混凝土疲劳剩余强度试验及理论研究

论文摘要

在实际工程中许多混凝土结构除受静力荷载作用外，还受到重复荷载作用，这使得混凝土结构的疲劳破坏成为了一个被广泛关注的问题。而混凝土结构的疲劳破坏主要是因为混凝土材料内部产生损伤导致其强度下降，所以了解混凝土在疲劳荷载作用下剩余强度的变化规律具有很重要的实际意义。另外本文还结合国家自然科学基金项目：混凝土多轴变幅疲劳破坏准则（50078010）对不同侧压等级下混凝土的统一S-N曲线进行了研究。综上所述，本文的主要试验与理论研究工作包括以下几个方面： （1）进行了变截面棱柱体和立方体混凝土试件的疲劳剩余抗拉强度试验。试验结果表明，用先对试件疲劳一定次数，再侧定其静载强度的方法，能够较好的揭示混凝土疲劳剩余强度的衰减规律。由根据试验结果绘出的P-R-N曲线（其中P为失效概率，R为剩余强度，N为疲劳次数）可以看出，混凝土剩余强度的衰减有着很明显的“突然死亡”的特点。 （2）利用可靠性理论对混凝土疲劳过程中的剩余强度进行研究，得到了混凝土抗压和抗拉疲劳的P-R-N曲线。P-R-N曲线能在表示出剩余强度衰减的同时给出相应的保证率。基于实效概率P=0.50时的P-R-N曲线可以对混凝土多级变幅疲劳剩余寿命进行预测，预测结果的精度好于Miner准则。 （3）无论是混凝土的抗压割线模量还是抗拉割线模量都随着疲劳次数的增加而衰减，剩余割线模量与疲劳次数之间符合半对数关系，而剩余割线模量与剩余强度的平方根之间有较好的线性关系。 （4）利用疲劳过程中试件的最大应变定义的损伤变量，物理意义明确，测量方便。损伤变量和抗压剩余强度、抗拉剩余强度之间有很好的线性关系，而剩余强度衰减规律与损伤发展规律十分相似，这表明剩余强度的衰减是由于混凝土内部的损伤引起的。 （5）进行了定侧压下混凝土双轴抗压疲劳剩余强度试验，综合单轴及一向有侧压混凝土抗压疲劳剩余强度试验结果，提出了同时考虑侧压应力比和疲劳荷载最大应力水平的统一公式。将公式用于对混凝土疲劳剩余寿命的预测，预测结果较为准确。 （6）在大量的混凝土单轴、双轴和三轴抗压及抗拉压疲劳试验数据的基础上，绘出了综合考虑侧压应力水平的统一S-N曲线；以S-N曲线为基础可以计算混凝土多轴受压疲劳强度，对规范给出的疲劳强度折减系数进行了修正。以水泥混凝土路面和混凝土海洋平台腿柱设计过程中的疲劳验算为例，将混凝土多轴变幅疲劳破坏准则用于实际工程的计算中，效果良好。

论文目录

• 独创性说明
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 混凝土疲劳性能试验研究概况
• 1.2.1 单轴疲劳试验
• 1.2.2 多轴疲劳试验
• 1.3 混凝土疲劳性能理论研究进展
• 1.3.1 混凝土疲劳累积损伤研究
• 1.3.2 混凝土疲劳破坏随机预测理论
• 1.3.3 混凝土疲劳本构模型研究现状
• 1.4 本文的研究内容
• 2 混凝土抗拉疲劳剩余强度试验研究
• 2.1 引言
• 2.2 试验概况
• 2.2.1 试验系统简介
• 2.2.2 试验概况
• 2.3 试验结果与分析
• 2.3.1 试验结果
• 2.3.2 剩余强度模型
• 2.3.3 混凝土剩余抗拉强度
• 2.3.4 混凝土刚度衰减
• 2.3.5 最大疲劳拉应变
• 2.4 本章小结
• 3 混凝土抗压疲劳剩余强度试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验概况
• 3.2.1 试件及试验设备
• 3.2.2 试验内容安排
• 3.3 试验数据处理
• 3.3.1 剩余强度模型
• 3.3.2 剩余强度衰减规律
• 3.3.3 剩余刚度衰减
• 3.3.4 剩余强度与损伤的关系
• 3.4 本章小结
• 4 定侧压情况下混凝土双轴受压疲劳剩余强度试验研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验安排
• 4.2.1 试件及试验设备
• 4.2.2 试验程序
• 4.2.3 试验分组
• 4.2.4 试验结果
• 4.3 试验结果分析
• 4.3.1 剩余强度衰减模型的建立
• 4.3.2 模型系数的确定
• 4.4 变幅疲劳寿命预测
• 4.5 本章小结
• 5 混凝土多轴变幅疲劳破坏准则试验研究及其工程应用
• 5.1 引言
• 5.2 抗压疲劳试验概况
• 5.2.1 国内外研究情况概述
• 5.2.2 试件及试验设备
• 5.2.3 试验结果分析
• 5.3 抗拉-压疲劳试验概况
• 5.3.1 国内外研究情况概述
• 5.3.2 试件及试验设备
• 5.3.3 试验方法
• 5.3.4 试验结果分析
• 5.4 计算示例
• 5.5 本章小结
• 6 混凝土疲劳剩余强度损伤模型及疲劳寿命预测新方法
• 6.1 引言
• 6.2 建立模型
• 6.2.1 损伤因子张量及有效柔度矩阵
• 6.2.2 边界面及损伤演化方程
• 6.3 模型的建立与参数的确定
• 6.3.1 抗拉疲劳剩余强度模型
• 6.3.2 抗压疲劳剩余强度模型
• 6.3.3 定侧压双轴压疲劳剩余强度模型
• 6.4 模型的验证
• 6.5 灰色马尔可夫链在混凝土疲劳寿命预测中的应用
• 6.5.1 引言
• 6.5.2 预测模型的建立
• 6.5.3 疲劳寿命预测实例
• 6.6 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 本文的主要结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间参加的课题与发表的学术论文
• 创新点摘要
• 致谢
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书