文摘

本文的目的是研究疲劳损伤的发展规律的车道板钢筋混凝土肋梁桥和车道板设计提供理论支持。钢筋混凝土肋梁的疲劳试验桥车道板。基于材料疲劳损伤理论,建立了疲劳损伤模型的有限元分析软件。疲劳性能、破坏机理和疲劳程度的影响车道板的疲劳性能进行了研究。实验研究结果表明,当板肋梁桥梁疲劳,和径向裂纹出现在板的底部,这属于冲剪破坏。疲劳破坏过程分为三个阶段:初始阶段的疲劳、偏转和钢筋应变与疲劳时间线性增加,并在稳定发展阶段,底部偏转和钢筋应变增加稳定的发展。随着疲劳周期的增加,疲劳累积损伤逐渐累积,和车道板的刚度逐渐减少。在快速发展阶段,挠度、钢筋应变和裂纹扩展速度明显增加。根据疲劳损伤模型,仿真分析结果表明,累积损伤桥车道与疲劳载荷的增加更严重的水平。疲劳损伤程度较低时,设计疲劳载荷水平不超过0.55。

1。介绍

在小和medium-span钢筋混凝土肋梁桥梁、车道板是一个不可缺少的组件,它直接熊轮载荷和梁肋传播力。在桥的正常使用,内部损伤车道板长时间重复累积到一定程度,和车道板将失去其承载力由于累积损伤。然而,疲劳失效的设计车道板没有注意在当前设计的钢筋混凝土肋梁桥梁。

1971年,Batchclor et al。1)提出,车道板的疲劳剩余强度约为0.5 200万年之后疲劳循环加载下的疲劳试验钢筋混凝土车道板。

在1982年和1988年,Sonoda et al。2,3]t观察到裂纹形状时径向的底部板是通过桥的疲劳试验板损坏。

2009年,a Pipinato et al。4)进行材料疲劳性能和高剪切测试退役的铁路桥。测试结果表明,铆接剪切联合预紧螺栓接合所取代,遵守Eurocode疲劳设计要求。

此外,Pipinato [5]等人进行静态疲劳试验桥连接状态的铆钉在同一铁路桥梁疲劳设计曲线相比,2011年的测试结果。结果表明,铆钉的疲劳性能相当于nonpreloaded螺栓。

2019年,李6)混凝土强度等级的影响,进行配筋率,不同的负载级别,length-to-short比率,在桥的疲劳性能和厚度板和宣布疲劳发展法律和车道板的疲劳破坏形式。

虽然学者们对钢筋混凝土路面板进行了一些研究,研究基于疲劳试验车道板的疲劳性能和疲劳累积损伤理论尚未深入。摘要在车道板进行疲劳试验,和疲劳模型建立了基于累积损伤理论。系统车道板的疲劳性能进行了研究。

2。疲劳试验概述

2.1。疲劳模型设计

在该测试中,桥肋梁板模型的设计被称为桥的跨度的标准图16米(7]。采用双车道板测试模型T梁模型,混凝土强度等级C40,测试模型是4米长,跨度3.85米计算,梁的高度是325毫米,中跨梁肋宽度是45毫米。只有横梁设置结束。横向和纵向钢筋配备钢筋直径6毫米。length-to-short方面比路的板是6.51。车道的建设规模和强化板模型如图1。

2.2。主要疲劳测试设备和测试设备

本文采用pls - 500测试系统的疲劳试验加载设备,和yhd - 200和tds - 530采用测量板的位移和收集数据。请- 500测试系统和tds - 530所示的数字2和3。之前的紧张和压力传感器被用来校准测试。可移动头获得的回归方程如下: 在哪里x实际的加载值和什么y是计算机输入值。

2.3。疲劳试验加载和控制

杨et al。8)总结了预应力混凝土疲劳试验的加载方法,国内外学者。百分之七十的人使用等幅疲劳载荷,剩下的变幅疲劳加载使用。因为变幅疲劳的波形是复杂的,试验机的要求是相对较高的。

