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原文传递冻融环境下预应力混凝土受弯构件疲劳数值模拟与可靠度研究

论文题名：	冻融环境下预应力混凝土受弯构件疲劳数值模拟与可靠度研究
关键词：	预应力混凝土;混凝土桥梁;受弯构件;冻融循环
摘要：	预应力混凝土结构一般用于对裂缝控制要求等级较高的结构；大跨度或受力很大的构件；对构件刚度和变形控制要求较高的结构，如码头和桥梁中的大跨度梁式构件等。位于我国北方寒冷地区的一些大型预应力混凝土桥梁，在设计基准期内不仅要承受车辆的疲劳荷载作用还要承受环境的冻融影响，在冻融与疲劳双指标作用下，预应力混凝土构件的可靠性不断降低，所以冻融环境下预应力混凝土结构的寿命预测及可靠度评价指标是工程界急需解决的问题。　　本文依托国家自然科学基金资助项目“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（项目编号：50878098）”以及住建部项目“冻融环境下预应力混凝土受弯构件疲劳耐久性研究（项目编号：2013-k4-26）”，具体完成的工作如下：　　1基于ANSYS Workbench软件平台，根据冻融环境下混凝土强度退化规则、弹性模量退化规则、应力-应变曲线变化及冻融环境下的S-N方程，修改模型中材料参数，模拟不同冻融与疲劳加载次数下混凝土损伤、安全系数、疲劳寿命以及钢筋的疲劳寿命。最后将模拟结果与试验对比，对比结果显示模拟结果与试验结果符合较好。　　2进一步利用ANSYS Workbench软件对冻融环境下预应力混凝土疲劳受力性能分析。基于冻融与疲劳耦合作用下混凝土弹性模量衰减模型，冻融损伤的混凝土疲劳本构模型，以及钢筋的疲劳本构方程，通过ANSYS Workbench综合各模型的材料参数，模拟预应力混凝土受弯构件在冻融与疲劳交替作用下的疲劳受力性能，并与试验结果进行对比。结果表明，数值模拟的弯曲挠度和上边缘的应变与试验吻合较好，该工作可为实际工程中冻融环境下预应力混凝土疲劳性能的数值模拟提供有效方法。　　3基于预应力混凝土受弯构件冻融与疲劳交替试验，建立考虑冻融影响的混凝土疲劳剩余强度概率密度模型。通过对试验数据进行参数估计与假设检验，验证了冻融循环后的混凝土疲劳剩余强度仍然服从Weibull分布。引入冻融影响因子表征冻融循环对混凝土疲劳剩余强度分布参数的影响。该模型可为冻融环境下预应力混凝土结构的疲劳可靠度分析提供一种可靠的计算方法。　　4基于结构体系可靠度原理，将预应力混凝土受弯构件冻融环境下的疲劳失效等效为钢筋与混凝土串联结构体系的失效问题。并引入应力-强度干涉模型研究混凝土冻融环境下的疲劳可靠度，为冻融环境下预应力混凝土受弯构件疲劳可靠度计算建立一套计算方法。并基于数值计算软件MATLAB将相关计算方法编成MATLAB代码，方便读者验证与使用。　　本文将对冻融环境下预应力混凝土受弯构件的疲劳数值模拟和可靠度进行研究，该成果将为我国寒冷地区的预应力混凝土结构的可靠性评估、结构设计、养护提供理论和技术支持。
作者：	汪鑫
专业：	结构工程
导师：	张益多
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏科技大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文