疲劳荷载作用下部分预应力混凝土梁钢筋应力重分布试验研究

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预应力混凝土构件的疲劳试验研究

预应力混凝土构件的疲劳试验研究

预应力混凝土构件的疲劳试验研究一、研究背景预应力混凝土构件广泛应用于大型桥梁、高层建筑、水利水电工程等领域。

随着使用年限的增长,预应力混凝土构件的疲劳性能逐渐成为工程实际应用中需要考虑的重要问题。

因此,对预应力混凝土构件的疲劳性能进行深入研究,有助于提高工程结构的安全性和可靠性。

二、研究目的本研究旨在通过疲劳试验,探究预应力混凝土构件的疲劳性能规律,并分析其影响因素,为工程实际应用提供理论依据和参考。

三、研究内容1.试件制备本研究选取标准尺寸的预应力混凝土梁作为试件,采用预应力钢筋预应力法进行预应力。

试件尺寸为300mm×300mm×1200mm,预应力钢筋直径为12mm,预应力水平为150kN。

2.疲劳试验采用四点弯曲疲劳试验方法,疲劳载荷的幅值为试件破坏载荷的60%。

试验频率为10Hz,试验温度为20℃。

试验中记录试件的应变、位移等数据,并记录试件的疲劳寿命。

3.试验结果分析分析试验结果,得出试件的疲劳寿命、疲劳极限等参数。

并对试验数据进行统计处理,得出试件的疲劳寿命曲线。

4.影响因素分析分析试验中影响预应力混凝土构件疲劳性能的因素,包括预应力水平、试件尺寸、混凝土配合比等因素,并探究其对试件疲劳寿命的影响规律。

四、研究意义通过本研究,能够深入了解预应力混凝土构件的疲劳性能规律,为工程实际应用提供理论依据和参考。

同时,也有助于指导预应力混凝土构件的设计和施工,提高工程结构的安全性和可靠性。

五、研究结论通过疲劳试验,得出预应力混凝土构件的疲劳寿命曲线,并发现预应力水平、试件尺寸、混凝土配合比等因素对试件疲劳寿命具有显著影响。

在工程实际应用中,应根据具体情况进行合理的设计和施工,以保证预应力混凝土构件的疲劳性能符合要求。

预应力混凝土梁荷载正应力分布试验研究

预应力混凝土梁荷载正应力分布试验研究

全可 以用线性 分布公式计算混凝土拉 应力 , 在受 压区混 凝土边 缘处按 线性 分布公 式计算 则误差 较大 。 在进行重要预应力受弯构件设计时 , 需要校核受压 区混凝 土边缘压应力 。本文对此进行 了试 验研究 , 此 试验结果可作 为设计校核参考 , 文中还给 出了设计校核 的参考公式 。 关键词 : 预应力} 凝土 ; 昆 正应力 ; 应力分布
中图 分 类 号 :V32 1 T 3 .2 文 献标 识 码 : A 文章编号 : 0 1 5—84 (07 0 —07 —0 0 4 320 )4受的荷载也来越大 , 其中的梁板结构 , 均要承受弯矩的作用。 目 , 前 国内外在设计预应力钢筋混凝土受弯构件时 , 都认为使用荷载在混凝土中产生的应力符合线性分布规 律¨ J然后进 行 配筋 。配筋 的原则 固然要满 足承 载力 要求 , , 同时 也要 防止发 生 超 筋现 象 , 使构 件 的破 坏 要
式 中 : 指截 面形 心轴 到换算 截面 形心 轴 的距 离 , d是 即
d 要一 2 = Y
表 如表 1 。
( 6 )

— 一 jo 一 Q
() 6 式 还 要 用 到一 些 预 应 力 梁 的基 本 参 数 , 1 ~() 列 ()~( ) 及 表 1中 : P为 指 预 应 力 钢 筋 截 面 面 1 6式 A
为界 限破坏 , 即受拉 区钢 筋达 到屈服 的 同时 , 受压 区 混凝 土达到极 限 压应变 。试验 发现 , 在加 载 时 , 预应力 受 弯构件 中混凝 土 应变并 不是线性 分 布 , 别是受 压 区边 缘混 凝 土压应 变相差 较大 , 特 这就 意味 着 即使 是设计 配
筋适中的受弯构件 , 也有可能发生超筋破坏 。这样就需要研究预应力受弯构件在外荷载作用下其混凝 土应 力 的分 布规律 , 为结 构设 计校核 提供依 据 。 .

