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原文传递预应力钢筋混凝土梁疲劳性能的参数研究

论文题名：	预应力钢筋混凝土梁疲劳性能的参数研究
关键词：	预应力混凝土梁;疲劳性能;损伤模型;残余应变;寿命预测;参数变化
摘要：	预应力混凝土结构因其具有较轻的自重以及良好抗裂性的特点而被广泛地应用到现代工程结构中。诸如吊车梁、公路桥梁以及大型海洋防护等钢筋混凝土结构工程，在正常使用状态下都会受到长期的反复循环荷载作用。工程结构在反复荷载的持续作用下，其组成材料内部损伤的累积会不断积累，使得构件抗疲劳性能逐渐弱化，最终会导致整个结构的疲劳破坏。因此，研究钢筋混凝土结构的疲劳性能成为结构工程中一个重要的课题。本文通过对混凝土梁结构的疲劳破坏机理进行研究，重新确立了以混凝土残余应变为损伤量的疲劳演化方程，建立了预应力混凝土梁的疲劳寿命预测新方法，在此基础上分析构件不同参数对疲劳性能的影响。本文的主要研究内容有：　　（1）归纳了国内外研究学者对钢筋混凝土受弯构件在疲劳性能方面已有的研究成果，对混凝土、钢筋和预应力钢绞线的疲劳性能进行了论述。在此基础上，选取合适的损伤模型和疲劳准则，对材料进行疲劳分析并确定其疲劳强度。　　（2）考虑材料的损伤机理和演化过程，提出了改进的以混凝土残余应变为损伤量的疲劳演化方程。基于混凝土材料疲劳破坏发展规律，结合经典疲劳荷载应力比和应力幅对疲劳影响的显性表达式，重新确定了疲劳损伤演化方程中的材料系数，并验证了该疲劳损伤模型的有效性。　　（3）提出了一种新的确定初始残余应变的方法，并通过预应力混凝土梁正截面应力分析，结合材料的疲劳破坏准则，给出了构件的疲劳寿命预测新方法。基于Mander模型中循环荷载加卸载“一致性”原则得到混凝土初始残余应变值，获得用混凝土初始残余应变表示的疲劳损伤模型。通过此方法得到的初始残余应变具有较高的准确性，同时可以大大节省疲劳试验的加载时间，避免试验过程中加载设备因重启次数过多给测量带来较大的误差。利用本文提出的疲劳寿命预测方法开展了一批预应力混凝土梁疲劳寿命预测，将仿真预测结果与已有的试验结果进行对比，发现预测的疲劳寿命和已有的试验结果较为吻合，表明所提出的预应力混凝土梁结构疲劳寿命预测方法是可行的。　　（4）根据本文提出的预应力混凝土梁疲劳寿命预测方法，研究了不同参数对构件疲劳性能的影响。这些参数主要包括材料性能参数（如混凝土弹性模量、钢筋屈服强度）和几何参数（如混凝土保护层厚度、预应力筋的位置）。不同参数的变化会影响预应力混凝土梁结构的疲劳性能。单一参数变化时，以混凝土弹性模量和预应力筋距离梁底的高度对疲劳寿命的影响最为明显。按照规范设计的预应力混凝土梁，在其他参数保持不变的情况下，当混凝土初始弹模增加10%时，预测的疲劳总寿命减少约4.2%，而仅当混凝土初始弹模减少10%时，预测的疲劳总寿命增加约8.3%。
作者：	史振兴
专业：	结构工程
导师：	黄斌
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2022