Fatigue Behavior of Plain Concrete Under Biaxial Compression: Experiments and Theoretical Model

The effects of different lateral confinement stress on the fatigue behavior of and cumulative damage to plain concrete are investigated experimentally. Eighty 100 mm x 100 mm x 100 mm specimens of ordinary strength concrete are tested under constant- or variable-amplitude fatigue loading and lateral confinement pressure in two orthogonal directions. A fatigue equation is developed by modifying the classical Aas-Jakobsen S-N equation for taking into account the effect of the confined stress on fatigue strength of plain concrete. The results of variable-amplitude fatigue tests indicate that the linear damage theory proposed by Palmgren and Miner is unreasonable in the biaxial stress state. A nonlinear cumulative damage model that could model the effects of the magnitude and sequence of variable-amplitude fatigue loading and lateral confinement pressure is proposed on the basis of the evolution laws of the residual strains in the longitudinal direction during fatigue tests. The residual fatigue. life predicted by this model is found to be in good agreement with the results of the experimental research.

混凝土的单轴抗压疲劳损伤累积性能研究

研究了单轴等幅和变幅加载抗压疲劳变形规律 ,提出了一个与疲劳变形规律相对应的三阶段线性疲劳损伤模型 ,给出了以残余应变为指标的疲劳损伤累积方程。由试验结果分析 ,得到了加载水平与疲劳变形的二阶段发展水平之间的关系。以等幅两阶段线性疲劳方程为基础 。

基于残余应变的多侧压下混凝土受拉疲劳损伤研究

在侧压分别为0．25fc和0．50ft及其组合条件下，进行了混凝土在多侧压下的受拉等幅与变幅疲劳试验，得到了疲劳累积极限应变和残余极限应变，建立了残余应变与疲劳次数关系方程，并给出了残余应变与循环次数关系曲线。根据残余应变的稳定性，也即不受加载历程的影响，主要与侧应力水平和相对疲劳次数有关，以残余应变与相应应力水平下的残余极限应变之比作为损伤变量，建立了损伤变量与疲劳次数关系的统一方程，并给出了损伤变量与疲劳次数关系曲线。同时，对单轴、单、双侧压下的混凝土受拉疲劳的累积极限应变和残余极限应变与相应应力条件下的静态峰值应变进行了比较，其结果是随着侧应力水平的增加，相应的极限应变增加，再次说明了侧应力水平的影响。静态峰值应变与相应条件下的疲劳累积极限应变接近，残余极限应变与静态峰值应变及疲劳累积极限应变的比值较为稳定，其变化区间在0．22-0．28之间，且两种比值之间相差0．0-0．2。最后，对Miner准则进行了改进，并根据所建立的损伤模型与改进的Miner准则，对变幅疲劳寿命进行了预测，其结果是较为合理的。

混凝土双轴抗压疲劳累积损伤规律试验研究

本文在对混凝土立方体试件进行定侧压下双轴等幅与变幅抗压疲劳试验的基础上,研究了素混凝土双轴抗压疲劳累积损伤性能。通过对试验结果的分析,证明Miner准则不适于描述疲劳损伤的累积规律;CortenDolan损伤公式可以用于混凝土剩余疲劳寿命的预测。分别选择疲劳最大应变、疲劳残余应变、疲劳变形模量和横向超声波速定义了损伤,得到了不同的损伤累积规律;在综合了纵向变形、模量及横向微裂缝的发展程度的基础上提出了混凝土平均损伤变量,得到了损伤演化方程。本文还应用二级变幅疲劳试验结果修正了常用的损伤等效原理,大大提高了混凝土剩余疲劳寿命预测的精度。本文的研究为混凝土在定侧压下双轴抗压疲劳寿命的预测和损伤评价奠定了基础。

钢筋混凝土梁超载作用下疲劳性能试验研究

随着对钢筋混凝土结构疲劳性能研究的深入,需要结合实际工程开展更多的变幅疲劳试验。通过钢筋混凝土梁的等幅及变幅试验,研究分析了超载作用对梁破坏形态、疲劳寿命、挠度和裂缝宽度等变化规律的影响。试验结果表明,受超载作用的梁均发生斜截面疲劳破坏,过大的超载作用次数会导致梁迅速破坏,且超载作用会明显增加梁跨中挠度及裂缝宽度。研究成果可为超载运营桥梁的寿命预测及维护加固提供依据。

