HPC梁疲劳试验国内外研究现状.docx

《HPC梁疲劳试验国内外研究现状.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《HPC梁疲劳试验国内外研究现状.docx（78页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、1章绪论1.1 研究背景与意义1.1.1 研究背景(1)随着青海省经济、人口的增长，交通压力的增大，急需建成轨道交通缓解交通压力，方便出行。(2)西宁地区的高海拔、寒冷干旱大气环境以及地下卤水环境对轨道交通混凝土的使用寿命影响严重，因此展开对轨道梁在卤水腐蚀下的疲劳研究十分必要。(3)随着地铁轨道交通建设中高性能混凝土钢筋构件的广泛应用，许多承载构件都处于高应力以及杂散电流腐蚀状态，使得钢筋混凝土结构的腐蚀及疲劳不容忽视。有效预测疲劳下的裂缝开展规律并建立疲劳寿命预测模型将有助于延长轨道梁的使用寿命。1.1.2 研究意义(1)青海省经济、人口的增长导致交通压力增大，而轨道交通能大量的节省时间和

2、能源，缓解交通压力。(2)青海省环境严酷，对混凝土工程耐久性要求很高，因此建立有效的混凝土疲劳寿命预测曲线方程，更有利于延长轨道交通梁在疲劳下的使用寿命。(3)研究高原地区高性能混凝土的应用，以满足在恶劣环境下抵抗侵蚀的工程要求。从而对“六抗”特性提供理论研究依据，对延长建筑物使用寿命起到示范意义。1.2 HPC梁疲劳试验国内外研究现状1.2.1 HPC国内外研究现状HPC是一种绿色混凝土，它能利用工业废料制作胶凝材料，造价较低，还能达到节省能源、节约材料、减少环境污染的目的。其产品具有强度高、耐久性好、制作简单、能适应热劣的环境等优点，使它成为世界上使用量最大、运用最广泛的建筑产品。HPC是

3、在大幅度提高OPC性能的基础上，以耐久性为主要设计指标，针对不同用途和要求，采用优质的化学和矿物外加剂制作的低水胶比混凝土。其中化学外加剂可改善工作性、降低水胶比、控制混凝土的坍落度损失、提高混凝土的致密性和抗渗性；矿物外加剂可参与水化起到胶凝材料的作用、改善界面的微观结构、填充混凝土内部孔隙。吴中伟认为HPC根据用途的不同，应重点对其耐久性、工作性、体积稳定性和强度等性能予以保证。日本已研制出耐久性长达500年的HPC,是世界上研究HPC较早、水平较高、应用较广的国家之一。加拿大矿产能源研究中心对大掺量粉煤灰混凝土的工作性能、物理力学性能和耐久性进行了系统的研究分析。荷兰研究大掺量矿渣混凝土

4、已有50多年，该国设计的使用寿命100年以上的海工结构大多数都采用了大掺量矿渣微粉混凝土。包乃文网等的研究表明：采用优化配制的复掺优质粉煤灰和矿渣微粉的HPC抗杂散电流腐蚀能力比同水胶比基准混凝土提高68倍。江涛等的研究表明：在相同应力下，随着粉煤灰掺量的增大，抗压强度逐渐减小，渗透深度先减小后增大；拉应力能降低HPC的抗氯离子侵蚀性能，压应力能提高HPC的抗氯离子侵蚀能力。冯乃谦冈等通过对多功能的HPC的研究，试图从根本上改变混凝土的施工工艺，取得了一系列研究成果。秦中伏等通过对再生骨料混凝土(RAC)工程实践、材料性能、构件性能的分析，认为其技术上可行且经济效益显著。陈宝春I等通过对UHP

5、C的材料制备技术、超高性能机理、材料性能等的阐述，提出了UHPC在分析方法、测试方法、工程应用及创新上的研究方向。张颖皿通过对自密实混凝土的研究现状、应用进展、存在问题及3个典型案例的分析指出，它是绿色混凝土和高性能混凝土的主要实现形式，并证实了它的优越性能和良好的应用效果。针对特定工程环境、使用寿命、结构要求、经济环保理念等，研究人员研究出了满足各类环境条件的HPC,这在很大程度上推动了HPC的发展，并纠正了HPC是普适混凝土的概念。如今，随着人们环保理念的加强，为了推动再生骨料的应用和发展，张学元【等对再生骨料高性能混凝土进行了一系列研究，以改善再生骨料的缺陷，取得了一系列研究成果。1.2

