【摘 要】
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近年来,随着桥梁服役年限的不断延长,许多在役预应力混凝土桥梁由于环境腐蚀、养护不当等原因,暴露出预应力钢绞线和普通钢筋的腐蚀问题;在车辆荷载的循环往复作用下,对预应力混凝土桥梁结构造成严重的锈蚀疲劳损伤,导致其疲劳问题十分突出。然而,目前国内外针对锈蚀预应力钢绞线以及考虑锈蚀影响的预应力混凝土T梁的疲劳性能研究还较少。本文针对公路部分预应力混凝土T梁,综合采用疲劳试验和有限元仿真分析方法,探讨了钢
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近年来,随着桥梁服役年限的不断延长,许多在役预应力混凝土桥梁由于环境腐蚀、养护不当等原因,暴露出预应力钢绞线和普通钢筋的腐蚀问题;在车辆荷载的循环往复作用下,对预应力混凝土桥梁结构造成严重的锈蚀疲劳损伤,导致其疲劳问题十分突出。然而,目前国内外针对锈蚀预应力钢绞线以及考虑锈蚀影响的预应力混凝土T梁的疲劳性能研究还较少。本文针对公路部分预应力混凝土T梁,综合采用疲劳试验和有限元仿真分析方法,探讨了钢绞线锈蚀率和应力幅对其疲劳性能的影响规律。本文的主要工作和结论如下:(1)采用电化学方法对预应力钢绞线进行人工加速腐蚀,对锈蚀后的23个钢绞线试件进行等幅疲劳加载,研究了锈蚀率和应力幅对其疲劳性能的影响规律。结果表明,在相同的锈蚀率下,锈蚀钢绞线的疲劳寿命与应力幅在双对数坐标系里近似呈线性关系;在相同的应力幅下,钢绞线的疲劳寿命与锈蚀率近似呈指数衰减关系。(2)根据相似理论,设计制作了4个特定钢绞线锈蚀率的部分预应力混凝土T梁试件;通过四点弯曲等幅疲劳加载试验,研究了疲劳荷载幅值变化对其疲劳性能的影响。结果表明,钢绞线锈蚀情况下部分预应力混凝土T梁试件的疲劳破坏特征为脆性破坏,而且疲劳荷载幅值越大,脆性破坏特征越明显。(3)采用ANSYS软件,建立了钢绞线锈蚀情况下部分预应力混凝土T梁试件的有限元仿真分析模型,并利用静载及疲劳试验结果对模型进行了验证。结果表明,有限元仿真分析结果与疲劳试验结果误差均小于20%,但两者反应的规律基本相同。(4)参数分析结果表明,钢绞线锈蚀率和疲劳荷载幅值对部分预应力混凝土T梁的疲劳性能有着显著的影响:相同疲劳荷载幅值下,锈蚀率越大,跨中截面的最大挠度以及钢绞线和混凝土的应变越大,疲劳寿命越小;相同锈蚀率下,疲劳荷载幅值越大,跨中截面的最大挠度以及钢绞线和混凝土的应变也越大,而且疲劳寿命显著降低。(5)通过回归分析,建立了未锈蚀及钢绞线锈蚀情况下部分预应力混凝土T梁疲劳寿命的预测公式,计算值与模拟值吻合较好。(6)分别对试验结果和模拟结果进行回归分析,建立了钢绞线锈蚀率范围为5%~10%部分预应力T梁疲劳寿命经验公式,并将二者的结果进行对比,相对误差最大为36.7%,可以为实际工程提供一定的参考价值。
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