基于压磁效应的钢筋疲劳损伤试验研究

对17个HRB400热轧钢筋加工的标准试件进行轴向拉伸疲劳试验,并通过实时记录试件周围的压磁信号,研究疲劳过程中压磁信号的演变规律.结果表明:HRB400钢筋的压磁信号对疲劳损伤很敏感,相比应力-应变滞回曲线更能反映疲劳损伤过程;在静力加载与循环加载过程中,压磁信号曲线都存在一个相对稳定的极值比;不同疲劳阶段的压磁滞回曲线存在显著差别,根据滞回曲线极值点的变化可预测疲劳失效;比较2个磁探头信号的曲线特征可初步判断失效的位置;试验得到的压磁信号演化过程符合疲劳三阶段规律,据此提出一个预测钢筋剩余疲劳寿命的方法.

基于动态压磁的锈蚀钢筋疲劳特性的试验研究

为了解决传统锈蚀钢筋疲劳性能研究中检测方法有限、评估疲劳损伤困难等不足,研究一种新型的基于压磁效应的无损检测方法.通过对28根不同锈蚀率下的加速锈蚀钢筋进行轴向拉伸疲劳试验,研究疲劳损伤过程中压磁信号的演变规律,挖掘压磁信号与钢筋锈蚀程度之间的关系.试验结果表明:压磁信号对钢筋疲劳损伤有较好的敏感性,结合磁感强度值时变曲线、磁感强度-应变滞回曲线等压磁信息,能够反映钢筋的疲劳损伤累积过程、锈蚀程度及塑性状态.试验成果为结构的损伤评估和寿命预测提供了一个有效的无损检测方法.

锈蚀钢筋在疲劳荷载作用下压磁场分布研究

针对锈蚀钢筋的疲劳损伤与寿命评估中的难度大、精度低等问题,引入压磁检测技术,对锈蚀钢筋疲劳过程中的压磁场分布进行检测,从宏观与微观相结合的角度分析压磁场分布与疲劳损伤之间的联系。试验结果表明,锈蚀钢筋的压磁场分布能够反映疲劳损伤的演变规律,疲劳后期非线性特征加剧,锈蚀率及应力幅越大则变化越为明显,磁感强度值、磁场分布梯度、"反转"现象等均有助于进行疲劳损伤评价与寿命预测。研究结果可为压磁无损检测技术在钢筋混凝土结构中的应用提供依据。

钢筋混凝土桥梁的钢筋锈蚀与疲劳耦合损伤

钢筋混凝土桥梁在运营过程中同时承受环境侵蚀作用和荷载疲劳作用,导致承载力衰变.通过对钢筋混凝土梁的钢筋锈蚀损伤和疲劳损伤过程的相互影响分析,建立了钢筋锈蚀与疲劳损伤耦合效应下的钢筋截面综合损伤计算模型.对空心板梁的计算分析表明,锈蚀作用造成钢筋疲劳寿命显著减小.因此,钢筋截面综合损伤计算模型可为钢筋混凝土桥梁结构时变承载力评价提供依据.

基于FKM准则的抗侧滚扭杆疲劳强度分析

介绍了强度评定准则FKM的主要内容,引用FKM局部应力法对抗侧滚扭杆的疲劳强度进行评定,并与Fe-safe的疲劳强度评定结果进行对比。对比结果表明:两者的评定结果一致且FKM准则更加保守,抗侧滚扭杆的疲劳强度满足使用要求。由FKM准则得出的扭杆各应力分量疲劳损伤度表明:扭杆剪切应力对扭杆的疲劳损伤最大,弯曲正应力次之。

含沟槽轴对称杆疲劳寿命的损伤力学闭合解

首先建立了工程中常见的含环形沟槽轴对称杆的一个损伤力学守恒积分。利用此积分的守恒性与小范围损伤的条件,证明了在应力集中点有损伤时之应变比能等于无损伤时之应变比能。然后根据以损伤驱动力表示的损伤演化方程,通过分离变量积分获得疲劳裂纹形成寿命的闭合解。根据以上分析与结论,利用一种应力集中系数为KT1试件的实验中值S-N曲线及相应数据确定了一种材料的疲劳演化参数,从而推出同样材料的其他应力集中系数为KT2试件的中值S-N曲线。该项研究的应用可以大大地节约疲劳试验的机时与费用。