据杨et al。8),百分之七十的学者使用等幅疲劳加载测试。本文在该测试中使用的疲劳载荷等振幅疲劳载荷,和频率设置为3.8赫兹。车道板承载力的确定是通过静载荷试验115 kN。根据钢筋混凝土疲劳试验的经验由国内和国外学者(2,4),疲劳载荷级别被设置为0.65,和疲劳载荷的上限和下限是75 kN, 30 kN,估计疲劳周期是20000次,50000次,100000次,500000次,100万次,150万次,200万次。为了避免应力集中在车道板,一块钢板下设置移动头部,其面积是200×100毫米,厚度2厘米,和一套橡皮板是钢板的厚度是2厘米。

2.4。测点布置

四个混凝土应变仪和三个位移计组底部的车道板板跨,横向应变仪S1和S2,纵向应变仪S3和S4,位移指标D1 D3。两个钢筋应变仪S5和肌腱S6排列。计量点的布局在中断表面疲劳图所示4。

3所示。车道板测试分析

偏转板的底部之间的关系,钢筋,疲劳载荷循环次数数据所示5和6。裂缝的底部车道板损伤后疲劳图所示7。

基于疲劳载荷下的挠度和裂缝的变化周期,车道板的疲劳破坏过程可分为三个阶段如下:

疲劳周期0到100000周期时,挠度、钢筋应变、疲劳的循环次数是线性相关的。当疲劳周期的数量达到50000,纵向裂缝宽度为0.2毫米出现在板的底部。之后,裂缝发展缓慢,路面板的疲劳损伤轻微,这可能被视为疲劳损伤的初级阶段。

当疲劳周期是100000年到1000000年,桥的疲劳损伤发展稳定。底部偏转和钢筋应变与疲劳周期迅速增加。挠度曲线的斜率增加在一定程度上与初始疲劳期。疲劳累积损伤积累,车道板刚度逐渐减少。疲劳周期达到500000周期时,散射裂缝发展梁肋宽度为0.3毫米,然后裂缝稳步发展。疲劳循环次数达到100万时,纵向裂缝宽度达到0.8毫米,和散射裂纹的最大宽度是0.6毫米。

当疲劳周期超过了100万,这是加速疲劳发展的阶段。随着疲劳的循环次数的增加,挠度疲劳曲线的斜率突然变得陡峭,偏转的增长率,钢筋应变和裂纹增长明显加速。疲劳周期达到162万周期,钢筋屈服,裂缝的底部板是突然和暴力。纵向裂缝的宽度是1.8毫米,和散射裂缝最大宽度是1.6毫米,导致车道板的冲剪破坏。

4所示。基于理论分析混凝土的累积损伤

4.1。材料本构的数学模型

以下4.4.1。混凝土本构模型

疲劳载荷引起的退化弹性模量和混凝土的强度。根据混凝土疲劳损伤本构关系的理论,有必要计算混凝土的疲劳寿命,弹性模量的降低,残余强度的混凝土构造疲劳本构模型的假设。图8。

(1)混凝土疲劳寿命计算。根据结构疲劳强度衰减方程拟合的任务组(9),混凝土的疲劳寿命计算如下: 在哪里混凝土的疲劳寿命,混凝土抗压强度的标准值,混凝土的最大应力,混凝土的最低压力。

(2)混凝土的弹性模量降低。计算混凝土的弹性模量的退化,小岛(10)发现,混凝土的弹性模量降低了33%的疲劳失效发生时,提出了一个公式计算混凝土的弹性模量的退化,如下: 在哪里是疲劳残余混凝土的弹性模量,混凝土的弹性模量不受损,然后呢是疲劳载荷的循环次数。

(3)混凝土疲劳剩余强度的计算。当剩余疲劳强度低于疲劳载荷限制,具体将受到损害,因此混凝土疲劳失效准则

混凝土的疲劳剩余强度模型不应太复杂。综合比较国内外学者的研究成果,提高了剩余强度公式建立了J Schaff,和相关参数的确定根据孟的疲劳试验11]。该模型符合混凝土疲劳剩余强度模型的基本规则。 在哪里疲劳载荷循环,是subfatigue残余强度的混凝土,是具体的压缩标准的价值,测试参数取决于孟(11)测试压缩2.055,2.514张力。

