锈蚀及疲劳损伤后钢筋混凝土梁寿命预测及敏感性分析

为了探究锈蚀和疲劳作用后钢筋混凝土梁的长期性能,基于试验建立了钢筋混凝土梁含初始损伤的长期性能计算模型.基于该模型建立了锈蚀及疲劳损伤后钢筋混凝土梁的极限状态方程,采用蒙特卡洛模拟研究了梁长期性能的时变可靠度并进行了寿命预测,分析了设计参数和初始损伤对梁使用寿命的影响,研究了试验梁满足100 a使用寿命的临界服役条件.结果表明,锈蚀和疲劳作用会严重削弱钢筋混凝土梁的长期性能,仅含4%锈蚀率和15%疲劳损伤梁的长期性能难以满足服役要求.增加梁的截面高度和钢筋截面面积可以有效地提高梁的长期性能,增大梁的截面宽度只能改善初始损伤小的梁的长期性能.

多点荷载作用下钢筋混凝土梁受力特性及损伤演化规律研究

钢筋混凝土结构因其具有较好受拉和抗压性能,在各种建筑领域中被广泛使用。钢筋混凝土结构作为现代建筑工程中广泛采用的一种关键结构形式,其在服役期间的损伤特性一直是工程领域关注的重点。该文利用ABAQUS有限元数值软件,建立多点荷载作用下钢筋混凝土梁的数值仿真计算模型,对钢筋混凝土梁的多点荷载作用下受力特性及损伤演化规律开展研究。研究发现,钢筋混凝土梁在竖向位移荷载作用过程中,拉应力集中于梁下部,压应力区在梁上部;随外部荷载持续作用,纵向受力钢筋上形成的应力会传递至环向的箍筋上;钢筋混凝土梁在纯弯段受压区处,混凝土的应变大于材料的最大压缩应变,导致受压区内的混凝土出现损伤破坏;在钢筋混凝土梁受力过程中,混凝土的强度等级和受拉钢筋的强度等级对梁体的整体强度有决定性作用。

钢筋混凝土损伤梁受弯性能的试验及仿真分析

为研究钢筋混凝土梁损伤程度对抗弯承载力的影响,采取试验方法对9片不同设计参数的钢筋混凝土损伤梁进行静载试验,分析了不同损伤程度、设计参数对损伤梁抗弯承载力的影响规律。采用数值分析法对损伤梁静载试验进行了仿真模拟。采用回归法对试验和数值分析结果系统分析,给出了钢筋混凝土梁在不同损伤状态下,纵筋配筋率和混凝土强度对极限承载力的影响规律:纵筋配筋率1.0%时,损伤程度为原梁极限承载力的60%~70%的情况下,损伤梁的极限承载力为原梁的85%~90%之间;损伤程度为梁极限承载力的70%~90%的情况下,损伤梁的极限承载力为原梁的80%~85%之间。损伤梁的极限承载力随着纵筋配筋率、混凝土强度增加而提高,提高幅度在分别在35%~53%和10%~21%之间。

基于扩展有限元、内聚力单元和单元失效的受弯钢筋混凝土梁数值模拟分析

利用Abaqus中扩展有限元法、内聚力单元和显示动力分析模块下单元失效分析钢筋混凝土梁的受弯响应,对比混凝土4点受弯梁试验和有限元分析的整体性能、损伤与失效,提出混凝土的精细化建模方法。根据模拟结果可知:扩展有限元法和内置内聚力单元模拟混凝土整体性能和拉裂行为精度较高;扩展有限元法模拟的混凝土裂纹扩展路径自由,适合对受力或相互作用复杂的混凝土进行精细化建模与损伤分析;内置内聚力单元的裂纹形成与扩展依赖单元网格密度与形状,适合在相关理论成熟或试验数据全面的基础上做影响参数分析;设置单元失效准则可同时模拟混凝土的压溃和拉裂行为,但损伤发展较快,精度偏低。

既有钢筋混凝土框架结构的多指标云模型地震损伤评估

目前的既有钢混结构地震损伤研究没有同时考虑不同抗震设计规范差异和耐久性两个因素对结构抗震性能的影响,且损伤指标较简单,在动力损伤分析中也存在局限。基于云模型的特点,提出了包括弹塑性耗能差率、刚度损伤指数、层间位移角和顶点位移角的多元结构损伤状态综合评估方法,能够同时考虑结构各损伤指数的随机性和模糊性。考虑不同版本抗震设计规范造成的结构性能差异和耐久性下降对结构性能的影响,设计3个典型五层钢混框架结构,进行增量动力分析,验证损伤评估方法的准确性。结果表明:随着抗震规范版本的更新,结构的损伤程度有适当减轻;同一结构的损伤程度因混凝土碳化作用先减轻后加重;采用弹塑性耗能差率表征既有结构的地震损伤效果优于刚度损伤指数;基于多指标云模型损伤评估方法获得的云模型综合隶属度和综合损伤值能够更加细化和精确地描述结构损伤状态。