FRP筋混凝土界面粘结疲劳性能及损伤机理研究进展

国内外学者针对FRP筋混凝土界面静力粘结性能研究主要是基于拉拔试件和梁式试件为主的试验研究,试验参数涉及FRP筋的种类、表面形式、直径、锚固长度以及粘结介质的种类和强度等,在试验的基础上建立了相应的粘结滑移本构模型和临界锚固长度计算式。对FRP筋混凝土梁的疲劳性能研究主要集中在梁疲劳后整体的强度和刚度的变化,而针对FRP筋混凝土界面的局部疲劳粘结性能研究较少,且主要基于等幅疲劳荷载试验,研究成果中也未见疲劳试验参数对粘结本构关系和临界锚固长度的影响。国内学者在疲劳线性损伤累积理论的基础上对FRP筋混凝土结构界面在等幅疲劳荷载、多级等幅疲劳荷载以及随机疲劳荷载等作用下疲劳损伤的剩余强度模型和剩余刚度模型进行了实践和推广应用。FRP筋混凝土界面静力粘结性能研究成果为FRP筋混凝土结构在土木工程中的进一步应用提供了参考,并为后续的疲劳粘结性能研究打下了坚实的基础。但是FRP筋混凝土界面的随机疲劳粘结性能及寿命预测值得进一步探索。

桥上纵连板式无砟轨道HRB500钢筋疲劳寿命预测模型试验研究

进行了服役期间组合荷载下桥上纵连板式无砟轨道HRB500钢筋随机变幅疲劳应力谱平均应力修正模型和累积损伤模型研究,以便为组合荷载下桥上纵连板式无砟轨道HRB500钢筋疲劳寿命预测模型的建立提供支撑.通过对HRB500钢筋标准试件进行等幅疲劳试验,研究平均应力对HRB500钢筋疲劳寿命的影响规律,并在此基础上,研究工程上常用的疲劳应力谱平均应力修正模型对服役期间组合荷载下桥上纵连板式无砟轨道HRB500钢筋的适用性;通过对HRB500钢筋标准试件进行三级变幅疲劳试验,分析Miner准则计算服役期间组合荷载下桥上纵连板式无砟轨道HRB500钢筋累积损伤的适用性.研究结果表明,HRB500钢筋标准试件疲劳寿命随平均应力的增大而减小,工程上广泛采用的Goodman模型适用于随机变幅荷载下HRB500钢筋平均应力修正;Miner准则能较好地适用于服役期间组合荷载下桥上纵连板式无砟轨道HRB500钢筋累积损伤计算.

HRB600钢筋屈曲受力性能试验研究

HRB600高强钢筋已纳入我国钢筋产品国家标准,并商业化生产,但关于其非弹性屈曲受力性能、考虑屈曲的低周疲劳损伤模型的研究成果很少。对于HRB600高强钢筋的原状试件,该文完成了10个单调受压屈曲试验、16个考虑屈曲的循环拉压试验,测量了屈曲钢筋的平均应力-平均应变曲线和跨中横向位移,分析了非弹性屈曲对HRB600钢筋受压强度退化的影响,以及屈曲方向对试件强度退化、疲劳损伤的影响,提出了适用于HRB600高强钢筋、可考虑屈曲效应和不同加载方式影响的修正低周疲劳损伤模型。研究结果表明:单调受压屈曲时HRB600钢筋屈曲方向稳定,随长径比增大钢筋屈曲后强度退化加快;循环加载时HRB600钢筋屈曲方向不稳定,导致局部塑性应变集中和疲劳损伤对钢筋屈曲后强度退化的不利影响减轻;传统低周疲劳损伤模型明显低估了HRB600钢筋屈曲后的疲劳损伤,修正疲劳损伤模型能合理地考虑屈曲对HRB600钢筋低周疲劳损伤和断裂的影响。

25T轴重列车作用下混凝土梁斜筋和箍筋的疲劳损伤

本文提出了混凝土梁斜筋和箍筋应力脉的计算公式．用Miner线性损伤理论对我国常用的33种混凝土梁进行了研究．认为这些梁的斜筋、箍筋损伤远小于跨中下缘钢筋的损伤，不会影响25T轴重技术的实施．