钢筋混凝土梁的疲劳性能研究

钢筋混凝土梁的疲劳性能研究

钢筋混凝土梁的疲劳性能研究钢筋混凝土梁广泛应用于建筑物、桥梁、水利工程等领域。

在使用过程中,梁的疲劳性能是一个重要的考虑因素。

本文将探讨钢筋混凝土梁的疲劳性能研究。

一、疲劳性能的定义疲劳性能指材料在循环荷载下的耐久性能,即在循环荷载下,材料的抗疲劳裂纹扩展能力。

疲劳性能是材料的一个重要指标,它直接影响材料在工程中的使用寿命和安全性。

二、钢筋混凝土梁的疲劳破坏模式钢筋混凝土梁在循环荷载下的疲劳破坏模式主要有两种:弯曲疲劳和剪切疲劳。

弯曲疲劳是指梁在循环荷载下产生的弯曲变形,导致梁的疲劳破坏。

剪切疲劳是指梁在循环荷载下产生的剪切变形,导致梁的疲劳破坏。

三、影响钢筋混凝土梁疲劳性能的因素1、荷载幅值:荷载幅值是指荷载的最大值和最小值之间的差值。

荷载幅值越大,梁的疲劳寿命越短。

2、荷载频率:荷载频率是指荷载的循环次数。

荷载频率越高,梁的疲劳寿命越短。

3、钢筋质量:钢筋质量是指钢筋的材质和强度等指标。

优质的钢筋可以提高梁的疲劳寿命。

4、混凝土强度:混凝土强度是指混凝土的抗压强度等指标。

强度越高的混凝土可以提高梁的疲劳寿命。

5、截面形状:截面形状是指梁的横截面形状。

不同形状的梁在循环荷载下的疲劳性能不同。

四、疲劳寿命的预测方法疲劳寿命的预测方法主要有试验方法和数值模拟方法。

试验方法是通过对梁进行循环荷载试验,观察梁的疲劳破坏情况,得出梁的疲劳寿命。

数值模拟方法是通过有限元软件对梁进行仿真计算,得出梁的疲劳寿命。

五、改善钢筋混凝土梁的疲劳性能的措施1、减小荷载幅值:减小荷载幅值可以延长梁的疲劳寿命。

2、增加钢筋数量:增加钢筋数量可以提高梁的抗弯强度和疲劳寿命。

3、优化截面形状:优化截面形状可以提高梁的抗弯强度和疲劳寿命。

4、采用高强度混凝土:采用高强度混凝土可以提高梁的疲劳寿命。

5、采用预应力钢筋:采用预应力钢筋可以提高梁的抗弯强度和疲劳寿命。

六、结论钢筋混凝土梁的疲劳性能是一个重要的考虑因素,影响因素包括荷载幅值、荷载频率、钢筋质量、混凝土强度和截面形状等。

预应力混凝土梁的荷载效应与挠度性能研究

预应力混凝土梁的荷载效应与挠度性能研究

预应力混凝土梁的荷载效应与挠度性能研究1. 引言预应力混凝土梁是现代桥梁工程中常用的构造元素之一。

由于其独特的结构特点和预应力技术的应用,预应力混凝土梁在承载能力和变形性能上具有较好的表现。

本文将对预应力混凝土梁的荷载效应和挠度性能进行研究,并分析其中的机理和影响因素。

2. 预应力混凝土梁的荷载效应2.1 荷载作用下的应力分布在受到荷载作用时,预应力混凝土梁内部会出现应力分布的变化。

一般情况下,受拉区域的应力会减小,而受压区域的应力则会增加。

这是由于预应力钢束的预应力作用对混凝土的应力分布产生了调控作用。

通过精确的计算和测试,可以得出预应力混凝土梁内应力的具体变化规律。

2.2 荷载作用下的变形性能受到荷载作用后,预应力混凝土梁的变形性能也会发生变化。

通常情况下,梁的挠度会增大,而且增长速率较慢,表现出较好的变形控制能力。

预应力混凝土梁的变形性能与其预应力水平、截面形状以及混凝土的强度等因素有关。

3. 影响因素分析3.1 预应力水平预应力水平是影响预应力混凝土梁荷载效应和挠度性能的重要因素之一。

预应力水平较高时,梁的承载能力会增加,同时变形能力也有所提高。

但是,过高的预应力水平可能导致梁的开裂和变形超出设计要求,因此需要在设计时进行合理的预应力水平选择。

3.2 截面形状预应力混凝土梁的截面形状也对其荷载效应和挠度性能产生影响。

一般来说,矩形截面的梁在受荷载作用时,承载能力较高,但是其挠度性能较差。

而采用其他非矩形的截面形状,比如T形、I形等,可以改善梁的挠度性能,但承载能力有所降低。

3.3 混凝土的强度混凝土的强度是影响预应力混凝土梁性能的重要因素之一。

一般来说,混凝土的强度越高,梁的承载能力和变形能力越好。

但是,过高的混凝土强度可能导致混凝土开裂和使用材料成本增加,因此在设计时需要综合考虑。

4.通过对预应力混凝土梁荷载效应和挠度性能的研究,可以得出以下:•受荷载作用时,预应力混凝土梁内部的应力分布会发生变化,受拉区域的应力减小,受压区域的应力增加;•受荷载作用后,预应力混凝土梁的挠度会增大,但增长速率较慢,表现出较好的变形控制能力;•预应力水平、截面形状和混凝土的强度是影响梁荷载效应和挠度性能的重要因素;•在设计时需要综合考虑各种因素,选择合理的预应力水平、截面形状和混凝土强度,以满足工程要求。

钢筋混凝土梁的疲劳试验研究

钢筋混凝土梁的疲劳试验研究

钢筋混凝土梁的疲劳试验研究钢筋混凝土梁是建筑工程中常用的结构体系,在一些长期受力作用的情况下,容易发生疲劳破坏。

因此,钢筋混凝土梁的疲劳试验研究显得尤为重要。

本篇文章将从试验原理、试验方法、试验结果和结论等方面,对钢筋混凝土梁的疲劳试验研究进行详细的探讨。

试验原理疲劳试验是指将试件在一定载荷下进行循环加载,以模拟实际使用中的疲劳载荷作用,探究材料在长期受力作用下的疲劳性能。

在钢筋混凝土梁的疲劳试验中,试验材料为钢筋混凝土梁,试验载荷为循环变载荷或等幅变载荷,试验过程中,通过观察试件的变形、裂缝扩展和破坏等情况,来分析材料的疲劳性能。

试验方法疲劳试验可以分为两种,一种是循环变载荷疲劳试验,另一种是等幅变载荷疲劳试验。

循环变载荷疲劳试验是指在一定的载荷范围内,进行循环加载,以模拟实际使用中的载荷变化过程。

等幅变载荷疲劳试验是指在一定的载荷幅值下,进行循环加载,以模拟实际使用中的等幅载荷作用。

两种试验方法均可以模拟实际使用中的疲劳载荷作用,但是两者的试验过程和结果有所不同。

在进行疲劳试验前,需要对试件进行预载荷,以使试件达到一定的应力状态,再进行疲劳试验。

试验过程中,需要记录试件的变形、裂缝扩展和破坏等情况,并对试件进行周期性的检测,以保证试验数据的准确性。

试验结果疲劳试验的结果可以通过应力-应变曲线、载荷-位移曲线、载荷-时间曲线、裂缝扩展曲线等方式来反映试验结果。

通过这些曲线可以分析试件在循环载荷作用下的变形、裂缝扩展和破坏等情况。

试验结果可以用于评价试件的疲劳性能,为工程实践提供依据。

结论钢筋混凝土梁的疲劳试验研究表明,钢筋混凝土梁在循环载荷作用下,容易发生疲劳破坏。

试验结果显示出梁的疲劳强度、残余强度、裂缝扩展速率等都与循环载荷的幅值、频率、持续时间等因素有关。

在实际工程中,需要根据钢筋混凝土梁的使用环境和载荷特点等因素,对梁的尺寸、钢筋配筋和混凝土强度等进行合理设计和选择,以提高梁的疲劳性能,保证工程的安全性和可靠性。