不同钢纤维掺量的大体积钢筋混凝土梁弯曲疲劳性能研究

为研究大体积钢筋钢纤维混凝土梁弯曲疲劳性能,对该梁的尺寸按比例缩小制备试件,在MTS Landmark型号的高频疲劳试验机上,对试件做静载试验与疲劳试验,试验过程动态采集数据。建立试件的弯曲疲劳方程可知,同一应力水平下钢纤维掺量越高,试件疲劳寿命越大;试件疲劳累积损伤随应力水平的增大而增加,随钢纤维掺量的增加而降低。研究结论是:掺入钢纤维有利于提升大体积钢筋钢纤维混凝土梁的弯曲疲劳性能。

CFRP加固损伤钢筋混凝土梁抗冲击性能数值研究

为探究碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced plastics,CFRP)加固损伤钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁的抗冲击性能,利用有限元分析软件LS-DYNA,对不同CFRP加固方式下损伤梁的动态响应进行了数值模拟研究,并与物理试验结果进行对比验证.对加固梁的破坏模式、裂缝扩展规律和动态时程响应进行分析.结果表明,U型CFRP加固梁能显著抑制剪切斜裂缝的发展,大幅减小裂缝开展范围;在第1次冲击时,相较于未加固梁,平直型、U型和复合型CFRP加固梁的峰值冲击力分别提高了15.4%、16.6%和13.1%,跨中峰值位移分别降低了4.8%、8.3%和10.1%;在第2次冲击时,U型和复合型CFRP加固梁仍表现出较好的抗冲击性能.研究结果可为CFRP加固损伤RC梁的优化设计提供参考.

BFRP布加固损伤钢筋混凝土短梁的抗弯性能研究

通过对3根试件进行抗弯性能试验,研究了普通RC短梁、BFRP布加固未损伤及损伤钢筋混凝土短梁的破坏形态、材料应变、受弯承载力等变化规律。结果表明:BFRP布加固未损伤及损伤RC短梁的极限破坏模式一致,均为BFRP布先被拉断,受压区混凝土未被压碎;与普通RC短梁一致,加固后的试件跨中截面混凝土应变均近似符合平截面假定;BFRP布加固损伤RC短梁的荷载-挠度曲线不存在开裂阶段,且加固后,损伤RC短梁的极限承载力比未损伤RC短梁和普通RC短梁的极限承载力稍高;BFRP布加固未损伤RC短梁可提高试件刚度,降低试件延性;BFRP布加固损伤RC短梁也可提高试件刚度,但不会降低试件延性。

钢筋混凝土梁式结构裂缝特征与损伤评估方法试验研究

服役中大量钢筋混凝土梁式桥的结构性能急待采取行之有效的方法对其进行评估 ,以便研究进一步采取的措施。本文基于四片板梁和四片T梁模型室内试验结果 ,并由开裂截面的几何关系和裂缝开展理论 ,经回归分析及结构非线性分析 ,建立了以裂缝特征统计参数推测结构配筋率的方法 ,达到有效评估结构性能的目的 ,将结构外观检查的定性评估升级为定量评估 ,具有重要的使用价值。该方法简便可行。

杂散电流环境下钢筋混凝土梁弯曲疲劳损伤演变规律研究

采用超声波检测仪和基于超声波速自定义的损伤变量对杂散电流环境下钢筋混凝土梁弯曲疲劳损伤过程进行实时跟踪研究。结果表明:定义的损伤变量对杂散电流与疲劳荷载共同作用下钢筋混凝土梁损伤发展状态较敏感,能够有效跟踪损伤不同发展阶段。损伤变量跟踪显示:杂散电流环境下钢筋混凝土梁弯曲疲劳损伤过程,与一般大气环境下弯曲疲劳损伤过程类似,具有明显3阶段特性,即初始快速增加、稳定增加和临近破坏的急速增加;随杂散电流强度增大,钢筋混凝土疲劳损伤发展加快。疲劳断裂试件表明:杂散电流环境下混凝土梁弯曲疲劳损伤劣化进程加速,主要是由于杂散电流与氯离子一样会引发混凝土中钢筋发生电化学腐蚀,且与疲劳荷载构成损伤劣化耦合作用。