钢筋混凝土旧桥板梁疲劳刚度退化机理研究

对某钢筋混凝土旧桥的3片板梁进行了随机变幅循环荷载试验,研究了板梁的裂缝、内部损伤及变形发展规律,并分析了疲劳刚度退化机理。结果表明,自然锈蚀钢筋混凝土板梁的疲劳性能变化规律基本符合疲劳损伤三阶段理论,疲劳寿命随板底主钢筋锈蚀率的增加而降低。在相同次数循环荷载作用下,板梁底部混凝土脱落面积越大,纯弯段混凝土内部裂缝发展越迅速,跨中挠度值越大,刚度退化程度也更为明显,但刚度退化的情况还受到初始裂缝、钢筋锈蚀率等因素的综合影响。

滚轧直螺纹钢筋接头疲劳试验断裂分析

对铁路工程用直螺纹钢筋接头进行质量检测,在疲劳试验过程中发生过早的断裂现象,采用外观缺陷分析、化学成分分析、金相分析及电镜微观分析等方法对断裂原因进行探究。结果表明:A型断口是由于钢筋端头未进行打磨、钢筋丝头无有效螺纹外露及套筒自身缺陷共同作用的结果;B型断口是由于钢筋丝头自身缺陷、套筒与钢筋丝头配合不良以及丝头螺纹加工缺陷共同作用的结果;C型断口是由于钢筋表面有挤压损伤缺陷产生应力集中引起。通过控制钢筋端头质量、控制丝头螺纹长度及加强套筒、钢筋质量检查可有效提高接头的疲劳寿命。

回归再时效对超高强铝合金力学性能及组织的影响

在传统的回归再时效(retrogression and re-aging,RRA)工艺(峰时效)基础上降低预时效或再时效温度,对Fe和Si杂质含量高的超高强Al-Zn-Mg-Cu合金挤压棒材进行RRA处理,通过拉伸性能和疲劳性能测试以及扫描电镜和透射电镜观察,研究RRA工艺对合金力学性能与组织的影响。结果表明:降低预时效或再时效温度都可明显提高该合金的塑性和抗疲劳损伤性能,略微降低合金的抗拉强度。采用峰时效温度(120℃)RRA处理后的合金,晶内的主要析出相为尺寸较大的η′相,不能被位错切割,合金强度较高(674 MPa),但塑性和抗疲劳损伤性能差,伸长率为11.1%,最终应力强度因子幅值ΔK=26.8 MPa·m1/2;降低时效温度可增加析出相中GP区粒子的比例,减小η′相的尺寸,从而提高塑性变形能力以及抗疲劳损伤性能。

基于连续介质损伤力学的坑蚀钢筋高周疲劳寿命与损伤分析

以实测HRB400钢筋的疲劳损伤模型参数为基础,结合加速锈蚀钢筋蚀坑形貌和疲劳试验结果,通过二次开发在Abaqus平台上实现了坑蚀钢筋高周疲劳寿命预测和损伤过程分析.结果表明:坑蚀钢筋高周疲劳寿命预测结果与试验值吻合较好;坑蚀钢筋蚀坑处存在应力集中,疲劳损伤主要集中在蚀坑底部附近,疲劳前期和中期损伤发展缓慢,疲劳后期疲劳损伤迅速累积;坑蚀钢筋弹性模量随循环加载次数的增加而降低;坑蚀钢筋蚀坑底部的应力在疲劳后期迅速降至较低值,并向周边转移,应力重新分布.

