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冻融环境下预应力混凝土受弯构件的疲劳性能研究

作　者: 许露露
导　师: 张益多
学　校: 江苏科技大学
专　业: 结构工程
关键词: 预应力混凝土疲劳荷载冻融损伤模型寿命预
分类号: TU378
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

预应力混凝土结构与普通混凝土结构相比具有明显的优越性能，因此被广泛地应用到土木、建筑、水利和交通工程等各个领域。与其它结构一样，预应力混凝土结构长期在侵蚀环境作用下也会出现耐久性失效，近年来预应力混凝土结构在环境侵蚀作用下的耐久性问题已成为结构工程领域的研究热点之一。从气候条件来看，我国有相当大的地区处于严寒地带，有调查指出我国东北地区很多水工建筑物、桥梁的混凝土或预应力混凝土结构局部或大面积地遭受冻融破坏，造成重大经济损失。对长期处于严寒环境中的预应力混凝土结构，冻融作用是影响结构耐久性一个非常重要的因素，其抗冻性已引起工程界的重视，另一方面，预应力混凝土结构在服役期内承受着静载和频繁的反复荷载作用，如结构自重、车辆荷载、随机波浪力等，其抗力将随损伤的累积而衰减最终导致结构功能退化或失效。目前如何对已建及新建预应力混凝土结构在冻融环境下的疲劳性能进行分析和评估是工程界急需解决的问题，基于此，本文结合国家自然科学基金资助课题“双指标侵蚀环境作用下预应力结构耐久性试验与寿命预测研究”，通过对预应力混凝土构件在冻融与疲劳荷载交替作用下的试验研究，研究了预应力混凝土构件在冻融环境下的疲劳性能。本文完成的主要工作如下：1.对16根预应力混凝土试件进行了试验研究，探讨了混凝土强度、预应力度、冻融与疲劳交替次数比及疲劳荷载上限的大小对试件外观形态、动弹性模量、跨中挠度、混凝土和钢筋应变变化的影响；2.通过正交试验分析方法研究了冻融疲劳交替次数比、疲劳荷载上限和预应力度对动弹性模量衰减速率影响的大小；验证了对于试件动弹性模量的衰减，冻融与荷载疲劳之间存在着一定的交互作用；3..基于疲劳损伤累积理论以动弹性模量为损伤指标建立了冻融疲劳作用下构件的损伤模型并验证了模型的适用性；4.对冻融与荷载疲劳后的试件截面进行了理论应力分析，并将理论值与试验值进行了对比分析；5.建立了基于试件动弹性模量衰减和考虑普通钢筋疲劳断裂的寿命预测模型。本课题对预应力混凝土试件在冻融与疲劳荷载交替作用下的耐久性进行了研究，研究成果对于我国北方寒冷地区已建及新建工程在冻融环境下的疲劳耐久性进行评估具有较高的理论意义和实用价值。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-13
第一章绪论  13-25
  1.1 研究的背景  13-15
  1.2 混凝土抗冻性能研究现状  15-17
    1.2.1 混凝土冻融破坏机理  15
    1.2.2 混凝土冻融试验及冻融损伤模型  15-17
  1.3 钢筋混凝土疲劳性能研究现状  17-21
    1.3.1 混凝土疲劳性能研究  17-19
    1.3.2 普通钢筋、预应力钢筋疲劳性能研究  19-21
  1.4 预应力混凝土梁在冻融与荷载共同作用下的研究现状  21-23
    1.4.1 冻融与静载耦合作用下的研究  21-22
    1.4.2 冻融与疲劳荷载耦合作用下的研究  22-23
  1.5 本课题主要的研究内容  23-25
第二章预应力混凝土试件冻融与疲劳荷载交替作用试验  25-51
  2.1 试验概况  25-31
    2.1.1 试件设计  25-27
    2.1.2 试验材料  27-28
    2.1.3 试件制作  28-29
    2.1.4 试验方案  29-31
  2.2 试验结果及分析  31-45
    2.2.1 试件寿命及破坏形态  31-33
    2.2.2 试件冻融后的外观变化  33-34
    2.2.3 试件挠度变化规律  34-40
    2.2.4 试件动弹性模量衰减规律  40-42
    2.2.5 交替试验试件应变发展规律  42-45
  2.3 试验结果的正交分析  45-50
    2.3.1 极差分析  46-48
    2.3.2 交互作用的检验  48-50
  2.4 本章小结  50-51
第三章预应力混凝土试件的冻融疲劳损伤模型研究  51-63
  3.1 常用疲劳损伤累积模型  51-52
  3.2 损伤模型建立  52-54
    3.2.1 混凝土冻融损伤的疲劳机理  52-53
    3.2.2 损伤度的定义  53
    3.2.3 损伤模型的建立  53-54
  3.3 损伤模型参数确定  54-61
    3.3.1 冻融损伤的求解  54-59
    3.3.2 交互因子β_n求解  59-61
  3.4 本章小结  61-63
第四章冻融与疲劳荷载作用下预应力混凝土试件截面应力分析  63-73
  4.1 正截面分析的基本假定  63-64
  4.2 不考虑冻融作用的正截面应力分析  64-66
    4.2.1 试件消压后的截面应力分析  64-65
    4.2.2 试件消压前的截面应力分析  65-66
  4.3 考虑冻融影响后的正截面应力分析  66-71
    4.3.1 考虑冻融影响后的正截面应力分析方法  66
    4.3.2 试验试件冻融后的截面应力计算  66-69
    4.3.3 理论计算值与试验结果的对比  69-71
  4.4 本章小结  71-73
第五章预应力混凝土试件的寿命预测模型研究  73-81
  5.1 基于普通钢筋疲劳破坏的寿命预测模型  73-77
    5.1.1 钢筋疲劳的 Basquin 方程及其应用  73-74
    5.1.2 寿命预测模型的建立  74
    5.1.3 模型参数的求解  74-77
  5.2 基于试件动弹性模量衰减的寿命预测模型分析  77-79
    5.2.1 基于动弹性模量衰减的寿命预测模型  77
    5.2.2 寿命预测方法  77-78
    5.2.3 模型的适用性验证  78-79
  5.3 本章小结  79-81
第六章结论与展望  81-83
  6.1 结论  81-82
  6.2 研究展望  82-83
参考文献  83-87
攻读硕士学位期间发表的学术论文目录  87-89
致谢  89

冻融环境下预应力混凝土受弯构件的疲劳性能研究

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