本文關(guān)鍵詞：基于壓磁效應(yīng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)疲勞性能試驗(yàn)研究

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【摘要】：隨著高強(qiáng)混凝土和高強(qiáng)鋼筋的廣泛使用,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展更趨于輕質(zhì)、高強(qiáng)、大跨,采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)理論導(dǎo)致結(jié)構(gòu)處于高應(yīng)力工作狀態(tài),工作應(yīng)力變幅更加接近疲勞應(yīng)力幅。因此,混凝土結(jié)構(gòu)的疲勞對(duì)其安全性和耐久性的影響愈發(fā)重要。本文基于鋼筋的壓磁效應(yīng),研究了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的疲勞損傷及壓磁信號(hào)的演變規(guī)律。主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:(1)基于彈性階段和考慮塑性變形的Jiles-Atherton磁機(jī)械效應(yīng)模型,根據(jù)變形鋼筋壓磁效應(yīng)的特點(diǎn),提出了考慮初始位錯(cuò)及位錯(cuò)發(fā)展的等效釘扎系數(shù),建立了疲勞前、中期適用于變形鋼筋的Jiles-Atherton模型并進(jìn)行數(shù)值模擬,基于磁偶極子模型分析了疲勞后期宏觀疲勞裂紋的漏磁場(chǎng)對(duì)壓磁信號(hào)的影響。從微觀角度并結(jié)合鋼筋混凝土疲勞壓磁試驗(yàn)結(jié)果證明了將壓磁效應(yīng)應(yīng)用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)疲勞研究的可行性。(2)通過(guò)HRB400鋼筋標(biāo)準(zhǔn)試件的靜力及疲勞-壓磁試驗(yàn),分析了應(yīng)力、應(yīng)變、初始損傷位置、疲勞斷裂位置與壓磁信號(hào)間的關(guān)系,探究循環(huán)荷載作用下鋼筋材料的疲勞性能。試驗(yàn)表明:時(shí)變曲線和滯回曲線等壓磁信號(hào)參數(shù)的演變規(guī)律反映了鋼筋的疲勞損傷發(fā)展規(guī)律;定義了基于壓磁信號(hào)特征點(diǎn)的疲勞損傷變量,損傷發(fā)展符合疲勞三階段規(guī)律,建立了基于壓磁參數(shù)的疲勞失效準(zhǔn)則和壽命預(yù)測(cè)方法。(3)通過(guò)HRB400帶肋鋼筋試件的靜力及疲勞-壓磁試驗(yàn),分析應(yīng)力、應(yīng)變與壓磁信號(hào)問(wèn)的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)由于表面形狀的影響,帶肋鋼筋壓磁信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)試件存在差別,根據(jù)時(shí)變曲線和滯回曲線得到的壓磁信號(hào)特征點(diǎn)、幅值、極值比等隨疲勞進(jìn)程呈三階段變化規(guī)律;基于帶肋鋼筋的等效釘扎系數(shù)的變化規(guī)律提出了變形鋼筋疲勞損傷機(jī)理,疲勞第三階段宏觀裂紋的漏磁場(chǎng)導(dǎo)致壓磁信號(hào)畸變,可以預(yù)警疲勞失效;定義了基于壓磁信號(hào)特征點(diǎn)和壓磁信號(hào)幅值的疲勞損傷變量,建立了帶肋鋼筋的疲勞失效準(zhǔn)則和壽命預(yù)測(cè)方法。(4)通過(guò)研究局部粘結(jié)滑移和研究縫間粘結(jié)滑移的中心拉拔試件和預(yù)設(shè)缺口梁式試件的靜載及循環(huán)加載試驗(yàn),分析粘結(jié)應(yīng)力、滑移量、壓磁信號(hào)之間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)循環(huán)初始階段界面壓磁信號(hào)的變化最為顯著,經(jīng)歷若干循環(huán)后曲線形狀保持穩(wěn)定;兩類試件的壓磁信號(hào)變化規(guī)律均與界面損傷機(jī)理吻合,能夠反映鋼筋與混凝土間粘結(jié)性能退化規(guī)律。(5)通過(guò)鋼筋混凝土梁的常幅疲勞試驗(yàn),分析荷載水平、應(yīng)變、撓度與壓磁信號(hào)間的關(guān)系,試驗(yàn)表明壓磁信號(hào)對(duì)混凝土梁的裂縫開(kāi)展很敏感,壓磁信號(hào)突變反映了裂縫開(kāi)展導(dǎo)致的鋼筋應(yīng)力狀態(tài)改變,尤其是鋼筋混凝土構(gòu)件初裂;根據(jù)時(shí)變曲線和滯回曲線得到的壓磁信號(hào)特征點(diǎn)、幅值等隨疲勞進(jìn)程呈三階段變化規(guī)律,通過(guò)壓磁信號(hào)的畸變可以預(yù)警疲勞失效;比較疲勞前期的法向和切向壓磁信號(hào)幅值能夠初步判斷鋼筋混凝土梁的疲勞失效位置和失效模式。(6)通過(guò)斷口分析和截面狀態(tài)分析提出了鋼筋混凝土梁的疲勞損傷機(jī)理,鋼筋混凝土界面性能退化導(dǎo)致混凝土中鋼筋承受復(fù)雜應(yīng)力和多級(jí)應(yīng)力作用,使其疲勞壽命相比軸拉條件下的鋼筋顯著降低,不同疲勞破壞模式下鋼筋受力狀態(tài)的改變過(guò)程不同;鋼筋的壓磁信號(hào)不僅反映了混凝土梁疲勞裂縫擴(kuò)展導(dǎo)致的鋼筋應(yīng)力重分布過(guò)程和界面退化過(guò)程,還與鋼筋疲勞斷裂位置有關(guān);定義了基于壓磁效應(yīng)參數(shù)的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的疲勞損傷變量并建立了疲勞失效準(zhǔn)則和壽命預(yù)測(cè)方法。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TU375

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