钢筋混凝土梁的疲劳性能分析

钢筋混凝土梁的疲劳性能分析

钢筋混凝土梁的疲劳性能分析钢筋混凝土梁是结构工程中常见的承载构件,其在长期使用过程中会面临疲劳荷载的作用。

疲劳荷载是指由于频繁重复加载引起的应力集中,长期作用下可能导致梁的疲劳破坏。

本文将对钢筋混凝土梁的疲劳性能进行分析。

1. 疲劳破坏机理疲劳破坏是由于应力集中造成的微裂纹形成和扩展,最终导致梁的破坏。

钢筋混凝土梁在受到疲劳荷载作用下,梁的应力分布会发生变化,产生应力集中现象。

应力集中会引起钢筋和混凝土中的微裂纹形成,并在反复加载下逐渐扩展,最终导致梁的疲劳破坏。

2. 影响疲劳性能的因素钢筋混凝土梁的疲劳性能受到多种因素的影响,包括荷载幅值、荷载频次、应力水平、梁的几何形状和材料性能等。

荷载幅值和频次决定了梁所受到的疲劳荷载大小和加载次数,荷载幅值和频次越大,梁的疲劳破坏速度越快。

应力水平表示梁在疲劳荷载下所承受的最大应力水平,较高的应力水平会加速梁的疲劳破坏。

梁的几何形状和材料性能会影响应力分布和应力集中程度,改变这些因素可以提高梁的疲劳性能。

3. 疲劳寿命与SN曲线疲劳寿命是指在疲劳荷载作用下,梁能够承受的荷载次数。

疲劳寿命与荷载幅值、频次以及应力水平有关。

通过实验,可以得到一条用于描述材料疲劳性能的曲线,即SN曲线。

在SN曲线上,S表示应力水平,N表示荷载次数。

SN曲线可用来评估梁的疲劳性能,并提供一个可靠的依据来设计和评估结构的疲劳寿命。

4. 疲劳性能的改善方法为了提高钢筋混凝土梁的疲劳性能,可以采取一些改善措施。

首先,在结构设计中合理选择梁的几何形状和尺寸,以减小应力集中程度。

其次,选用高强度的混凝土和钢筋材料,提高材料的疲劳强度。

此外,采用预应力或纤维增强等技术,可以增加梁的承载能力和耐久性,提高梁的疲劳寿命。

总结:钢筋混凝土梁的疲劳性能分析对于结构工程设计和评估具有重要意义。

在分析疲劳性能时,需要考虑疲劳破坏机理、影响疲劳性能的因素、疲劳寿命与SN曲线以及改善疲劳性能的方法。

通过对这些因素的分析和控制,可以提高钢筋混凝土梁的抗疲劳能力,延长结构的使用寿命。

混凝土梁的疲劳性能分析

混凝土梁的疲劳性能分析

混凝土梁的疲劳性能分析一、引言混凝土结构在长期使用过程中,经受着多种荷载作用下的反复变形,这种反复变形会导致混凝土结构的疲劳破坏。

对于混凝土结构,疲劳破坏是一种常见的破坏形式,尤其对于混凝土梁这种常见的结构形式,其疲劳性能的研究显得尤为重要。

本文将针对混凝土梁的疲劳性能进行分析,并介绍其主要原理和研究方法。

二、混凝土梁的疲劳破坏特征混凝土梁在长期使用过程中,由于反复荷载的作用,其会出现一系列的疲劳破坏特征,主要表现为以下几点:1.裂纹形成及扩展。

混凝土梁在疲劳荷载下,会产生一些微小的裂纹,随着荷载的增加,这些裂纹会逐渐扩展,最终导致混凝土梁的破坏。

2.剪切破坏。

由于混凝土梁在疲劳荷载下,剪切应力的作用会逐渐积累,当应力达到一定程度时,混凝土梁会发生剪切破坏。

3.弯曲破坏。

混凝土梁在疲劳荷载下,由于受到弯曲应力的作用,会发生弯曲破坏。

4.扭转破坏。

混凝土梁在疲劳荷载下,由于扭转应力的作用,会发生扭转破坏。

三、混凝土梁的疲劳性能分析方法为了分析混凝土梁的疲劳性能,必须了解混凝土梁的本构关系和荷载历程。

目前,常用的分析方法主要包括实验方法和理论分析方法。

在实验方法中,常用的方法包括循环荷载试验、疲劳寿命试验和裂纹扩展试验等。

在理论分析方法中,常用的方法包括线性弹性疲劳分析方法、非线性弹塑性疲劳分析方法和损伤力学疲劳分析方法等。

1.循环荷载试验循环荷载试验是一种常用的分析混凝土梁疲劳性能的实验方法。

该方法通常采用标准的循环荷载历程,对混凝土梁进行反复荷载,观察其疲劳裂纹的形成和扩展情况,以及荷载历程对混凝土梁疲劳寿命的影响。

该方法能够较为直观地反映混凝土梁的疲劳性能,但其试验成本较高,且需要大量的试验样品,对试验条件的控制要求较高。

2.疲劳寿命试验疲劳寿命试验是一种常用的分析混凝土梁疲劳性能的实验方法。

该方法通常采用一定的荷载历程,对混凝土梁进行反复荷载,观察其疲劳寿命的长短。

通常采用S-N曲线来反映混凝土梁的疲劳寿命情况。

预应力混凝土构件的疲劳性能研究

预应力混凝土构件的疲劳性能研究

预应力混凝土构件的疲劳性能研究1. 研究背景和意义预应力混凝土构件是一种重要的结构形式,在桥梁、高层建筑、水利工程等领域得到广泛应用。

在实际使用中,预应力混凝土构件往往会受到反复的荷载作用,这就需要对其疲劳性能进行研究。

疲劳是结构材料在反复荷载下发生的疲乏变形和疲劳破坏的现象,疲劳破坏是结构的主要破坏形式之一。

因此,对于预应力混凝土构件的疲劳性能研究具有重要的理论和实际意义。

2. 研究内容和方法(1)研究内容本文主要研究预应力混凝土构件的疲劳性能,包括以下方面:1)疲劳试验概述:介绍预应力混凝土构件疲劳试验的基本原理、试验流程和试验方法。

2)疲劳试验结果分析:对试验结果进行分析,包括疲劳极限、疲劳寿命、疲劳裂纹扩展规律等。

3)疲劳损伤机理分析:通过对试验结果的分析,探讨疲劳损伤机理,揭示疲劳破坏的本质。

(2)研究方法1)试验方法:采用静载荷和疲劳荷载相结合的试验方法,对预应力混凝土构件进行疲劳试验。

2)试验数据处理:对试验数据进行处理和分析,包括荷载-位移曲线、应力-应变曲线、疲劳极限、疲劳寿命、疲劳裂纹扩展规律等。

3)疲劳损伤机理分析:通过对试验结果的分析,结合微观结构和材料力学等知识,探讨疲劳损伤机理。

3. 研究进展和成果预应力混凝土构件的疲劳性能研究已经取得了一定的进展和成果,主要表现在以下几个方面:(1)试验方法:疲劳试验方法主要包括恒幅荷载试验、变幅荷载试验和随机荷载试验等,其中变幅荷载试验是目前比较常用的试验方法。

(2)试验结果分析:通过对试验数据的分析,得出了预应力混凝土构件的疲劳极限、疲劳寿命等参数,并研究了荷载幅值对疲劳寿命的影响。

(3)疲劳损伤机理分析:通过对试验结果的分析,揭示了预应力混凝土构件疲劳破坏的本质,包括裂纹的形成、扩展和联合作用等。

4. 研究存在的问题和展望(1)研究存在的问题1)试验方法的选择和标准化:目前预应力混凝土构件疲劳试验的方法较多,但是缺乏统一的标准化方法,需要进一步研究和标准化。

《混合配筋部分预应力混凝土梁疲劳性能研究摘录》教程

《混合配筋部分预应力混凝土梁疲劳性能研究摘录》教程

与混凝土结构静力性能研究相比,疲劳性能的研究不仅试验难度大、时间长、成本高、耗费人力多,而且机理复杂,因此尚有很多问题需投入资金开展研究。

结合上述分析,其中主要的问题可以归纳为以下四个方面:(1)荷载方面:应加强吊车梁、公路桥梁等疲劳荷载谱及变幅等效荷载折算的研究;(2)材料方面:应加强钢筋在空气中与在构件中疲劳性能差异的研究和弯曲及转折对疲劳性能影响的研究;(3)疲劳试验方面:应逐步开展实际服役荷载谱作用下的结构构件的疲劳试验研究;疲劳试验中应采用更先进的测试手段,如光纤传感器等,提高疲劳过程中的测试精度。

(4)计算理论方面:对于开裂后的混合配筋部分预应力混凝土构件,应进一步开展考虑不同种类钢筋粘结性能差异的钢筋疲劳应力验算方法的研究;现有的计算方法中几乎没有考虑在构件疲劳损伤过程中钢筋与混凝土之间由于损伤机制的不同而产生的相互作用等和由此造成的截面应力的重分布。

班LEM36.RDL委员会在文献〔1]中也建议开展此方面的研究。

基于有限元的构件疲劳损伤非线性分析也是今后应继续研究的方向。

结论1(1)预应力混凝土试验梁的疲劳破坏一般均始于普通钢筋的疲劳断裂。

对于纵筋配筋率较低的部分预应力混凝土构件来说,当承受的疲劳荷载较大时,可能会出现整根试件的突然脆性断裂。

因此,为了保证试件在疲劳破坏前有一个明显的预兆,应该采用较高的纵筋配筋率。

疲劳荷载作用下的最小配筋率理论上应该比静载作用下的最小配筋率更高一些,这有待于今后进一步地系统研究。

(2)对于允许开裂的混合配筋部分预应力混凝土构件来说,并不是预应力钢筋所占比例越高其疲劳性能相应地也越好,设置适量的非预应力钢筋对于提高构件的疲劳性能来说是十分重要的。