(4)压缩和拉伸本构关系下的混凝土损伤状态。基于组件的疲劳本构模型假设在方程(2)(5),弹性模量和剩余疲劳强度混凝土的强度等级等幅疲劳载荷的作用下,可以计算出任意数量的疲劳载荷周期。有限元分析软件被用来模拟车道板的疲劳性能。需要计算的具体不同损伤状态下的应力-应变关系,然后使用上面的参数继续推断混凝土的疲劳损伤本构关系。

首先,混凝土的峰值压应变与疲劳损伤的本构关系计算如下: 在哪里是混凝土的峰值压应变的循环疲劳载荷,是疲劳载荷循环,是时候残余混凝土疲劳强度。

计算损伤演化参数 ,下降的部分参数应该考虑。

以峰值点为边界,两个部分的损伤参数被替换的比例计算ε来x和参数 , :

压缩损伤演化参数如下: 在哪里 升段; 是降段。

在这一点上,建立了混凝土疲劳本构模型。见公式(12),计算压力实际上是名义应力,需要转化成真正的压力混凝土塑性损伤本构模型。

混凝土的拉伸本构关系的计算在任何伤害是一样的,这不是描述太多了。见公式(13)。

由于空间限制,只有混凝土疲劳损伤的计算结果,当疲劳载荷水平是0.65和500000的疲劳周期,如表所示1和2,混凝土的弹性参数表中列出3。

4.1.2。钢筋的本构模型

摘要理想弹塑性模型,即双线性模型,采用如图9。这个模型更适合这个测试,因为它是适用于钢筋有更长的流振幅。假定在任何疲劳载荷,疲劳本构模型的屈服应力钢筋的剩余疲劳强度,钢筋的弹性模量不降低疲劳载荷过程中(12),压力对应于常数疲劳载荷下的极限值是一定值,以及钢筋的强度损失在疲劳加载过程中符合线性破坏准则。

(1)计算钢筋的疲劳寿命。的生命曲线和从疲劳试验获得中国螺纹钢log-log-linear A和B之间的关系,和一般表达式显示为3-13: 在哪里是钢筋的疲劳寿命, , 测试实验获得的常数,钢筋应力幅值。

本研究的研究对象是曲线关系方程螺纹钢的疲劳寿命。中国铁道科学研究院提出的公式(13)如下:

(2)计算剩余疲劳强度的钢筋。基于剩余强度模型提出的朱(14)和结合测试类型在这项研究中,对数公式和参数进行修正得到的残余强度钢筋在任意数量的时间: 在哪里钢筋的屈服强度,是疲劳周期数,是疲劳寿命,钢筋应力。

(3)抗拉钢筋本构关系下的疲劳累积损伤。最后,拉伸本构关系下的钢筋疲劳累积损伤状态确定,和剩余疲劳计算钢筋的应变。因为钢筋的弹性模量没有退化在疲劳加载过程中,钢筋的剩余疲劳应变可以获得,其计算公式如下:

然后,根据弹塑性的本构关系模型的钢筋加固和残余强度的公式,屈服应变钢筋对应的收益率,和它的计算公式如下:

基于上述假设和公式,计算公式(19)的任意数量的疲劳加载下疲劳本构模型是基于双线理想弹塑性模型和获得的疲劳累积损伤理论。模型曲线如图10。

4.2。疲劳模型

通过有限元分析软件建立的疲劳模型。钢筋被选中作为T3D2桁架元素,和具体选择C3D8R固体元素。材料参数输入和分配给部分根据部分3。提高计算精度,网格的元素在中跨部分车道板的雅致。钢筋笼和混凝土中嵌入区域,和模型采用简单支撑梁的约束方法。完整的牛顿迭代法(完整的牛顿法),转换是严重不连续,和采用方法继承了前面分析步骤,和斜率负载使用默认在整个分析步骤。车道板模型如图11。

