本文關(guān)鍵詞：基于壓磁效應(yīng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)疲勞性能試驗(yàn)研究

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【摘要】：隨著高強(qiáng)混凝土和高強(qiáng)鋼筋的廣泛使用,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展更趨于輕質(zhì)、高強(qiáng)、大跨,采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)理論導(dǎo)致結(jié)構(gòu)處于高應(yīng)力工作狀態(tài),工作應(yīng)力變幅更加接近疲勞應(yīng)力幅。因此,混凝土結(jié)構(gòu)的疲勞對其安全性和耐久性的影響愈發(fā)重要。本文基于鋼筋的壓磁效應(yīng),研究了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的疲勞損傷及壓磁信號的演變規(guī)律。主要內(nèi)容包括以下幾個方面:(1)基于彈性階段和考慮塑性變形的Jiles-Atherton磁機(jī)械效應(yīng)模型,根據(jù)變形鋼筋壓磁效應(yīng)的特點(diǎn),提出了考慮初始位錯及位錯發(fā)展的等效釘扎系數(shù),建立了疲勞前、中期適用于變形鋼筋的Jiles-Atherton模型并進(jìn)行數(shù)值模擬,基于磁偶極子模型分析了疲勞后期宏觀疲勞裂紋的漏磁場對壓磁信號的影響。從微觀角度并結(jié)合鋼筋混凝土疲勞壓磁試驗(yàn)結(jié)果證明了將壓磁效應(yīng)應(yīng)用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)疲勞研究的可行性。(2)通過HRB400鋼筋標(biāo)準(zhǔn)試件的靜力及疲勞-壓磁試驗(yàn),分析了應(yīng)力、應(yīng)變、初始損傷位置、疲勞斷裂位置與壓磁信號間的關(guān)系,探究循環(huán)荷載作用下鋼筋材料的疲勞性能。試驗(yàn)表明:時變曲線和滯回曲線等壓磁信號參數(shù)的演變規(guī)律反映了鋼筋的疲勞損傷發(fā)展規(guī)律;定義了基于壓磁信號特征點(diǎn)的疲勞損傷變量,損傷發(fā)展符合疲勞三階段規(guī)律,建立了基于壓磁參數(shù)的疲勞失效準(zhǔn)則和壽命預(yù)測方法。(3)通過HRB400帶肋鋼筋試件的靜力及疲勞-壓磁試驗(yàn),分析應(yīng)力、應(yīng)變與壓磁信號問的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)由于表面形狀的影響,帶肋鋼筋壓磁信號與標(biāo)準(zhǔn)試件存在差別,根據(jù)時變曲線和滯回曲線得到的壓磁信號特征點(diǎn)、幅值、極值比等隨疲勞進(jìn)程呈三階段變化規(guī)律;基于帶肋鋼筋的等效釘扎系數(shù)的變化規(guī)律提出了變形鋼筋疲勞損傷機(jī)理,疲勞第三階段宏觀裂紋的漏磁場導(dǎo)致壓磁信號畸變,可以預(yù)警疲勞失效;定義了基于壓磁信號特征點(diǎn)和壓磁信號幅值的疲勞損傷變量,建立了帶肋鋼筋的疲勞失效準(zhǔn)則和壽命預(yù)測方法。(4)通過研究局部粘結(jié)滑移和研究縫間粘結(jié)滑移的中心拉拔試件和預(yù)設(shè)缺口梁式試件的靜載及循環(huán)加載試驗(yàn),分析粘結(jié)應(yīng)力、滑移量、壓磁信號之間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)循環(huán)初始階段界面壓磁信號的變化最為顯著,經(jīng)歷若干循環(huán)后曲線形狀保持穩(wěn)定;兩類試件的壓磁信號變化規(guī)律均與界面損傷機(jī)理吻合,能夠反映鋼筋與混凝土間粘結(jié)性能退化規(guī)律。(5)通過鋼筋混凝土梁的常幅疲勞試驗(yàn),分析荷載水平、應(yīng)變、撓度與壓磁信號間的關(guān)系,試驗(yàn)表明壓磁信號對混凝土梁的裂縫開展很敏感,壓磁信號突變反映了裂縫開展導(dǎo)致的鋼筋應(yīng)力狀態(tài)改變,尤其是鋼筋混凝土構(gòu)件初裂;根據(jù)時變曲線和滯回曲線得到的壓磁信號特征點(diǎn)、幅值等隨疲勞進(jìn)程呈三階段變化規(guī)律,通過壓磁信號的畸變可以預(yù)警疲勞失效;比較疲勞前期的法向和切向壓磁信號幅值能夠初步判斷鋼筋混凝土梁的疲勞失效位置和失效模式。(6)通過斷口分析和截面狀態(tài)分析提出了鋼筋混凝土梁的疲勞損傷機(jī)理,鋼筋混凝土界面性能退化導(dǎo)致混凝土中鋼筋承受復(fù)雜應(yīng)力和多級應(yīng)力作用,使其疲勞壽命相比軸拉條件下的鋼筋顯著降低,不同疲勞破壞模式下鋼筋受力狀態(tài)的改變過程不同;鋼筋的壓磁信號不僅反映了混凝土梁疲勞裂縫擴(kuò)展導(dǎo)致的鋼筋應(yīng)力重分布過程和界面退化過程,還與鋼筋疲勞斷裂位置有關(guān);定義了基于壓磁效應(yīng)參數(shù)的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的疲勞損傷變量并建立了疲勞失效準(zhǔn)則和壽命預(yù)測方法。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TU375

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