理论上存在着一个最优的预应力比率(即R)使得开裂后的混合配筋部分预应力混凝土构件的疲劳性能最优,这还有待于进一步的系统研究,该结论与文献〔87〕所得结论基本一致。

(3)经疲劳荷载作用后未发生疲劳破坏的梁的剩余静载承载力并不受疲劳荷载加载历程的影响。

混凝土梁中预应力钢筋的疲劳性能研究

混凝土梁中预应力钢筋的疲劳性能研究

混凝土梁中预应力钢筋的疲劳性能研究混凝土梁是建筑结构中常见的构件,而预应力钢筋则是常用的加固方式。

在长时间的使用中,混凝土梁中的预应力钢筋会因为疲劳而失效,导致结构的安全性受到影响。

因此,对混凝土梁中预应力钢筋的疲劳性能进行研究,对于确保结构的安全性具有重要意义。

1. 研究背景混凝土梁是建筑结构中常见的构件,其主要作用是承受荷载并传递到支座上。

而预应力钢筋则是常用的加固方式,可以提高混凝土梁的承载能力和抗震性能。

然而,在长时间的使用中,混凝土梁中的预应力钢筋会因为疲劳而失效,导致结构的安全性受到影响。

因此,对混凝土梁中预应力钢筋的疲劳性能进行研究,对于确保结构的安全性具有重要意义。

2. 疲劳性能的定义和分类疲劳是指材料在受到交替加载下的循环应力作用下,经过一定次数的循环应力后,发生的疲劳断裂现象。

疲劳性能是材料在循环应力下的抗拉强度和延伸性能。

根据材料的疲劳性能可以将其分为以下三类:(1)高强度材料:高强度钢筋等材料疲劳性能好,可以承受较大的循环应力。

(2)中等强度材料:混凝土等材料疲劳性能较好,可以承受较小的循环应力。

(3)低强度材料:如木材等材料疲劳性能差,循环应力作用下易发生疲劳断裂。

3. 影响混凝土梁中预应力钢筋疲劳性能的因素混凝土梁中预应力钢筋的疲劳性能受到多种因素的影响,包括其自身的材料特性、梁的几何形状和外部荷载等因素。

具体而言,影响混凝土梁中预应力钢筋疲劳性能的因素包括:(1)钢筋的材料特性:包括钢筋的强度、延伸性和疲劳性能等因素。

(2)钢筋的直径和长度:钢筋的直径和长度对其疲劳性能有很大影响,一般来说,直径越大、长度越短的钢筋疲劳性能越好。

(3)混凝土的强度和韧性:混凝土的强度和韧性对混凝土梁整体的抗拉能力和抗震性能有很大影响,进而影响预应力钢筋的疲劳性能。

(4)外部荷载的大小和频率:外部荷载的大小和频率对混凝土梁中预应力钢筋的疲劳性能有很大影响,频繁的荷载作用容易导致疲劳失效。

梁钢筋混凝土梁疲劳的影响因素分析与研究

梁钢筋混凝土梁疲劳的影响因素分析与研究
劳性能 。
பைடு நூலகம்
2材料 的 选择 因素 对钢 筋混 凝 土梁 疲 劳性能 的 影响 2 . 1混凝土对钢筋混凝 土梁疲劳性能的影响
在 低 应 力 的 水 平 荷 载 作 用 下 ,高 性 能 混 凝 土 依 旧 符 合 平 面 假 定 原 理 。 实 际 应 用 中 ,正 常 的配 置 钢 筋 ,保 持 合 理 的 配 筋 率 , 高 性 能 混 凝 土 梁 的 疲 劳 性 能 要 比 普 通 混 凝 土 梁 的 疲 劳 性 能 好 很 多 。 经 试 验 证 明 , 混 凝 土 的 强 度 与 钢筋混 凝土梁 的疲劳强度 是成正 比的 , 也 就 是 说 当 混 凝 土 的强 度 增 大 时 , 钢 筋 混 凝 土 梁 的疲 劳 强 度 也 会 随 之 增 大 ,
工 程 使 用 在 十 年 左 右 ,就 不 得 不 进 行 维 修 或 者 拆 除 ,有 的 工 程 甚 至 发 生 坍 塌 ,造 成 了严 重 的 后 果 ,不 仅 造 成 经
济 损 失 ,还 给 人 们 带 来 了 巨 大 的 精 神 压 力 。
但 由于 研 究 钢 筋 混 凝 土 梁 疲 劳 性 能 需 要 大 量 的 科 研 经 费 ,故 研 究 的 人 并 不 多 ,关 于 这 方 面 的 报 告 也 很 少 。 曹 建 安 等 研 究 了在 自然 条 件 下 的钢 筋 锈 蚀 的 疲 劳 性 能 能 。 陈 爽 、 陈 宜 虎 等 对 碳 纤 维 加 固锈 蚀 钢 筋 混 凝 土 梁 的 疲 劳 性 能 的研 究 。 他 们 的 研 究 成 果 为 之 后 有 关 这 方 面 的 研 究 提 供 了 相 关 依 据 。
1钢筋 的 锈蚀 因素 对钢 筋 混凝 土梁 疲劳 性 能的影 响