6、.2 杂散电流对钢筋混凝土的腐蚀国内外研究现状国外从20世纪30年代开始重视和研究混凝土的耐久性，开始的比较早，国内从20世纪60年代初才开始对钢筋锈蚀进行研究。1979年北京地铁科研所网通过大规模的实地调查，证实了杂散电流的存在性及危险性，从而引起了研究人员的广泛关注，之后便开始有大量研究人员展开杂散电流对钢筋混凝土腐蚀的研究。杜应吉I川等的研究表明：矿物掺合料对杂散电流的有一定的抑制作用，并对杂散电流的防护提出了很多的建议。吴熊I则深入研究了杂散电流对混凝土性能的影响，得出了杂散电流导致的钢筋锈蚀膨胀会使混凝土强度降低的结论。于松伟I认为杂散电流的防护，现在的主流设计思想是“以防为主，以排

7、为辅，防排结合，加强监测”。干伟忠I等则深入的分析了杂散电流引起的钢筋混凝土构件的腐蚀对构件物理力学性能的影响。张二猛I网的研究表明：在侵蚀离子作用下，单一氯离子作用比氯离子与硫酸根离子复合状况下的侵蚀更为严重；在同一组试验里，阴极部位的钢筋较阳极部位更容易发生锈蚀。陈迅捷说等的研究表明：在氯盐一杂散电流双重因素腐蚀作用下，氯盐能加速杂散电流对钢筋混凝土构件的腐蚀；在冻融一氯盐一杂散电流的多因素作用环境下，杂散电流能加速构件的冻融破坏。王凯等的研究表明：在氯离子与杂散电流耦合作用时.，杂散电流能加快氯离子向混凝土中的传输速率，速率越大，钢筋腐蚀破坏越明显。SMura1idharai”等通过对土

8、壤中金属构件受交流杂散电流、直流杂散电流腐蚀的研究认为：金属构件在交流杂散电流下的腐蚀作用比直流杂散电流下小得多。ZGChen22等对上海地铁线路附近的埋地天然气管线进行现场测试，发现管地电位被扰动达到2(X)mV,土壤电位梯度也达到了62mVm,已远超我国相关规范的规定。SSrikanth网等的研究发现，土壤表面的电位梯度和管地电位差在不同的位置测量的结果随时间变化，说明了杂散电流的腐蚀是管线迅速失效的主要原因。K.Zakowski、J.Fitzgera1d、Q.ZhuP,W等通过现场试验验证了杂散电流对管线某些区域的强烈腐蚀作用，并详细的分析了腐蚀机理。董志君口叫等对深圳地铁系统进行现场实

9、测试验表明：杂散电流是由于走形轨纵向电阻和轨一地过渡电阻发生劣化而产生。杂散电流的腐烛防护主要分为防、排、测三个方面。目前我国在研究如何提高轨地绝缘的措施、排流网的设置及监测系统方面已经有了很大的进展，并应用于工程中，如青岛蓝色硅谷轨道交通快线工程、上海轨道交通明珠线、天津地铁一号线等等。1.2.3 混凝土梁疲劳试验研究国内外研究现状为防止混凝土构件或结构在承受反复荷载下的破坏而导致的经济损失及灾难后果，国内为学者展开了深入的研究，并取得了令人瞩目的研究成果，对各类工程提供了可靠的数据支撑。但针对HPC的疲劳研究还相对较少。赵国藩1999年在书中就提到，构件在疲劳时刚度降低是梁挠度逐渐增大的主

10、要原因。而构件刚度降低的主要原因有12也(1)疲劳荷载作用下，受拉区混凝土疲裂以及钢筋与混凝土之间粘结的逐渐破坏；(2)受压区混凝土在疲劳荷载作用下动力徐变的逐渐增加；(3)在疲劳荷载作用下，钢筋周期应变软化以及在疲劳过程中其截面的不断削弱。孙晓东刎等在混凝土梁的疲劳试验中重点分析了主筋锈蚀与混凝土梁疲劳性能的关系。董福星网等的研究表明：在疲劳荷载下，混凝土变形逐渐增大，材料性能逐渐劣化，疲劳损伤不断积累。陈梦成阳等认为在相同应力水平下，氯盐、杂散电流等单因素状况对钢筋混凝土构件存在不同程度的损伤，相对于空气状态下疲劳构件都有较显著的提高，且在氯盐和杂散电流耦合下构件损伤最为显著。吴瑾网等根据

11、试验结果及收集的国内外26组试验数据，回归出了95%保证率的锈蚀钢筋混凝土梁S-N曲线，并提出了疲劳荷载下锈蚀钢筋混凝土梁跨中挠度计算方法。朱红兵网对T形梁的疲劳试验中得出了疲劳损伤的3阶段规律，并拟合出了T梁的S-N曲线。孙俊祖M等的研究表明：在疲劳荷载作用下，试验梁开裂后随疲劳循环次数的增加跨中挠度的变化具有明显的两阶段特征，即缓慢增大并趋于稳定；与之相应的刚度变化同样具有两阶段的变化特征，即缓慢减小并趋于稳定。李进洲所等的研究表明：疲劳上限值越大，其刚度退化越明显，接近线性衰减；疲劳上限值的越低，刚度衰减会相对稳定。袁迎曙R-38、赵羽习网等的研究表明，钢筋锈蚀导致混凝土结构劣化的原因有