4.3。疲劳分析的有效性

来验证有限元模型的有效性,疲劳试验分析是进行疲劳试验模型。对比仿真分析的结果和测试结果如图12和13。

它可以宣布,测量测试曲线是在良好的协议与仿真分析曲线。仿真分析曲线也分为三个阶段。疲劳加载的数量是0 - 100000周期,和偏转,紧张和疲劳时间是线性相关的。疲劳周期的数量在100000年到100万年之间周期,和挠度和应变的增长速度,在初始阶段的疲劳。当疲劳的数量在100万年到150万年之间周期,挠度和应变迅速增加。

在相同数量的疲劳周期之间的最大误差仿真分析挠度值和测量值是4%,和应变值和测量值之间的最大误差为4.8%。在162万次钢的应变测量,模拟分析是158万周期。疲劳寿命的误差为2.53%,证明该模型可以模拟车道板的疲劳性能。

5。疲劳载荷水平对疲劳性能的影响

研究疲劳载荷水平的影响在车道板的疲劳性能,疲劳损伤模型建立了基于疲劳损伤理论是用来进行疲劳试验分析与疲劳载荷水平的0.55,0.65,和0.75,分别。车道的偏转板之间的关系曲线和疲劳载荷水平数据所示14和15。

仿真分析结果表明,一定数量的条件下的疲劳载荷,疲劳载荷水平越高,车道板的挠度越大和越累积损伤。当疲劳载荷水平为0.55,与疲劳载荷水平的增加,挠度没有显著增加。当疲劳载荷水平为0.65,挠度增加了7.3毫米,0.55的疲劳载荷水平的5.6倍。当基尼系数为0.75,挠度增加了16.3毫米,疲劳载荷水平的12.5倍0.65的0.55和2.2倍。

刘(15)进行了疲劳试验的钢筋混凝土桥车道板。疲劳载荷水平为0.629时,疲劳损伤程度的桥面超过150万次,这是类似于测试结果。当负载水平分别为0.270和0.386,没有疲劳损伤发生。通过这个测试,认为这个结论太过保守,和设计车道板的疲劳载荷水平建议不超过0.55。

6。结论

(1)肋梁的疲劳失效机理桥车道板。底部的裂纹板的径向和属于冲剪破坏。(2)疲劳破坏过程分为三个阶段:(1)疲劳周期0 - 100000周期时,挠度、钢筋应变、疲劳的数量是线性相关的。(2)疲劳周期100000 - 1000000时,桥的疲劳损伤发展稳定。底部偏转和钢筋应变与疲劳周期迅速增加。挠度曲线的斜率增加在一定程度上与初始疲劳期。疲劳累积损伤逐渐累积,而车道板刚度逐渐降低了。(3)当疲劳周期超过了100万,这是加速疲劳发展的阶段。随着疲劳的增加,挠度疲劳时程曲线的斜率突然变得陡峭,偏转的增长率,钢筋应变和裂纹增长明显加快。(3)疲劳模型建立了基于累积损伤理论,和测量测试曲线是在良好的协议与仿真分析曲线,验证了该模型的有效性。仿真分析曲线也分为三个阶段。在相同数量的疲劳载荷,仿真分析挠度之间的最大误差值和测量值是4%,和应变值和测量值之间的最大误差为4.8%。在162万次钢的应变测量,模拟分析是158万周期。他们两人的疲劳寿命约为160万次,证明了该模型可以模拟车道板的疲劳性能。(4)使用疲劳模型建立了基于疲劳损伤理论,进行了疲劳试验分析与疲劳载荷水平的0.55,0.65,和0.75,分别。仿真分析结果表明,一定数量的条件下的疲劳载荷,疲劳载荷水平越高,越加速路面板的挠度和更多的累积损伤。基于其他学者的结论,认为设计车道板的疲劳载荷水平不应大于0.55。

数据可用性

opju数据用于支持本研究的结果中包括这篇文章。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究是通过东北林业大学土木工程。