预应力混凝土中钢筋的应力分布研究

预应力混凝土中钢筋的应力分布研究

预应力混凝土中钢筋的应力分布研究一、引言预应力混凝土是一种先施加预应力,再浇筑混凝土的结构体系,其主要优点是能够提高混凝土的承载能力和耐久性。

而预应力混凝土中的预应力钢筋起到了重要的作用,通过预应力钢筋的施加,可以使混凝土中的裂缝减少,强度和韧性得到提高。

钢筋的应力分布是预应力混凝土中重要的研究内容之一,本文将对预应力混凝土中钢筋的应力分布进行详细的研究。

二、预应力混凝土中钢筋的应力分布1. 预应力钢筋的应力分布预应力钢筋是通过预先施加拉应力的钢筋,使其在混凝土中形成压应力,从而达到增强混凝土的目的。

预应力钢筋的应力分布不仅受预应力大小的影响,还受混凝土的强度、初始裂缝的存在等因素的影响。

一般情况下,预应力钢筋应力随着距离钢筋中心的距离增加而减小,呈现出一个抛物线形状。

2. 混凝土中的应力分布混凝土中的应力分布是与混凝土的受力状态有关的,一般情况下,混凝土的应力分布呈现出一个梯形形状。

在预应力混凝土中,混凝土的应力分布与预应力钢筋的应力分布有密切的关系。

当预应力钢筋的应力较大时,混凝土中的应力分布也会随之增大。

3. 钢筋与混凝土的黏结力钢筋与混凝土的黏结力是预应力混凝土中钢筋应力分布的重要因素之一。

黏结力的大小直接影响到钢筋的应力分布,一般情况下,黏结力的大小与混凝土强度、钢筋表面状态有关。

当混凝土强度较高、钢筋表面状态好时,钢筋与混凝土的黏结力也会增强。

三、影响预应力混凝土中钢筋应力分布的因素1. 预应力大小预应力大小是影响预应力混凝土中钢筋应力分布的重要因素之一。

当预应力大小较大时,钢筋的应力分布也相应地增大。

2. 混凝土的强度混凝土的强度是影响预应力混凝土中钢筋应力分布的另一个因素。

当混凝土强度较高时,钢筋的应力分布也会相应地增强。

3. 初始裂缝的存在初始裂缝的存在也是影响预应力混凝土中钢筋应力分布的因素之一。

当存在初始裂缝时,钢筋的应力分布会受到影响,应力分布曲线会出现偏移。

四、应力分布的测试方法1. 磁力传感器法磁力传感器法是一种利用磁力传感器对钢筋应力进行测试的方法。

预应力混凝土梁中压应力的分布规律研究

预应力混凝土梁中压应力的分布规律研究

预应力混凝土梁中压应力的分布规律研究一、研究背景和意义预应力混凝土梁作为一种常用的结构体系,在现代建筑和桥梁工程中得到了广泛的应用。

预应力混凝土梁的优点是明显的,主要体现在梁的抗弯能力和承载能力上。

然而,预应力混凝土梁在使用过程中,会产生一些问题,比如压应力的分布规律,这些问题直接影响梁的使用寿命和安全性。

因此,研究预应力混凝土梁中压应力的分布规律,对于提高梁的使用寿命和安全性具有重要的意义。

二、预应力混凝土梁中压应力的分布规律1. 梁的受力特点预应力混凝土梁受力特点是沿着梁的轴线方向受拉应力,而梁的下部受到压应力。

在梁的中心线处,应力为零,随着距离的增加,应力逐渐增大,最大值出现在梁的底部。

2. 压应力的分布规律预应力混凝土梁中的压应力分布规律是一个复杂的问题,与梁的几何形状、受力方式、材料强度等因素有关。

通常情况下,梁的底部应力最大,而梁的顶部应力最小。

随着距离的增加,应力逐渐减小,最终趋于零。

在梁的跨中位置,应力值较大,这是由于梁的受力方式和几何形状的影响。

3. 影响压应力分布规律的因素预应力混凝土梁中压应力的分布规律受多种因素的影响,主要包括以下几个方面:(1)受力方式梁的受力方式对压应力分布规律的影响是非常显著的,不同的受力方式会导致应力分布规律不同。

例如,自重加载时,梁底部应力最大,而悬臂加载时,梁跨中处应力最大。

(2)几何形状梁的几何形状对压应力分布规律的影响也是很大的。

例如,梁的高度和宽度都会影响应力分布规律,高宽比越大,压应力分布越不均匀。

(3)预应力大小预应力大小也是影响压应力分布规律的重要因素之一。

预应力大小越大,梁底部的应力越大。

(4)材料强度材料强度也会影响压应力分布规律。

当材料强度越大时,应力分布越均匀。

三、研究方法1. 数值模拟方法数值模拟方法是目前研究预应力混凝土梁中压应力分布规律的主要方法之一,其基本思想是将梁的几何形状和材料特性输入计算机,通过有限元分析等方法模拟梁在不同受力情况下的应力分布规律。

混凝土结构中预应力钢筋的应力分布规律研究

混凝土结构中预应力钢筋的应力分布规律研究

混凝土结构中预应力钢筋的应力分布规律研究一、引言混凝土结构中的预应力钢筋是一种常见的结构加固材料,其通过预先施加张力来提高混凝土结构的抗拉强度和刚度,从而增强结构的承载能力和耐久性。

然而,预应力钢筋的应力分布规律对混凝土结构的性能和安全性具有重要影响。

因此,研究混凝土结构中预应力钢筋的应力分布规律具有重要意义。

二、预应力钢筋的应力分布规律预应力钢筋的应力分布规律是指预应力钢筋在混凝土结构中的应力状态分布情况。

一般来说,预应力钢筋的应力分布规律受到以下因素的影响。

1.预应力钢筋的布置方式预应力钢筋的布置方式对其应力分布规律具有重要影响。

一般来说,预应力钢筋的布置方式可以分为集中式布置和分散式布置两种。

集中式布置是指将预应力钢筋集中在结构的中心部位或中心轴线上,分散式布置是指将预应力钢筋均匀地分布在结构的整个截面内。

研究表明,在相同预应力钢筋数量的情况下,分散式布置的预应力钢筋应力分布更加均匀,能够提高结构的整体性能和安全性。

2.预应力钢筋的张力大小预应力钢筋的张力大小对其应力分布规律也具有重要影响。

一般来说,预应力钢筋的张力大小应该根据混凝土结构的受力情况和设计要求来确定。

如果预应力钢筋的张力过大,可能会导致其应力集中在局部区域,从而导致结构出现裂缝和破坏。

因此,在设计混凝土结构时,需要合理确定预应力钢筋的张力大小,以保证其应力分布规律的合理性和稳定性。

3.混凝土强度等级混凝土强度等级也对预应力钢筋的应力分布规律具有影响。

一般来说,混凝土强度等级越高,预应力钢筋的应力分布越均匀。

这是因为,在高强度混凝土中,混凝土的抗裂性和抗拉性都比较强,能够有效地分散预应力钢筋的张力,从而提高其应力分布的均匀性和稳定性。

三、应力分布规律的研究方法研究预应力钢筋的应力分布规律可以采用实验和数值模拟两种方法。

1.实验方法实验方法是通过在混凝土结构中嵌入应变计或应力计来测量预应力钢筋的应力分布规律。

这种方法可以直接获得预应力钢筋的应力分布情况,具有较高的准确性和可靠性。

钢—混组合梁长期应力重分布效应研究

钢—混组合梁长期应力重分布效应研究

钢—混组合梁长期应力重分布效应研究钢-混凝土组合梁由两种不同特性的材料组成,在长期荷载作用下,混凝土会不断产生收缩和徐变,而钢梁没有这种现象,两种材料的时变特性差异导致组合结构截面应力产生重分布,从而引起结构过量的附加变形,对于大型、复杂的钢-混凝土组合梁超静定结构,混凝土收缩徐变会进一步引起结构内力重分布,随着钢-混凝土组合梁在连续桥梁中的应用逐渐增多,混凝土时变效应影响的计算已经成为钢-混凝土组合结构设计中不可忽视的内容,为此,本文采用理论分析的方法,对两跨钢-混组合连续梁结构在长期荷载作用下的工作性能进行了分析和研究,主要研究内容和成果如下:1、基于换算截面法,采用按龄期调整的有效模量法分析了混凝土收缩徐变对组合梁长期性能的影响,推导了支反力和开裂范围的长期变化公式,分析了混凝土开裂范围发展规律和中支座支反力变化情况,对比分析了考虑开裂和不考虑开裂两种情况下组合梁的挠度变化,计算表明,不考虑开裂会过高的估计中支座支反力的负弯矩作用,使得挠度计算值偏小。

2、对比分析了已有组合梁悬臂结构的试验研究结果,本文计算结果与试验结果吻合良好,表明根据换算截面法,采用按龄期调整的有效模量法可以对完全连接的组合梁进行可靠的分析。

通过对收缩徐变进行分离计算发现,收缩作用对组合梁的影响要显著于徐变作用,对于悬臂梁,收缩使梁端挠度上升,徐变使梁端挠度下降;对于连续梁跨中挠度,收缩徐变同时使跨中挠度增加。

3、应用组合梁的滑移效应分析理论,通过求解两跨钢-混凝土组合梁的短期微分方程和长期增量微分方程,得到短期荷载作用下不同连接程度对组合截面的滑移量、截面内力的影响规律;研究了长期荷载作用梁端滑移量随时间变化规律、结构截面内力的变化规律和长期挠度发展规律。

分析表明:结构的短期挠度随连接程度的增强而减小,由于滑移削弱了混凝土的收缩作用,组合梁长期挠度增量随连接程度的减弱而减小,混凝土板和轴力力偶承担的截面弯矩随时间减小,钢梁承担的弯矩随时间不断增加,因而结构的挠度不断增长。

预应力,部分预应力,钢筋混凝土梁在疲劳荷载作用下...