多环境腐蚀作用下钢筋混凝土梁疲劳损伤模型

地铁、轻轨等城市轨道交通混凝土结构常处在杂散电流、氯离子与疲劳荷载共同作用下服役。针对这种典型服役条件下钢筋混凝土疲劳损伤行为,开展了30V杂散电流与3.5%氯离子多环境腐蚀作用下钢筋混凝土梁四点弯曲疲劳试验研究。基于弯曲疲劳模量退化,建立用于这种典型服役条件下钢筋混凝土梁的非线性疲劳寿命预测和疲劳累积损伤模型。研究结果表明:杂散电流和氯离子多环境腐蚀对钢筋混凝土梁疲劳损伤影响显著,且疲劳荷载越大影响越大。损伤过程分初始损伤、累积损伤和失效破坏等3个阶段,破坏时无征兆。本文所建立的非线性疲劳损伤模型可描述这一损伤演化趋势,预测结果与实测值吻合较好。

用锤击试验反应最大值监测钢筋混凝土简支桥梁结构损伤程度的试验研究

研究了钢筋混凝土梁在各级损伤状态下的锤击试验结果,提取了跨中位移、跨中加速度和跨中附近加加速度响应向上和向下的最大值,分析了三种信号最大值与加载等级之间的关系,通过比较发现,锤击试验梁向下位移最大值、向上加速度最大值、加加速度向上和向下最大值随加载等级增加,整体上表现出单调地上升或下降趋势,因此可以用这三种信号的最大值来判断结构的损伤程度。向下位移最大值与加载等级之间的关系曲线接近直线,因而,在这几种最大值中用向下位移最大值来判断结构的损伤程度效果最好。锤击试验数据的傅立叶变换和时频分析表明,频率与加载等级之间是曲线关系,而向下位移最大值与加载等级之间接近直线关系,因此用梁向下位移最大值判断结构的损伤程度与用频率变化判断结构损伤程度的方法相比较更加方便。

钢板-混凝土组合加固带损伤钢筋混凝土T梁的抗弯性能试验

为了研究钢板-混凝土组合加固钢筋混凝土T梁在静载作用下的抗弯性能,对带损伤的2片混凝土T梁组合加固后进行了抗弯承载力试验,得到了构件破坏时的极限抗弯承载力以及受力特性,揭示了钢板-混凝土组合加固钢筋混凝土T梁的弯曲破坏机理;建立了钢板-混凝土组合加固钢筋混凝土T梁的有限元模型,并进行了非线性静力计算。结果表明:考虑材料非线性的静力计算结果与试验结果吻合良好;采用塑性分析方法建立的试验梁极限抗弯承载力简化计算公式的计算结果与试验结果吻合良好。

地铁工程钢筋混凝土梁疲劳损伤演化和寿命预测模型研究

针对地铁工程钢筋混凝土结构服役期间疲劳现象和腐蚀问题,以应力水平(0.6、0.7、0.8)、杂散电流强度(10、20、30、40 V)和氯离子浓度(2.5%、3.5%、5%、10%)为主要变化参数,使用荷载控制对预腐蚀开裂后钢筋混凝土梁进行了腐蚀-四点弯曲疲劳试验模拟,并获得了杂散电流、氯离子和疲劳荷载作用下试验梁跨中挠度变化规律。试验结果表明:各个试验梁的挠度发展过程大致相似,均大致呈现出三阶段的“S”形特征。基于试验梁跨中挠度演化规律,建立了杂散电流、氯离子和疲劳荷载共同作用下钢筋混凝土试验梁挠度演化半经验解析模型,模型参数与材料属性、腐蚀环境和荷载等试验条件有关,并由试验确定。在此基础上进一步提出了模拟地铁服役环境下钢筋混凝土梁疲劳寿命预测模型和损伤演化模型,从而可以避免进行大量的疲劳试验。借用该模型预测杂散电流、氯离子和疲劳荷载共同作用下试验梁的疲劳寿命,并与试验结果进行对比分析,发现预测值与试验结果吻合良好,进一步证实了方法的可行性和有效性。

基于损伤理论的某钢筋混凝土梁疲劳寿命预测

通过对钢筋混凝土梁的连续超声波检测,结合温度对超声波在混凝土中传播速度影响的实验研究,修正了现场连续观测时的温度效应,选取与超声波波速有关的外部损伤变量,并根据Min-er线性积累损伤准则,建立了其损伤演化方程.通过研究混凝土受损前后的强度和超声波传播速度,选取与强度有关的内部损伤变量,建立了内、外损伤变量之间的关系.应用有限元方法分析了梁中钢筋与混凝土的应力状态,并应用实用可靠度方法建立了梁疲劳破坏的极限状态方程.应用极限状态方程、内外损伤变量关系和梁的损伤演化方程分析了钢筋混凝土梁的剩余寿命.

