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随着混凝土材料在桥梁、厂房结构等承受动力荷载作用的工程领域的应用越来越广泛,越来越高的造价及其疲劳破坏问题成为一个严重的问题。活性粉末混凝土(ReactivePowder Concrete,简称RPC)是一种新型高强度、高韧性、高耐久性的材料,若RPC材料用于工程实际,可以较好地改善构件的耐疲劳性能。目前,国内对于RPC材料配比研究已日趋成熟,但对其疲劳性能、损伤演化机理及构件的疲劳验算方法等方面的研究还不够完善。本文在试验研究的基础上,对以上内容进行分析研究。主要完成的工作有:
(1)进行活性粉末混凝土试件的静载试验,确定其破坏的极限荷载。随后,完成活性粉末混凝土试件的等幅循环荷载试验,观察试件的破坏模式、裂纹的发展、试件变形的发展规律,试件的疲劳寿命与应力水平的关系。
(2)通过对活性粉末混凝土试件的疲劳寿命的统计分析,可以得出RPC试件的疲劳寿命服从两参数威布尔分布函数;总结出在等幅循环荷载作用下活性粉末混凝土平均疲劳寿命的S-N曲线,以及考虑存活率的p-S-N曲线方程;最后得出活性粉末混凝土的抗折疲劳强度。
(3)分析活性粉末混凝土的疲劳内部损伤机理,从其微观组成分析其内部因素。将活性粉末混凝土的疲劳损伤破坏过程分为三个阶段,潜伏期,内部损伤稳定扩展阶段和内部损伤失稳发展阶段;与普通混凝土的疲劳损伤机理进行对比,活性粉末混凝土在前两个阶段具有优于普通混凝土的抗疲劳开裂性能及带裂纹疲劳工作的性能。
(4)对RPC试件及普通混凝土试件进行相同荷载作用下的ANSYS分析,结果表明活性粉末混凝土试件承受静载的能力比普通混凝土有了很大提高,从另一个角度分析也相应提高了其疲劳强度,即RPC材料具有优越的抗疲劳性能。
(5)为了便于工程应用,结合现有规范,进行一根预应力活性粉末混凝土吊车梁的设计计算,主要进行预应力RPC受弯构件正截面及斜截面的疲劳验算,计算结果表明,此吊车梁的非预应力钢筋、预应力钢筋及混凝土的应力、应力幅均满足设计要求,为实际工程提供了参考。