预应力,部分预应力,钢筋混凝土梁在疲劳荷载作用下...

预应力,部分预应力,钢筋混凝土梁在疲劳荷载作用下...
戴公连;徐名枢
【期刊名称】《长沙铁道学院学报》
【年(卷),期】1991(009)003
【摘要】本文进行了42根不同预应力度、不同配筋、不同截面形式、不同高跨比模拟梁在静载和重复荷载作用下挠度试验研究。

对首次加载和200万次后加载实测结果进行了对比,给出了预应力、部分预应力、钢筋混凝土梁在疲劳荷载作用下挠度统一计算模式,供《桥规》修改时参考。

【总页数】11页(P90-100)
【作者】戴公连;徐名枢
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】U448.341.2
【相关文献】
1.疲劳荷载作用下无粘结部分预应力混凝土梁的受力行为 [J], 钱永久;车惠民
2.预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁在疲劳荷载作用下的预应力损失试验研究 [J], 王先伟; 李强; 顾威; 张东旭
3.预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁在疲劳荷载作用下的预应力损失试验研究 [J], 王先伟; 李强; 顾威; 张东旭
4.预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁在疲劳荷载作用下的预应力损失试验研究 [J],
王先伟;李强;顾威;张东旭
5.疲劳荷载作用下部分预应力混凝土梁残余性能试验研究 [J], 韩基刚
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疲劳荷载作用下部分预应力混凝土梁钢筋应力重分布试验研究

疲劳荷载作用下部分预应力混凝土梁钢筋应力重分布试验研究

疲劳荷载作用下部分预应力混凝土梁钢筋应力重分布试验研究1宋玉普冯秀峰 章坚洋(大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室, 辽宁 大连 116024 )E-mail:syupu@摘要:本文通过将钢绞线和HRB400级钢筋配制在同一高度上的混合配筋后张法有粘结部分预应力混凝土T形梁的疲劳试验,研究了疲劳荷载作用下部分预应力混凝土构件中普通钢筋和预应力钢筋之间应力分配的发展规律,并给出了一种考虑了粘结性能差异的钢筋应力增量的计算方法,计算结果和试验结果吻合较好。

关键词:混合配筋部分预应力混凝土梁应力重分布粘结性能1.引 言由于混合配筋在承受疲劳荷载作用的结构中应用较晚,且受试验资料缺乏的限制,我国混凝土结构设计规范[1]在混合配筋的部分预应力混凝土结构的钢筋应力计算中,认为预应力筋和普通钢筋的应力关系按弹模比同步增长。

这对于在正常使用阶段严格控制不出现裂缝的全预应力混凝土构件来说是基本适用的。

但是对于在正常使用阶段允许开裂的混合配筋部分预应力混凝土构件来说,由于粘结性能和初始应力状态的不同,构件在截面开裂后可能会导致疲劳荷载作用下预应力钢筋和普通钢筋两者的应力增长不同步,从而引起构件中钢筋的应力与按弹性理论计算的应力相差较大,使疲劳验算不合理且偏于危险。

国外研究结果 [2~5]表明:采用混合配筋时,在疲劳荷载作用下计算钢筋应力分布和裂缝宽度时需要考虑两种钢筋的粘结性能和直径存在的差异。

由于后张有粘结部分预应力混凝土构件中,预留混凝土孔道中的预应力钢筋与灌浆材料的粘结性能一般相对较差,因此这种差异在后张有粘结部分预应力混凝土构件中更为显著。

为了更好地掌握实际构件在整个疲劳过程中钢筋应力地发展规律,本文对混合配筋后张有粘结部分预应力混凝土T行梁进行了试验研究,考察了预应力钢绞线和普通钢筋在疲劳荷载作用下的应力发展规律以及它们之间应力增长的差异。

2. 试验情况2.1 试件设计本文共对11根混合配筋的后张有粘结部分预应力混凝土T形梁开展了试验研究,所有试验梁共分为3组,各组试验梁均采用相同的配筋形式和预应力比率,且各组均有1片进行静载试验,其余试验梁进行疲劳试验。

随机变幅疲劳荷载下预应力混凝土梁疲劳寿命的试验研究

随机变幅疲劳荷载下预应力混凝土梁疲劳寿命的试验研究
Abstr act : Based on the fatigue loading spectrum of R.C. crane beams, established through a practical survey, a random-amplitude fatigue loading spectrum for conducting tests is obtained through appropriate simplifications. Fa- tigue tests of prestressed concrete beams under the random-amplitude fatigue loading spectrum are conducted by using MTS fatigue machines. The experimental results suggest that the fatigue lives obtained from the random-amplitude fa- tigue tests are far lower than those obtained from constant-amplitude fatigue tests with the upper values of fatigue loading assumes the mean value of the loading spectrum. Thus it is dangerous to use the experimental results from the latter to estimate the fatigue life of prestressed concrete beams in service. The Miner rule, the relative Miner rule, and the Corten-Dolan cumulative damage rule are applied to calculate the fatigue lives of specimens under random- amplitude fatigue loading. Comparisons between the calculated and the experimental results show that the modified Corten-Dolan cumulative damage rule can accurately predict the fatigue lives of specimens. The relative Miner rule can also provide certain accuracy, whereas the results from the Miner rule are considerably unsafe. It is suggested that the modified Corten-Dolan cumulative damage rule or the relative Miner rule be used in estimating the fatigue life of prestressed concrete beams under random-amplitude fatigue loading. Keywor ds: prestressed concrete beam; fatigue life; random-amplitude; life estimation E-mail: fengxiufeng@163.com

钢筋疲劳实验报告

钢筋疲劳实验报告

钢筋疲劳实验报告钢筋疲劳实验报告引言:钢筋是建筑工程中常用的材料之一,其主要作用是在混凝土中提供强度和支撑力。

然而,随着时间的推移,钢筋可能会受到疲劳的影响,导致其性能下降甚至失效。

本实验旨在研究钢筋的疲劳特性,以便更好地了解其在实际工程中的使用寿命。

实验目的:1. 探究钢筋在不同应力水平下的疲劳寿命;2. 分析疲劳对钢筋性能的影响;3. 提出相应的预防和维护措施。

实验方法:1. 实验材料:选取常用的HRB400级别钢筋作为实验材料;2. 实验设备:使用电子万能试验机进行拉伸实验;3. 实验步骤:a. 根据实验要求,制作一定数量的钢筋试样;b. 将试样固定在电子万能试验机上,并设置不同的应力水平;c. 施加循环载荷,记录试样的变形情况和疲劳寿命;d. 分析试样疲劳失效的原因和机制。

实验结果:1. 钢筋的疲劳寿命与应力水平呈反比关系,即应力越高,疲劳寿命越短;2. 钢筋在疲劳循环载荷下会发生塑性变形,且变形程度随循环次数的增加而加剧;3. 钢筋疲劳失效的主要原因是内部微裂纹的扩展和断裂;4. 钢筋的疲劳性能可以通过表面处理、合理设计和定期维护来提高。