BFRP筋温度损伤后的疲劳性能研究

开展温度损伤后的玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)疲劳性能研究,对其在高温环境中的合理使用具有重要意义。提出改进单点-成组法,借助灰色理论GM(1,1)模型结合极值原理对疲劳S-N曲线三参数表达式进行回归分析,推导随应力水平变化的三参数Weibull概率密度函数,根据极大似然估计原理确定分布参数。通过非线性拟合方法建立综合考虑温度和可靠度影响的Weibull概率疲劳T-P-S-N模型。通过温度损伤后的BFRP筋疲劳性能试验研究温度损伤对其疲劳性能的影响,并验证理论模型。结果表明:BFRP筋疲劳寿命随温度和可靠度的升高疲劳寿命呈下降趋势,与实际相符;建议模型能较好描述BFRP筋疲劳性能随温度和可靠度的变化趋势。

基于断裂力学的钢筋疲劳损伤本构模型研究

基于钢筋内部疲劳裂纹的扩展规律,利用断裂力学知识建立了钢筋的疲劳损伤本构模型,该模型中疲劳损伤变量是一个与钢筋直径、应力幅、应力比、屈服强度、极限强度、材料断裂韧性相关的函数。提出了由弹性预测、塑性修正、损伤更新三个步骤组成的钢筋疲劳损伤本构模型的数值算法。结果表明:将钢筋的疲劳本构模型开发为子程序,与通用有限元程序搭建接口,得到的有限元预测值与试验值吻合良好;同时模型所估算出的钢筋疲劳寿命与试验结果较为接近,验证了模型的合理性。

损伤等效原理在汽车零部件台架试验中的应用

道路载荷谱对于车辆零部件疲劳耐久试验的研究有着重要意义。通过试验场采集到车辆零部件关键点的时域载荷信号,再将该信号基于疲劳损伤等效原理转化后用于台架试验,可以极大缩短汽车零部件疲劳寿命开发周期,提高经济效益。以汽车后桥横梁稳定杆为例,阐述了道路载荷谱与疲劳损伤等效原理相结合在汽车零部件耐久性试验评价中的应用,提出了关于零部件疲劳耐久性试验方案的一种思路,即将实际道路谱载荷转化为易于实现的循环载荷,从而快速、有效地进行室内台架加速耐久试验,可供在其他零部件耐久性试验评价中参考。

机场水泥混凝土道面传力杆结构的疲劳破坏研究

为分析疲劳荷载作用下,机场水泥混凝土道面传力杆与周围混凝土间变形和损伤情况,以及传力杆失效机制,使用MTS试验仪对单传力杆结构试件进行了循环荷载加载试验,分析了传力杆结构的变形规律和损伤情况,揭示了水泥混凝土道面传力杆结构的疲劳破坏机制。结果表明,越靠近界面的传力杆位移变化越大;荷载加载初期传力杆变形量大,随荷载增加,变形量渐趋稳定;加载距离越大,传力杆松动量增加速率越大,越容易失效;疲劳加载造成传力杆底部混凝土脱落,并逐渐破坏至失效。

疲劳荷载作用下受弯植筋梁力学性能试验研究

疲劳荷载作用下的植筋构件往往因为疲劳损伤发生没有明显征兆的脆性破坏,并且对建筑结构造成灾难性的破坏,为了研究植筋梁疲劳损伤情况,进行了5根植筋深度为20 d、25 d和30 d(d为植筋的直径)的植筋梁受弯试验,通过对比裂缝发展规律、材料应力应变曲线以及残余变形,分析了不同植筋深度和不同频率疲劳荷载作用下植筋梁破坏现象以及混凝土、植筋等材料的力学性能.结果表明:植筋深度越大植筋梁的力学指标越好;疲劳损伤集中形成于疲劳加载10万次左右,加固植筋端头或者较低频率的疲劳荷载可以减轻植筋梁的疲劳损伤.

插环式风机基础疲劳损伤机理研究

通过对国内多台问题风机基础进行现场勘查和基础环水平度,混凝土强度及基础环下法兰视频探测等,分析了插环式风机基础的风致疲劳损伤。结果表明插环式风机基础疲劳损伤形成及演变主要包括3个阶段,即主风向初始裂缝;裂缝扩展至下法兰,下法兰松动导致其周边混凝土经研磨形成空腔,上穿环孔内及周边混凝土压溃;随着下法兰周边空腔的加大,基础环因上下位移加大而导致上穿环钢筋与基础环接触而被疲劳剪断,风机筒身亦因倾斜过大以致于无法正常运行。根据风机基础荷载,对最不利穿环钢筋单元进行了基于极端荷载和疲劳强度工况下的承载力验算,认为穿环钢筋的存在难以满足风机基础受剪承载力要求,建议设计中应采取相应措施予以加强。