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重载及腐蚀损伤下钢筋混凝土梁疲劳性能试验研究

陈才生  
【摘要】:随着服役年限的增加,受车辆荷载及所处环境的影响,钢筋混凝土公路桥梁损伤不断累积,其中最主要的两种损伤形式为:重载损伤及腐蚀损伤。为了进一步了解这两种损伤对钢筋混凝土结构疲劳性能的影响,本文分别开展了钢筋混凝土梁重载变幅疲劳及腐蚀疲劳试验研究。主要内容包括:重载作用对受损钢筋混凝土梁疲劳性能的影响,腐蚀环境对钢筋混凝土梁疲劳性能的影响,以及疲劳加载下混凝土梁内钢筋锈蚀程度变化及氯离子分布规律等。 在车辆荷载调查报告基础上,选取合适的疲劳加载幅值,进行钢筋混凝土梁重载变幅疲劳试验。试验结果表明,受重载作用的梁均发生斜截面破坏;梁后续疲劳寿命与所受重载循环比密切相关,过大的重载循环次数会急剧降低梁的疲劳寿命;重载作用后,梁跨中挠度及裂缝宽度有较大程度的增加,且随重载循环次数的增多,增加的幅度越大。利用梁动态刚度的衰减规律,建立重载作用下梁的疲劳累积损伤模型及寿命预测方法。 在疲劳加载过程中采用“电渗-恒电流-干湿循环”方法加速钢筋锈蚀,进行钢筋混凝土梁腐蚀疲劳试验。试验结果表明,与大气环境相比,当承受同一水平疲劳荷载时,较短的腐蚀环境作用时间对钢筋混凝土梁疲劳寿命、跨中挠度和混凝土受压区应变影响较小;但较长的腐蚀环境作用时间会明显降低梁的疲劳寿命,并加速梁挠度、混凝土受压区应变的发展。腐蚀疲劳破坏梁的钢筋断口依旧存在疲劳裂纹源区、裂纹扩展区及断裂区。腐蚀疲劳破坏是交变应力与腐蚀介质共同作用的结果,腐蚀介质加速钢筋裂纹的萌生及扩展。且局部锈蚀是导致钢筋腐蚀疲劳断裂的主要因素。 利用半电池电位法、混凝土电阻率法及RCT法,研究腐蚀疲劳作用下梁内钢筋锈蚀程度变化及氯离子分布规律。试验结果表明,随着腐蚀作用时间的增加,钢筋腐蚀电位及混凝土电阻率总体上呈现下降趋势,且承受荷载的梁内钢筋锈蚀速率高于未承受荷载梁,同时随着疲劳荷载上限增大,钢筋锈蚀速率明显增大;疲劳裂缝处氯离子含量明显高于未开裂处,且会在混凝土保护层某一深度处产在氯离子聚集现象。 本文研究成果可为建立重载运营及腐蚀环境影响下桥梁疲劳累积损伤模型、寿命预测方法及维护加固提供依据。


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