讨论与分析:1. 钢筋的疲劳寿命是工程设计和使用寿命的重要考虑因素之一。

在实际工程中,应根据所处环境和工况合理选择钢筋材料和设计参数;2. 钢筋在使用过程中会受到多种因素的影响,如温度变化、湿度、腐蚀等。

这些因素会加速钢筋的疲劳过程,因此需要进行适当的防护和维护;3. 钢筋的疲劳失效对工程结构的安全性和可靠性有着重要影响。

因此,在施工和维护过程中,应加强对钢筋疲劳特性的了解,以确保工程的长期稳定运行。

结论:通过本次实验,我们对钢筋的疲劳特性有了更深入的了解。

疲劳寿命与应力水平呈反比关系,钢筋在疲劳循环载荷下会发生塑性变形,并最终失效。

为了确保工程的安全性和可靠性,我们应合理选择钢筋材料和设计参数,并加强对钢筋的维护和防护工作。

展望:未来,我们可以进一步研究钢筋的疲劳机制和预测方法,以提高工程结构的耐久性和使用寿命。

预应力混凝土梁钢筋残余预应力的检测研究的开题报告

预应力混凝土梁钢筋残余预应力的检测研究的开题报告

预应力混凝土梁钢筋残余预应力的检测研究的开题报告一、选题背景与意义预应力混凝土结构作为一种具有高强度、高刚度、高耐久性和高经济性的结构形式,已经在很多领域得到了广泛的应用。

预应力混凝土梁作为预应力混凝土结构中的基础结构单元,其在桥梁、高层建筑、水利工程等领域中起着举足轻重的作用。

而梁的预应力得到了保证之后,其强度和刚度就可以大大加强,从而在实际工程中得到广泛的应用。

然而,在预应力混凝土结构中,由于预应力钢筋使用的时间长短和环境未能得到充分的保护,预应力钢筋的力学性质会逐渐发生变化,从而导致预应力混凝土结构的使用寿命降低。

目前,对于预应力钢筋的损伤和衰减程度的评估和监测工作变得越来越重要。

为了确保预应力混凝土结构的安全可靠性,在检测预应力混凝土梁钢筋残余预应力时,需要准确地测量钢筋的残余预应力及其分布情况,从而为对钢筋进行必要的维修、加固或更换工作提供依据,确保预应力混凝土梁的正常使用。

二、研究内容本论文将以矩形截面直桥梁为研究对象,采用计算机数值模拟方法,分析并验证了预应力混凝土梁钢筋残余预应力的检测方法。

1. 对预应力混凝土梁进行设计和建模,模拟不同预应力损伤程度的情况,将预应力混凝土梁的受力变形情况进行数值模拟和分析。

2. 根据对预应力混凝土梁的数值模拟结果,提出一种钢筋残余预应力的检测方法,并根据实验结果对所提出的方法进行优化。

3. 建立模型,分别模拟采用不同的检测仪器对预应力混凝土梁钢筋残余预应力进行检测,验证所提出的检测方法的可靠性和准确性,为实际检测工作提供理论基础和技术支持。

三、研究计划第一阶段:文献调研1. 分析预应力混凝土梁钢筋残余预应力检测的研究背景和意义。

2. 对预应力钢筋残余预应力检测和评估方法的国内外研究现状进行广泛的文献检索和调研。

3. 对预应力孔法、电磁法、声学法等常见预应力钢筋残余预应力检测方法进行比较和分析,掌握各种方法的优缺点及适用范围。

第二阶段:数值模拟计算1. 设计和构造数值模型,考虑不同预应力损伤程度的情况,进行预应力混凝土梁的有限元数值模拟。

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疲劳荷载作用下部分预应力混凝土梁钢筋应力重分布试验研究1宋玉普冯秀峰 章坚洋(大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室, 辽宁 大连 116024 )E-mail:syupu@摘要:本文通过将钢绞线和HRB400级钢筋配制在同一高度上的混合配筋后张法有粘结部分预应力混凝土T形梁的疲劳试验,研究了疲劳荷载作用下部分预应力混凝土构件中普通钢筋和预应力钢筋之间应力分配的发展规律,并给出了一种考虑了粘结性能差异的钢筋应力增量的计算方法,计算结果和试验结果吻合较好。

关键词:混合配筋部分预应力混凝土梁应力重分布粘结性能1.引 言由于混合配筋在承受疲劳荷载作用的结构中应用较晚,且受试验资料缺乏的限制,我国混凝土结构设计规范[1]在混合配筋的部分预应力混凝土结构的钢筋应力计算中,认为预应力筋和普通钢筋的应力关系按弹模比同步增长。

这对于在正常使用阶段严格控制不出现裂缝的全预应力混凝土构件来说是基本适用的。

但是对于在正常使用阶段允许开裂的混合配筋部分预应力混凝土构件来说,由于粘结性能和初始应力状态的不同,构件在截面开裂后可能会导致疲劳荷载作用下预应力钢筋和普通钢筋两者的应力增长不同步,从而引起构件中钢筋的应力与按弹性理论计算的应力相差较大,使疲劳验算不合理且偏于危险。

国外研究结果 [2~5]表明:采用混合配筋时,在疲劳荷载作用下计算钢筋应力分布和裂缝宽度时需要考虑两种钢筋的粘结性能和直径存在的差异。

由于后张有粘结部分预应力混凝土构件中,预留混凝土孔道中的预应力钢筋与灌浆材料的粘结性能一般相对较差,因此这种差异在后张有粘结部分预应力混凝土构件中更为显著。

为了更好地掌握实际构件在整个疲劳过程中钢筋应力地发展规律,本文对混合配筋后张有粘结部分预应力混凝土T行梁进行了试验研究,考察了预应力钢绞线和普通钢筋在疲劳荷载作用下的应力发展规律以及它们之间应力增长的差异。

2. 试验情况2.1 试件设计本文共对11根混合配筋的后张有粘结部分预应力混凝土T形梁开展了试验研究,所有试验梁共分为3组,各组试验梁均采用相同的配筋形式和预应力比率,且各组均有1片进行静载试验,其余试验梁进行疲劳试验。

普通受力钢筋采用HRB400级(又称新Ⅲ级)钢筋,预应力钢筋采用1860级7股钢绞线;箍筋和架力筋均采用HPB235级光圆钢筋,直径为6.5mm,锚具为夹片式锚具, 采用一端张拉, 张拉控制应力为0.7f ptk。

钢筋的力学性能详见表1。

在每根试验梁的纯弯曲段内的跨中受压区表面布置1个电阻应变片,用以量测受压区混凝土的总应变和残余应变值;钢筋应变片分别布置在加载点内侧附近和跨中截面处的普通钢筋和预应力钢绞线相对应的位置上,加载点内侧附近截面处每根钢筋均布置了1个电阻应变片,跨中截面处每根钢筋均布置了2个电阻应变片。

