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原文传递沿海锈蚀钢筋混凝土梁桥疲劳性能分析及安全性与耐久性评估

论文题名：	沿海锈蚀钢筋混凝土梁桥疲劳性能分析及安全性与耐久性评估
关键词：	锈蚀钢筋混凝土梁桥;疲劳寿命;耐久性;安全性
摘要：	钢筋混凝土桥梁结构的日趋老龄化，沿海地区高氯离子含量的侵蚀环境，冬季除冰融雪氯盐的大量使用，交通量的飞速增长，货运超载越来越普遍，使得沿海地区混凝土中钢筋的锈蚀程度、受拉钢筋中的疲劳应力幅、疲劳作用次数都将同时增大，大量的锈蚀钢筋混凝土桥梁结构迫切需要进行疲劳性能分析、疲劳寿命预测以及安全性和耐久性评价。为了解决上述问题，本文做了以下研究: 　　(1)进行了钢筋混凝土试验梁的外加直流通电加速锈蚀试验，分析了混凝土中钢筋在自然气候环境下的锈蚀原理及通电加速锈蚀发生机理，推导出了通电加速锈蚀钢筋的锈蚀率控制方程，总结出了通电加速锈蚀试验的控制技术。　　(2)进行了锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳加载试验，研究了锈蚀钢筋混凝土梁在疲劳反复荷载作用下的破坏形态、疲劳寿命、裂缝、混凝土应变、跨中挠度的变化情况。试验结果表明:所有锈蚀后的试验梁在循环加载到一定次数后，均发生脆性疲劳破坏，具有突然性、危险性，且锈蚀率越大疲劳寿命越短，锈蚀的发生大幅降低了钢筋混凝土梁的疲劳寿命;未锈蚀的试验梁在循环200万次后不发生疲劳破坏，并在静载破坏试验中，表现出较好的延性破坏特征，表明疲劳作用对未锈蚀梁的静力性能没有实质影响;在疲劳反复荷载作用下，试验梁截面抗弯刚度随循环次数的变化具有明显的两阶段特征，即缓慢减小并趋于稳定。提出了锈蚀钢筋混凝土梁在疲劳反复荷载作用下刚度的修正计算公式，并对公式的计算值与试验实测值进行了对比验证，可用于长期车辆活载作用下锈蚀钢筋混凝土梁桥挠度变形的计算与评估。　　(3)通过对经疲劳破坏后取出的梁内主筋进行静力拉伸试验，研究了锈蚀疲劳后混凝土中钢筋的力学性能变化规律。试验结果表明:疲劳循环加载200万次后，未锈蚀钢筋与原状钢筋一样，表现出较好的延性破坏特征，表明疲劳作用对未锈蚀钢筋的力学性能（强度、延性）没有明显影响;钢筋锈蚀疲劳后应力—应变曲线的特征发生了明显的改变，屈服强度降低，极限拉应变减小，屈服台阶特征改变，材料特性由软钢转化为表现出一定程度的硬化特征，变化程度的大小与锈蚀疲劳的程度有关;疲劳裂纹的出现使得钢筋在静力拉断时的破坏形态发生改变，钢筋的屈服强度显著降低，在极低的延伸率下即突然拉断，延性几乎完全丧失，具有脆性破坏的危险性。锈蚀疲劳后钢筋的本构关系随之发生改变，结合试验得到的锈蚀疲劳钢筋的应力—应变曲线，定量化地提出了锈蚀疲劳后混凝土中钢筋的本构关系模型，并对模型的计算值与实测值进行了对比验证，可用于锈蚀钢筋混凝土桥梁结构在长期车辆活载作用下的计算与评估。　　(4)进行了锈蚀钢筋混凝土梁疲劳寿命评估的研究。介绍了疲劳荷载谱的编制方法。在疲劳试验结果的基础上，引入锈蚀作用修正系数，拟合出了锈蚀钢筋混凝土梁的S-N曲线方程。基于本文提出的锈蚀钢筋混凝土梁S-N曲线及Miner疲劳累积损伤准则，提出了锈蚀钢筋混凝土梁桥的疲劳寿命评估方法，阐述了具体的评估流程并给出了评估实例，可为桥梁管理者进行科学的养护决策提供技术支持。　　(5)进行了桥梁评估的基本理论与方法研究。建立了主要评估指标的分段线性无量纲标准化评估模型，提出了评估指标的权重计算方法。引入了变权理论，能够将损伤严重的单项评估结果在总体评估结果中反映出来。　　(6)以中小跨径钢筋混凝土梁桥为研究对象，考虑沿海地区环境的特点及影响，进行了沿海地区钢筋混凝土梁桥耐久性与安全性评估的研究。建立了钢筋混凝土梁桥的耐久性评估体系，结合之前提出的评估方法，提出了适用于沿海地区的钢筋混凝土梁桥耐久性评估方法。基于《公路桥梁技术状况评定标准(JTG/T H21-2011)》中的评估体系，通过改进规范中部分指标的评定标准，并将常权替换为变权，提出了适用于沿海地区的钢筋混凝土梁桥技术状况评估方法。基于《公路桥梁承载能力检测评定规程(JTG/T J21-2011)》中的承载能力评定方法，改进了部分检算系数分项指标的评定标准，将规范中定性描述的钢筋截面折减系数定量化，并引入考虑锈蚀疲劳作用的钢筋强度折减系数，提出了适用于沿海地区的钢筋混凝土梁桥安全性评估方法。最后，通过不同地区三座桥梁评估结果的对比分析，证明了本文提出的评估方法的正确性和适用性，是对现行规范的必要补充和完善。
作者：	孙俊祖
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	黄侨
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文