12、3种：（1）由于钢筋锈蚀使钢筋有效截面减小、钢筋与混凝土粘结力下降,从而降低了结构的承载能力；（2）由于钢筋锈蚀体积膨胀，使得混凝土产生顺筋胀裂，从而降低了结构的刚度，增大了变形；（3）由钢筋锈蚀在混凝土中产生相当大的拉应力，使混凝土承受双向或三向的应力。李士彬网1等通过对8根锈蚀梁的高周疲劳试验，认为随循环次数增加，试件中锈蚀主筋的最大应力、最小应力不断增长，应力幅值基本不变；而试件底面混凝土最大、最小压应变快速增长，应变幅值平稳增长。李进洲町的研究认为，在腐蚀环境下，梁底普通钢筋锈蚀后，锈蚀率越大疲劳寿命越短；预应力混凝土梁中非预应力筋对疲劳抗裂作用明显。肖建庄M等通过对再生混凝土的弯折疲

13、劳性能的研究，认为再生混凝土梁弯折疲劳S-N曲线呈单对数直线关系，并且在高应力水平疲劳荷载下，梁的疲劳寿命较低，在低应力水平下，梁的疲劳寿命较高。肖建庄143等的研究表明HPC梁的抗弯刚度会随着疲劳作用次数的增加而减小，但减小的趋势变缓，而剩余刚度也大于相同配筋的OPC梁，说明HPC梁的抗弯疲劳性能更好。龚雪芬网的研究认为，当粉煤灰掺量在25%范围内时，预应力粉煤灰高性能混凝土梁的疲劳受力性能相对OPe梁有所提高，可以替代OPC应用于铁路工程。郑山锁M等的研究表明：型钢高强高性能混凝土梁的受力破坏过程与普通型钢混凝土梁类似，均分为初裂、裂缝开展和破坏3个阶段。M.OyadOH61等做了钢筋混凝

14、土梁的加速腐蚀损坏疲劳试验，详细的分析了梁的疲劳破坏特征。SobhyMasoud阳等展开了对不同锈蚀率的钢筋混凝土梁的疲劳试验，对疲劳试验结果进行了系统分析。APOSto1op。Uk)SI48叫等进行了锈蚀钢筋的低周疲劳试验研窕，研究指出锈蚀钢筋的低周疲劳性能与锈蚀率的关系非常密切，在低周循环荷载作用下，锈蚀钢筋的耗能能力逐渐减小，并且随着锈蚀率的增大，疲劳寿命缩短。NakamUM5。-5”等研究了腐蚀钢丝及钢绞线的疲劳性能，并对其腐蚀机理进行了分析。Mohammad阳53等则研究了锈蚀钢筋的拉一压低周疲劳性能分析了锈蚀率与疲劳应力之间的关系、锈蚀率对疲劳性能的影响等。1.2.4 目前研究存在

15、的问题及解决方法(1)在HPC的原材料方面，我国水泥质量不稳定，离散性大；在骨料方面,粗骨料质量低劣，含泥量大，级配较差，细骨料细度模数不合要求；在外加剂和外掺料的选择上，尚缺乏充分的适用性的研究。(2)由于实验中使用高性能混凝土试件，其耐久性强于OPC,所以腐蚀周期，疲劳加载周期会较长。(3)试验过程中，混凝土应变片容易破坏，会导致钢筋混凝土梁未疲劳破坏就采集不到数据。(4)在试验中由于人为影响、机器精度及试验环境与实际环境不同等原因，会使采集的数据产生误差，影响试验的可靠度。解决方法：参考、借鉴西宁火车站相关的研究数据，并加以修善；利用大量时间来完成试验；在梁两侧增加应变片数量；尽量人为控

16、制，减小误差。1.3 研究的内容、方法及创新1.3.1主要研究内容本文以西宁轨道交通工程混凝土结构关键技术研究及示范(2013-G-Q06A)项目的子课题为依托，采用试验研究及理论分析相结合的方式，研究内容主要包含如下几个方面。13.1.1 对无腐蚀梁的静力性能及疲劳破坏特征进行研究分析(1)研究不同配合比的HPC矩形梁和T形梁在静力载荷下的承载力大小及挠度、裂缝宽度、混凝土应变、钢筋应变等的变化情况。(2)研究在同一应力比下的HPC矩形梁的疲劳寿命及在累积疲劳循环次数下挠度、裂缝宽度、钢筋应变、混凝土应变变化规律。(3)验证T形梁在静载和疲劳荷载下的平截面假定，并研究在同一应力比下不同配合比的T形梁的疲劳寿命及在累积疲劳循环次数下挠度、裂缝