1 本文受教育部高等学校博士学科点专项科研基金(20020141026)资助12.2 试验方法试件构造如图1所示,采用两点对称加载,在跨中形成纯弯区段。

其中,B1梁,a=500,b=1000;B2、B3梁,a=400,b=1100。

每批梁各抽出一根做静力加载试验(梁号以S开头),确定其极限承载力,做静载试验时,一般分5次加载,估计开裂前适当加密,破坏前采用位移控制。

疲劳试验采用最小应力和最大应力水平的等幅正弦波加载。

最小疲劳荷载为0.05Pu,最大疲劳荷载为0.35 Pu,0.5 Pu,0.65 Pu。

试验时,分6级加载至疲劳荷载上限,循环三次,再进行疲劳试验。

表1 钢筋力学性能Table 1 Experimental results of steel strengthΦ/mm fy/MPa fu/MPa Es/GPaΦ/mm fy/MPa fu/MPa Es/GPaΦs12.71918202921314467.6599185Φs15.21879191022616494.26461906.538952220表2混凝土力学性能及加载情况Table 2 Experimental results of concrete mechanics properties and loading arrangementS1 64.441.073Φ15.22Φ16 174.99CF11 54.238.579Φ15.22Ф16 0.050.35CF12 56.838.631Φ15.22Ф16 0.050.5CF13 58.241.704Φ15.22Ф16 0.050.65LHF1 60.441.322Φ12.71Ф16+3Ф12269.490.050.5/0.65HLF1 60.943.482Φ12.71Ф16+3Ф120.050.65/0.5S2 58.440.0613Φ12.73Ф14 247.01CF21 62.739.6133Φ12.73Ф14 0.050.35S3 62.842.0312Φ12.7+Φ15.22Ф14 246.49CF31 60.941.8162Φ12.7+Φ15.22Ф14 0.050.35注: S,CF,LHF和HLF分别代表静载试验、等幅疲劳试验、低-高2级和高-低2级变幅疲劳试验。

英文 字符后第1个数字代表试验梁的组号,第2个数字代表梁号。

图1.试件外形尺寸及加载简图Fig. 1 Beam dimensions and loading arrangement23所有的试验均是在大连理工大学结构试验室1000kN MTS-810NEW 电液伺服万能疲劳试验机上进行的,疲劳加载频率为2~8Hz,其值因疲劳荷载上限值的不同而不同。

疲劳稳定后,循环1,2,5,10,20, 40,60,80,100,150和200万次时,停机进行一个循环的静载试验,测读仪表。

3.试验结果与分析3.1疲劳荷载作用下梁受压区混凝土压应变的发展规律梁受压区混凝土应变增量c ε∆和c M ε∆−曲线随重复荷载的变化规律如图1和图2所示。

实验结果表明,对于大多数试验梁来说,c ε∆在重复荷载作用20万次以前增长比较迅速,20万次以后逐渐趋于稳定。

重复作用200万次时c ε∆约为N =2的1.15倍。

在疲劳荷载作用下,梁受压区混凝土边缘的应力远小于静载强度,仍处于线性阶段。

由图2可见,截面跨中弯矩M 与c ε∆基本上呈线性关系,随着重复作用次数的增加M c ε∆−关系曲线的斜率不断降低,初期降低速率较快,表现为在相同的循环间隔内曲线之间间距较大,后期逐渐趋于稳定,基本上呈疏-密-疏三阶段特征。

3.2 疲劳荷载作用下钢筋应变的发展规律Δc cFig.1 Curves of versus number of cycles Fig.2 Curves of M c ε∆c ε∆− versus number of cycless p Fig.3 Curves of Δεs Δεp or versus number of cycles43.2疲劳荷载作用下钢筋应变的发展规律在疲劳荷载作用下,梁内的预应力钢筋和普通钢筋的应力变化是比较复杂的,其影响因素较多。

由于疲劳荷载作用下,截面抵抗矩减小,使得预应力钢筋和普通钢筋地预应力都会增大;疲劳荷载作用下预应力钢筋预应力损失不断增大、有效预应力值不断降低,由此造成预应力钢筋应力的降低和普通钢筋应力的增大;受拉钢筋与混凝土粘结性能的逐渐破坏,又会造成预应力钢筋和普通钢筋应力的降低;受压区混凝土动力徐变的发展,钢筋和混凝土之间发生应力重分布,也会使预应力钢筋和普通钢筋应力的增加,等等。

这些因素的综合影响,促使在疲劳荷载作用下钢筋应力有所增长。

图4 Ms ∆−关系曲线随重复荷载作用次数的发展规律Fig.4 Curves of s M ε∆− versus number of cycles图5 Mp ε∆−关系曲线随重复荷载作用次数的发展规律Fig.5 Curves of p M ε∆− versus number of cycles图3为普通钢筋和预应力钢筋的应变增量随重复荷载作用次数的变化曲线。

试验结果表明,重复荷载作用下绝大多数钢筋的应变有所增长;不同钢筋及同根钢筋不同位置处的钢筋应变的增长幅度均有所不同;大部分钢筋应变增长幅度较大,与布置在内层的预应力钢筋相比布置在外层的普通钢筋的应力增长更快一些,普通钢筋应变在N=200万次时约为N=2次时的3.4倍。

图3中CF21试验梁的普通钢筋应变片1和普通钢筋应变片2位于同一根钢筋的5两个不同位置处,在重复荷载作用10万次以前,普通钢筋应变片1和2的读数均是不断增长;但是10万次以后,应变片1的读数反而不断降低,应变片2的读数仍然继续增长。

CF31试验梁中也存在着类似的现象。

由此可见,在疲劳过程中同一根钢筋的不同位置处的钢筋应变也出现了应力重分布的情况。

这一点和空气中的钢筋疲劳试验存在着明显不同。

图4和图5所示的是普通钢筋和预应力钢筋ε∆−M 曲线随重复荷载的变化规律。

试验结果表明,初始加载(N=2)时截面跨中弯矩M 与钢筋的应变增量ε∆基本上呈线性关系;随着重复作用次数的不断增加,ε∆−M 关系曲线的斜率不断降低且逐渐上凸近似呈二折线状,曲线斜率初期降低速率较快,表现为在相同的循环间隔内曲线之间间距较大,后期逐渐趋于稳定,基本上呈疏-密-疏三阶段特征。

也有少数钢筋应变随重复荷载作用次数的增加持续增长,且增长速率较快。

随着疲劳荷载上限值的提高和重复荷载作用次数的增加,普通受拉钢筋中的某一根首先发生疲劳断裂而退出工作,致使其余钢筋的应力急剧增长而出现了明显的应力重分布现象。

CF11、CF21、CF31三根试验梁均经受了200万次重复荷载作用后未发生疲劳破坏,其中预应力钢绞线的应力幅值最大可达约197MPa ,多数钢绞线的应力幅值处于95MPa ~158MPa 之间,均值约为127MPa 。

因此规范[1]中给出的预应力刚交响疲劳应力幅限值120MPa ,是可以保证预应力钢绞线在重复荷载作用200万次时不发生疲劳破坏的。

3.3疲劳荷载作用下钢筋应变幅比值的发展规律3.3.1疲劳抗裂试验中钢筋应变幅比值的发展规律图6给出了CF13试验梁在进行疲劳抗裂试验时,钢绞线和普通钢筋的应变幅比值(即s p εε∆∆)随疲劳荷载重复次数的发展规律。

此处的应变幅是指在疲劳荷载上限值和疲劳荷载下限值作用下钢筋的应变增量,即min max εεε−=∆。

由图6可以清楚地看出,疲劳荷载作用下地预应力混凝土梁在受力初期,此时受拉区混凝土未开裂,梁横截面上变形协调,预应力钢绞线和普通钢筋的应变幅基本相等(即1≈∆∆s p εε)。

随着荷载重复作用次数的增加,梁受拉区混凝土的抗裂度逐渐降低。

当重复作用次数达到约80万次时(大约位于图6拐点位置处),梁底面的环氧涂层上出现了个别的肉眼较难发现的微裂纹(次阶段未裂纹萌生阶段);当重复作用次数达到166万次时,在加载点下方梁侧混凝土表面上出现了细小的肉眼可见裂缝,最大裂缝宽度约0.01mm (此阶段为裂缝不稳定扩展阶段)。

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