BFRP布加固钢筋混凝土梁的变幅疲劳寿命试验研究

通过5根钢筋混凝土梁的抗弯疲劳试验,研究玄武岩纤维布、玄武岩/碳混杂纤维布、玻璃/碳混杂纤维布加固梁的变幅疲劳寿命,并根据Miner损伤理论、修正Miner损伤理论和Corten-Dolan损伤理论,对承受变幅疲劳载荷作用的FRP加固钢筋混凝土梁进行了疲劳寿命估算。结果表明,粘贴纤维布对钢筋混凝土梁的抗疲劳性能有极大改善,能显著提高梁的疲劳寿命;3种损伤理论估算出的寿命均偏安全,以修正Miner损伤理论的精度最好。建议在实际工程应用中采用修正Miner损伤理论进行FRP加固钢筋混凝土受弯构件的变幅疲劳寿命估算。

变幅载荷疲劳裂纹扩展预测模型

为克服变幅载荷疲劳裂纹的预测中受到的实验成本、时间、载荷谱型等诸多因素的限制,在常幅载荷下S-N曲线与疲劳裂纹扩展曲线关系的基础上,研究了变幅载荷下两曲线之间的关系,并结合疲劳累积损伤理论,推导了块谱载荷裂纹扩展裂纹长度的预测方法,同时考虑了超载迟滞效应的影响,最后进行了实验研究.实验与计算结果表明该方法有效、便于工程应用,该方法可用于结构设计阶段对疲劳裂纹扩展寿命的预测.

定侧压混凝土双轴变幅拉-压疲劳累积损伤研究

为了调查混凝土在双轴拉-压交变荷载作用下的疲劳性能和累积损伤规律,利用改造的MTS疲劳试验机对变截面棱柱体混凝土试件进行了定侧压下轴心拉-压单级等幅和多级高-低、低-高变幅疲劳试验.总结了实测等幅与变幅疲劳应变与变形模量的衰减规律,基于疲劳变形模量定义了损伤变量,拟合试验结果得到了两阶段的损伤演化方程,依据损伤演变与损伤状态、加载条件间的相关性,建立了相应的疲劳累积损伤模型,并给出了利用本文模型进行疲劳损伤分析和剩余寿命预测的方法.模型预测的剩余寿命与实际试验结果的对比验证了模型的精度与有效性.

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。

混凝土双轴拉压、三轴拉压压变幅疲劳性能研究

利用大型多轴疲劳试验机,进行了拉压双轴和拉压压三轴荷载作用下混凝土两级、三级变幅疲劳试验研究,重点分析了残余应变的变化规律。试验结果表明:混凝土在拉压和拉压压加载工况下的残余应变主要与相对疲劳次数和侧压应力比有关,基本不受加载历程因素的影响。定义相对残余应变为损伤变量,建立了损伤演变方程,并进行了疲劳损伤分析和剩余疲劳寿命预测,为混凝土在多轴变幅疲劳试验研究及疲劳损伤评价提供参考。

钢纤维混凝土等幅与变幅疲劳特性的试验研究

对带切口的三点弯曲梁试件作了等幅与变幅疲劳断裂试验，研究了钢纤维混凝土梁试件在受弯疲劳荷载下的疲劳寿命、变形特性及能量吸收等规律，给出了计算疲劳损伤变量的公式。

疲劳荷载对橡胶混凝土损伤和断裂性能的影响

虽然橡胶混凝土塑性和疲劳性能较好,但由于掺入橡胶,其在疲劳荷载下离散性增大,损伤过程及最终的断裂机制均不明确。为研究橡胶混凝土在疲劳荷载下的损伤和断裂性能,基于声发射开展了不同橡胶掺量的混凝土在疲劳荷载下的三点弯曲疲劳断裂试验。计算有效裂缝长度,分析疲劳荷载下不同橡胶掺量的混凝土裂缝长度a的变化规律,并利用裂缝长度a和声发射累积能量EAE分别定义了损伤变量Da和DAE;分析疲劳荷载下不同橡胶掺量的混凝土断裂能GF的变化规律;利用声发射中的信号持续时间分析疲劳荷载下橡胶混凝土中裂缝出现和扩展的规律。结果表明,混凝土的断裂能随橡胶掺量的增加呈线性增加;在疲劳荷载下,裂缝长度a和Da均呈倒S型规律变化,而DAE呈正S型规律变化;声发射信号持续时间表明,在疲劳荷载下,橡胶混凝土中的裂缝总在荷载较小时出现或发生扩展。