等幅荷载下钢筋混凝土梁变幅疲劳全过程分析

目的 研究等幅荷载下钢筋混凝土梁的应力变化规律,实现在等幅荷载下钢筋混凝土梁变幅疲劳全过程分析,精准预测疲劳作用后钢筋混凝土梁的抗弯性能。方法 首先基于混凝土疲劳残余应变推导出变幅疲劳下的损伤值,根据疲劳下混凝土及钢筋的强度和刚度退化及疲劳残余变形演化规律,构建出混凝土及钢筋变幅疲劳本构模型,然后提出了变幅疲劳的仿真分析流程,最后借助有限元软件ABAQUS建立等幅疲劳荷载下的钢筋混凝土梁模型。结果 通过不断更新疲劳损伤后材料的本构模型,可以模拟任意疲劳荷载次数后钢筋混凝土梁的疲劳状态。结论 仿真结果与试验结果吻合程度高,验证了该分析方法的准确性;等幅荷载下受压区混凝土和受拉钢筋的应力均会出现不同程度的变化。

钢筋混凝土梁损伤的小波包识别方法

基于小波包能量特征向量的损伤识别是一种对损伤非常敏感的方法。为了更有效地选择特征频带,从频带分解的角度分析了基于小波包分解能量特征向量的结构损伤识别方法。将结构响应信号进行小波包分解,提取各频带的能量。通过分析结构响应频率和小波包分解各频带频率范围,选取信号主要频率所在频带及其相邻频带的能量构成特征向量。当信号频率有微小改变时,特征能量向量的变化远远大于信号频率的变化。当结构出现损伤时,脉冲激励下其动力响应信号的频率有所降低,因此可以通过特征能量向量的变化来识别损伤。通过一根钢筋混凝土梁的试验验证了该方法的有效性。

基于动力测试的钢筋混凝土梁火灾损伤识别方法

为获得混凝土梁的受火损伤程度,提出了基于小波神经网络技术以等效爆火时间为指标的损伤识别新方法。首先建立了简支梁的火灾损伤识别方法,并用数值模拟对其进行了验证;然后建立了的适用于混凝土连续梁火灾损伤识别的三步定位新方法,以三跨连续梁为例对其应用进行了详细说明,数值模拟结果表明该方法准确度较高;最后设计4根足尺寸钢筋混凝土简支梁L1 -L4,分别对LI -L4进行60 min、90 min、120 min、150 min的火灾试验及灾后承载力试验,实测了火灾前、后及过程中的结构模态信息及灾后荷载-位移曲线,基于修正后的精细化模型,利用前2阶不完备模态信息构造小波神经网络输入参数,等效爆火时间作为输出参数进行损伤识别,实测值与识别预测值吻合较好,验证该方法的可靠性。

27t轴重混编货车作用下既有线钢筋混凝土梁受力特性试验研究

我国研究发展27 t轴重通用货车意义重大,不但可满足铁路货运发展的迫切需要,还能使我国铁路货运全面达到国际重载要求。通过在京广线试验区段内选择跨度3.4,6.7,13.06 m钢筋混凝土梁进行实车试验,获得了27 t轴重货车不同装载等级、不同速度级工况下梁体的钢筋应力、混凝土应力、挠度和挠度动力系数,以及应力和挠度与货车邻轴距的关系等实测数据。初步掌握了27 t轴重货车对小跨度钢筋混凝土梁的作用特征,为27 t轴重货车在既有线的试运行提供了技术支撑。针对试验过程中发现的问题和既有线桥涵实际情况,提出了既有线开行27 t轴重货车时需开展的工作建议。

带裂缝钢筋混凝土梁损伤诊断的振动方法

建立了健康的和带有理想裂缝的钢筋混凝土梁的分离式有限元模型,推导了其中四节点矩形粘结单元的刚度矩阵。利用该模型可以计算它们的振动特性参数,研究其局部损伤与振动特性参数的关系。有限元模型数值仿真计算结果与实际测试结果相吻合。数值仿真计算及实际测试结果均表明:固有频率是进行钢筋混凝土梁裂缝类损伤定性辨识的重要指标;曲率模态振型和应变模态振型是钢筋混凝土梁裂缝类局部损伤的敏感参数,利用它们的模态绝对残差向量可以实现实梁裂缝类损伤的准确定位识别;曲率模态振型和应变模态振型的绝对残差向量范数,与裂缝类损伤的严重程度具有单调性关系,可以基于其进行裂缝类损伤的定量辨识。