冻融后预应力混凝土结构疲劳的可靠度方法1

预应力混凝土结构的冻融后的疲劳可靠度研究摘要：本文考虑了可靠度理，以疲劳循环次数作为变量，同时变量中含有预应力结构的预应力度和冻融的影响，在已有的实验数据下，以修正系数为依托，得到相应的疲劳损坏概率表达式。该公式能够预测已知条件下的疲劳寿命，并可以根据不同的预应力条件、冻融条件以及运行使用时间、荷载的往返频率等指标求得相应的可靠度。关键词：预应力混凝土结构冻融疲劳可靠性中图分类号：TU528文献标识码：A文章编号：1概述现代预应力混凝土结构是我国水利和交通工程中应用最为广泛和最具潜力的一种结构。而在实际的工程结构，如预应力桥梁和吊车梁、海洋平台等，还承受了频繁的疲劳荷载，并且随着结构服役年限的增长，这些结构在交变荷载作用下相继发生疲劳失效事故[1,2]。因此这些结构在按极限状态设计法进行静态设计的同时，还要验算其在反复荷载下抗疲劳的能力[3,4]，以及它们的疲劳可靠性也需要进行验算。结构疲劳破坏与静态性能一样，在一定次数作用下结构破坏与否，是一个不确定的事件。所以结构的疲劳性能可以用概率的方法加以计算[5,6,7]。2影响系数的实验分析2.1实验介绍及数据此次试验是江苏大学所做，试件共包括长度为515㎜，横截面为100×100的混凝土梁15根，构件分有预应力混凝土和普通混凝土两类。混凝土试验梁强度等级C80，采用普通硅酸盐水泥，水泥标号为425，粗骨料采用玄武岩碎石，最大粒径10㎜，细骨料为河沙。减水剂采用江苏建科院JM系列高效FDN减水剂。混凝土配合比采用水泥：石子：砂：水＝415：1170：710：145。固定砂率0.38，减水剂用量0.7％。在疲劳试验前先对试验梁分别冻融25、50、75次之后在进行疲劳试验。冻融试验采用的快冻法按照GBJ82－85来执行，试验仪器如图1。静载和疲劳试验都是在如图4-a所示的PWS-100B电液伺服动静万能试验机上进行的，采用三分点法加载，加载示意图如图3-b所示。试验采用计算机控制并采集荷载、试件梁纵向受拉钢筋应变和试件梁动弹性模量等，然后在利用YE6261B多通道动态应变仪接受信号，并通过计算机进行数据处理，得到试验梁的钢筋应力等。按上述方法在疲劳试验机上对12根构件进行低周疲劳破坏试验，在试验过程中计算机按200HZ间隔采集应变信号，并在1万次、2万次、5万次、10万次、20万次……时候停机测量动弹性模量。得到不同预应力张拉水平下相对动弹性模量随着疲劳循环次数变化的数据。2.2考虑冻融和预应力作用的系数m、k由冻融破坏的混凝土原理可知，疲劳前的冻融循环冰水在混凝土内部的毛细孔中产生膨胀力，从因膨胀力而产生很多裂缝，当裂缝会显著降低混凝土的性能时，可以认为冻融的结构有了预损伤。预应力可以使微裂缝愈合，提高混凝土的性能，此时采用预应力度来论证预应力影响[8]：maxrSf(36)上式中max表示应力最大值；f表示钢筋混凝土的弯拉强度。根据数据试验得到Jsu-1、Jsu-6、Jsu-7分别在各自破坏时的相对动弹模的数值；再将该数值值与动弹模损伤值相比较，根据相关数据的意义，添加冻融和预应力系数，得到以下损伤的数学模型：-5221.930.11+0.55+4.12101.87mNSNS(37)通过对冻次数0~75次冻融次数的试验数值分析，使无冻融损伤的构件破坏概率，近似等于有预损伤的结构破坏概率，同样考虑冻融次数和预应力度，通过数据拟合可以得到损伤次数度k的方程：4221.8541033.250.26kSNSNS(38)3结论（1）低次数冻融后的疲劳次数下的预应力混凝土结构在相对于高次数情况，所拥有的可靠度变化规律并不明显，同时因为我们所用的结构采用了预应力和高性能混凝土，所以低冻融次数的影响基本忽略；但是若在高冻融次数下，表现出比较明显的三阶段曲线关系；（2）已有的可靠度公式进行了改进，使二维概率靠近一维概率，使计算式得到了简化，模型中考虑预应力度和冻融次数，较为科学，但还应通过实验继续完善；（3）等幅疲劳试验与实际工作的变幅疲劳有不同点，且试验数据缺乏，该类型试验数据离散性和可靠性较大还需更大量的试验进行验证。参考文献：1WilliamG.bytes，MarkJ.Marley.Fatiguereliabilityreassessmentapplications:state-of-the-artpaper[J].JournalofStructuralEngineering,March，1997，123(3):271-2762ThomasKasper,CarolaEdvardsen,GertWittneben,DieterNeumann.LiningdesignforthedistrictheatingtunnelinCopenhagenwithsteelfibrereinforcedconcretesegments[J].TunnellingandUndergroundSpaceTechnology，2008,23(5):574-5873中华人民共和国国家标准.GB50010-2002混凝土结构设计规范.北京：中国建筑工业出版社，20024ISO2394.Generalprinciplesonreliabilityforstructures[s].19985贡金鑫，赵国藩.腐蚀环境下钢筋混凝土结构疲劳可靠度的分析方法[J].土木工程学报，2000，33（6）：50~566赵尚传，赵国藩，贡金鑫.在役钢筋混凝土结构及与可靠性的疲劳寿命分析[J].工程力学，2002，19（4）：7~117N.Foundoukos，M.Xie，J.C.Chapman.Fatiguetestsonsteel–concrete–steelsandwichcomponentsandbeams[J].JournalofConstructionalSteelResearch，2007，63（7）:922-9408刘荣桂，陆春华等.现代预应力结构耐久性模型研究[J].工业建筑，2004，34(4):69-72