基于压磁效应的钢筋混凝土结构疲劳性能试验研究

发布时间：2017-12-18 09:24

  本文关键词：基于压磁效应的钢筋混凝土结构疲劳性能试验研究

  更多相关文章： 压磁效应 时变曲线 滞回曲线 钢筋 钢筋混凝土界面 钢筋混凝土结构 疲劳损伤 寿命预测

【摘要】：随着高强混凝土和高强钢筋的广泛使用,钢筋混凝土结构的发展更趋于轻质、高强、大跨,采用极限状态设计理论导致结构处于高应力工作状态,工作应力变幅更加接近疲劳应力幅。因此,混凝土结构的疲劳对其安全性和耐久性的影响愈发重要。本文基于钢筋的压磁效应,研究了钢筋混凝土结构的疲劳损伤及压磁信号的演变规律。主要内容包括以下几个方面:(1)基于弹性阶段和考虑塑性变形的Jiles-Atherton磁机械效应模型,根据变形钢筋压磁效应的特点,提出了考虑初始位错及位错发展的等效钉扎系数,建立了疲劳前、中期适用于变形钢筋的Jiles-Atherton模型并进行数值模拟,基于磁偶极子模型分析了疲劳后期宏观疲劳裂纹的漏磁场对压磁信号的影响。从微观角度并结合钢筋混凝土疲劳压磁试验结果证明了将压磁效应应用于钢筋混凝土结构疲劳研究的可行性。(2)通过HRB400钢筋标准试件的静力及疲劳-压磁试验,分析了应力、应变、初始损伤位置、疲劳断裂位置与压磁信号间的关系,探究循环荷载作用下钢筋材料的疲劳性能。试验表明:时变曲线和滞回曲线等压磁信号参数的演变规律反映了钢筋的疲劳损伤发展规律;定义了基于压磁信号特征点的疲劳损伤变量,损伤发展符合疲劳三阶段规律,建立了基于压磁参数的疲劳失效准则和寿命预测方法。(3)通过HRB400带肋钢筋试件的静力及疲劳-压磁试验,分析应力、应变与压磁信号问的关系,发现由于表面形状的影响,带肋钢筋压磁信号与标准试件存在差别,根据时变曲线和滞回曲线得到的压磁信号特征点、幅值、极值比等随疲劳进程呈三阶段变化规律;基于带肋钢筋的等效钉扎系数的变化规律提出了变形钢筋疲劳损伤机理,疲劳第三阶段宏观裂纹的漏磁场导致压磁信号畸变,可以预警疲劳失效;定义了基于压磁信号特征点和压磁信号幅值的疲劳损伤变量,建立了带肋钢筋的疲劳失效准则和寿命预测方法。(4)通过研究局部粘结滑移和研究缝间粘结滑移的中心拉拔试件和预设缺口梁式试件的静载及循环加载试验,分析粘结应力、滑移量、压磁信号之间的关系,发现循环初始阶段界面压磁信号的变化最为显著,经历若干循环后曲线形状保持稳定;两类试件的压磁信号变化规律均与界面损伤机理吻合,能够反映钢筋与混凝土间粘结性能退化规律。(5)通过钢筋混凝土梁的常幅疲劳试验,分析荷载水平、应变、挠度与压磁信号间的关系,试验表明压磁信号对混凝土梁的裂缝开展很敏感,压磁信号突变反映了裂缝开展导致的钢筋应力状态改变,尤其是钢筋混凝土构件初裂;根据时变曲线和滞回曲线得到的压磁信号特征点、幅值等随疲劳进程呈三阶段变化规律,通过压磁信号的畸变可以预警疲劳失效;比较疲劳前期的法向和切向压磁信号幅值能够初步判断钢筋混凝土梁的疲劳失效位置和失效模式。(6)通过断口分析和截面状态分析提出了钢筋混凝土梁的疲劳损伤机理,钢筋混凝土界面性能退化导致混凝土中钢筋承受复杂应力和多级应力作用,使其疲劳寿命相比轴拉条件下的钢筋显著降低,不同疲劳破坏模式下钢筋受力状态的改变过程不同;钢筋的压磁信号不仅反映了混凝土梁疲劳裂缝扩展导致的钢筋应力重分布过程和界面退化过程,还与钢筋疲劳断裂位置有关;定义了基于压磁效应参数的钢筋混凝土受弯构件的疲劳损伤变量并建立了疲劳失效准则和寿命预测方法。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU375

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本文编号：1303648