踊俾示哂兄匾绊�。因此研究混凝土在疲勞荷載與凍融耦合作用下的損傷劣化及壽命預測,具有非常重要的理論和工程應用價值。本文通過應變測量并輔以聲發(fā)射技術,對不同飽水度的混凝土在彎曲疲勞荷載與凍融循環(huán)同時作用下的損傷劣化和壽命預測進行研究。首次揭示了兩者的耦合作用機理。并根據(jù)材料力學和Loland損傷模型,首次建立了損傷劣化和壽命預測模型。首先,對不同飽水度的混凝土進行靜載力學試驗和單一因素作用下的損傷劣化試驗,為耦合試驗及損傷劣化模型提供有關參數(shù)。通過四點彎曲試驗、斷裂試驗、劈拉強度試驗、抗壓強度試驗表明溫度和飽水度可以明顯改變混凝土的力學性能。對比不同飽水度試件在不同溫度時的疲勞試驗可以發(fā)現(xiàn),干燥試件在低溫恒溫工況下的混凝土的抗疲勞性能明顯優(yōu)于室溫不飽和試件的,飽和試件室溫條件下的抗疲勞性能最差。其次,對不同飽水度混凝土在疲勞與凍融耦合作用進行試驗研究。主要目的是通過試驗確定耦合損傷機制,為后續(xù)的損傷劣化模型和壽命預測提供基礎。通過對應變的分析,發(fā)現(xiàn)在疲勞與凍融耦合作用下?lián)p傷主要發(fā)生在溫度變化階段,在低于0℃的降溫階段產(chǎn)生的損傷最大。根據(jù)惠斯登電橋工作原理,建立應變分離測試方法,對應變片采取不同的粘貼方法,測得疲勞與凍融同時作用引起的耦合應變。同時,將兩者共同作用下由疲勞荷載引起的疲勞應變分量,以及由凍融引起的溫度應變分量從耦合應變中分離出來。對試驗測得的耦合應變、疲勞應變和溫度應變數(shù)據(jù)進行擬合,將耦合應變表示成疲勞應變和溫度應變的函數(shù),擬合的結果表明,耦合應變可以表示成疲勞應變與溫度應變的線性組合,并且線性組合系數(shù)可以表示成飽水度的線性函數(shù),這是首次發(fā)現(xiàn)用應變表示的耦合機制。通過聲發(fā)射對耦合作用進行無損在線檢測,揭示了耦合作用下的損傷劣化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)了在耦合作用下,當應變小于前期最大應變時不產(chǎn)生明顯聲發(fā)射現(xiàn)象,這不同于用荷載表示的凱塞效應,因此本文將這一現(xiàn)象命名為類凱塞效應。再次,根據(jù)耦合試驗確定的耦合機制,依據(jù)Loland損傷劣化模型、材料力學和損傷力學,建立以中性軸相對位置為參數(shù)的損傷劣化模型。根據(jù)材料力學中的平截面假定以及截面上內力平衡和內力矩與彎矩外荷載相等的條件,推導出最危險截面破壞應變ε_m和中性軸相對位置ζ_n的關系,中性軸相對位置ζ_n與疲勞次數(shù)N之間的關系,再根據(jù)Loland損傷模型確定的損傷度D_m與應變ε_m關系,確定了損傷度D_m與疲勞次數(shù)N之間的遞推關系:D_m~ε_m~ζ_n~N。最后,通過損傷劣化模型確定了混凝土在疲勞荷載與凍融耦合作用下的疲勞極限N_c的表達式,從而可以進行壽命預測。根據(jù)損傷度D與中性軸相對位置ζ_n的關系式,以及中性軸的極限位置ζ_n與疲勞次數(shù)N的關系式,得到破壞時中性軸的極限位置ζ_(nc)以及疲勞極限N_c的表達式。在實際應用過程中,只需要針對混凝土試件在耦合作用下的實驗結果,推導出最大危險截面的應變ε_m,即可計算出中性軸的位置ζ_n,進而確定此時已達到的疲勞次數(shù)N和損傷程度D,對比疲勞極限N_c,即可確定剩余壽命。
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第一章 緒論狀的影響；（5）在求解壓力的時候根據(jù)孔徑的分布采取加權平前提是由于界面的作用液相和固相處于熱動力學平衡，從微觀獨作用的，沒有相互作用；（6）沒有考慮非飽和情況和凍結破在剛體彈簧模型（Rigid Body Spring Model，縮寫為 RBSM）的觀層次建立模型預測受凍混凝土在外荷載作用下的宏觀力學行為1 所示，是由多邊形基本單元組成，每個單元有兩個平移自由度向彈簧具有彈塑性斷裂性能，，剪切彈簧具有彈塑性。假定混凝裂破壞，漿體和界面的法向抗拉強度服從概率分布，法向和剪率分布。骨料為彈性的，不發(fā)生斷裂。考慮到凍結在混凝土內形，因此用增長的法向彈簧表示這個不可逆變形，并且不可恢內部是隨機分布的。

圖 1-2 疲勞應變隨循環(huán)次數(shù)變化[61]Fig.1-2 Fatigue strain growth with cycles[61].2.2 疲勞損傷劣化與壽命預測研究混凝土疲勞累積損傷模型進行剩余壽命預測的目的是為現(xiàn)役混凝土和有損結構維修加固提供參考和依據(jù)。隨著人類社會發(fā)展，近年來著的增長，尤其在我國，今后的交通運輸量將會成倍地增長。那么計年限內的設計功能能否滿足今后的使用要求，就與結構的累積損了。這對充分利用現(xiàn)有結構物的潛力. 并保證安全可靠是很必要的顯經(jīng)濟效益的工作。）線性累積損傷理論
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU528

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本文編號：2613683