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原文传递基于损伤量化的预应力混凝土梁安全性评价研究

论文题名：	基于损伤量化的预应力混凝土梁安全性评价研究
关键词：	预应力钢筋混凝土桥梁;安全性评价;钢筋锈蚀;预应力水平
摘要：	在役预应力混凝土桥梁结构损伤是造成桥梁承载力不足的主要原因，这些损伤主要包括钢筋锈蚀、预应力水平降低、混凝土强度下降、截面缺损和裂缝等。其中混凝土截面缺损和裂缝可直接简单测量，混凝土的强度下降也可由回弹法或钻孔取芯法测量。在役混凝土梁在不破坏的情况下，钢筋的锈蚀无法直接测量，在无预埋传感器的情况下，预应力水平的降低也无法直接测量。　　本文以钢筋锈蚀和预应力水平下降这两类损伤的量化研究为出发点，基于混凝土的损伤理论，通过试验和有限元模拟，对各种损伤侵蚀下的在役预应力钢筋混凝土梁开展安全性评价研究，主要内容如下：　　首先，基于钻孔释放的原理，通过有限元手段、实验室内预应力梁的钻孔试验与在役混凝土桥梁的现场试验，通过测量混凝土内的应力水平反推预应力筋的预应力水平，通过与设计初值的比较，引入预应力筋名义锈蚀率的概念把预应力筋预应力的下降等效到名义锈蚀率上来。具体如下：(1)基于混凝土的弹塑性损伤理论与ABAQUS生死单元模块模拟了混凝土钻孔应力/应变释放的初步规律;(2)通过室内与现场试验进一步探讨了应力/应变释放规律、最大释放率及影响因素，并据此给出了被测点混凝土的应力水平和释放工艺过程，为工程应用打下良好基础;(3)基于混凝土的应力水平推导了预应力筋的应力水平，进而计算了预应力筋的名义锈蚀率，为安全性评价提供合理数据。　　其次，依据不同部位钢筋的锈蚀特点可分为均匀锈蚀和非均匀锈蚀两种情况，对于均匀锈胀，考虑锈蚀产物在界面间隙和裂缝中的填充效应，对Bazant理论模型进行修正，同时引入损伤的概念对混凝土保护层内环向应力进行修正，建立了混凝土保护层开裂时的锈胀力与钢筋临界锈蚀率的损伤模型。对于非均匀锈胀，考虑锈蚀产物在界面间隙和裂缝中的填充效应，以ABAQUS为平台，基于USDFLD子程序，建立钢筋混凝土锈胀开裂的有限元模型，讨论了钢筋直径、保护层厚度、锈胀系数等因素对临界锈蚀率的影响。在这两种模型的基础上，结合Vidal模型，建立裂纹宽度与锈蚀率的关系。　　最后，基于有限元模型讨论了不同载荷下钢筋锈蚀、混凝土强度下降、混凝土截面缺损以及竖向裂缝四种典型损伤对于梁挠度的影响，并将主要损伤进行两两结合分析，探讨其相关性。应用理论分析法讨论了各类损伤对梁的抗弯承载力及抗剪承载力的影响，并据此给出了各类损伤的权重。在此基础上建立基于规范及损伤相关性的扣分评价方法，并与基于规范的扣分评价方法比较，探讨两种方法的优点与不足。并以后丁香桥为例，把检测方法与安全评价方法应用在现役桥梁上，取得了良好的效果。
作者：	邱兆国
专业：	工程力学
导师：	梁力
授予学位：	博士
授予学位单位：	东北大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文