预应力混凝土桥梁腐蚀疲劳寿命预测方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109030333A(43)申请公布日2018.12.18(21)申请号201810977815.3(22)申请日2018.08.27(71)申请人长沙理工大学地址410014湖南省长沙市雨花区万家丽南路二段960号(72)发明人马亚飞苏小超王磊张建仁郭忠照(74)专利代理机构长沙正奇专利事务所有限责任公司43113代理人马强王娟(51)Int.Cl.G01N17/00(2006.01)G01N3/32(2006.01)权利要求书3页说明书9页附图2页(54)发明名称预应力混凝土桥梁腐蚀疲劳寿命预测方法(57)摘要本发明公开了一种预应力混凝土桥梁腐蚀疲劳寿命预测方法，将钢绞线的应力分为三部分：剩余有效预加力引起的拉应力、疲劳荷载引起的弹性应力和受压区混凝土塑性变形引起的应力。通过预测钢绞线锈蚀水平得到结构剩余预加力；引入应力集中因子来考虑坑蚀引起的应力集中影响，提出了腐蚀和疲劳共同作用下钢绞线弹性应力增长模型；以钢绞线截面损失作为疲劳损伤参量，考虑疲劳后混凝土弹性模量退化，建立了钢绞线塑性应力增长模型；明确了混凝土、钢绞线和普通钢筋的失效准则，形成了一整套腐蚀环境和疲劳荷载作用下预应力混凝土桥梁寿命分析方法。本发明预测方法合理，适用性强，可为服役预应力混凝土桥梁的安全评定提供支持。CN109030333ACN109030333A权利要求书1/3页1.一种预应力混凝土桥梁腐蚀疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)计算疲劳荷载下受压区混凝土的应变和混凝土弹性模量；2)采用锈蚀电流密度表征钢绞线的锈蚀速率，预测钢绞线的锈蚀损失，由此计算钢绞线剩余有效预加力；根据变形协调条件，考虑混凝土弹性模量退化，融入坑蚀导致的应力集中对钢绞线应变增长的影响，计算疲劳荷载引起的钢绞线弹性应变；考虑受压区混凝土塑性应变对钢绞线应变的影响，计算钢绞线塑性应变，得到锈蚀和疲劳共同作用下钢绞线应力；3)考虑钢绞线张拉锚固后对受拉区普通钢筋预压力的影响，得到受拉区普通钢筋初始应力；计算疲劳荷载作用下受拉区普通钢筋弹性应力；考虑受压区混凝土塑性应变对受拉区钢筋应变的影响，计算钢筋塑性应力，得到锈蚀和疲劳共同作用下受拉区钢筋总应力；4)随疲劳荷载次数的增加，对混凝土、受拉区钢筋、钢绞线的应力-应变进行实时计算，结合混凝土、普通钢筋、钢绞线应力-应变增长关系模型和失效准则，判定结构失效模式，对结构疲劳寿命做出评价。2.根据权利要求1所述的预应力混凝土桥梁腐蚀疲劳寿命预测方法，其特征在于，步骤1)的具体实现过程包括：1)计算受压区混凝土顶部的弹性应变其中，和分别为经历n-1次疲劳后的混凝土弹性模量和钢绞线有效张拉力引起的弯矩效应；xn和分别为n次疲劳后车辆荷载引起的截面弯矩效应、受压区高度和开裂截面惯性矩；2)计算n次疲劳后受压区混凝土顶部应力相关系数αr,n：其中，和分别为n次疲劳后受压区混凝土顶部的最大弹性应力和最小弹性应力，分别为的最大值和最小值；受压区混凝土顶部的累积塑性应变为：为混凝土轴心抗压强度初始实测值；为混凝土弹性模量初始实测值；ni为第i级疲劳荷载作用次数；αr,i为i次疲劳后受压区混凝土顶部应力相关系数；3)计算n次疲劳后混凝土的弹性模量：；为n次疲劳荷载后混凝土弹性模量；β为修正系数。2CN109030333A权利要求书2/3页3.根据权利要求2所述的预应力混凝土桥梁腐蚀疲劳寿命预测方法，其特征在于，混凝土等级为C20～C50时，β＝0.61，混凝土等级为C60～C70时，β＝0.875。4.根据权利要求2所述的预应力混凝土桥梁腐蚀疲劳寿命预测方法，其特征在于，表示为：；其中，b为截面宽度；yn为n次疲劳后开裂截面中性轴与混凝土受压区边缘的距离；hs、hp和a′s分别为受拉区普通钢筋、钢绞线和受压区普通钢筋的截面重心至混凝土受压区边缘的距离；和分别为n次疲劳后，钢绞线与混凝土弹性模量比值、普通钢筋与混凝土弹性模量的比值；和分别为钢绞线、受拉区普通钢筋和受压区普通钢筋有效剩余面积。5.根据权利要求1所述的预应力混凝土桥梁腐蚀疲劳寿命预测方法，其特征在于，步骤2)中，锈蚀和疲劳共同作用下钢绞线应力其中，为t时刻剩余有效预加力引起的钢绞线拉应力；为疲劳荷载引起的钢绞线弹性应力；为受压区混凝土塑性变形引起的钢绞线塑性应力。6.根据权利要求5所述的预应力混凝土桥梁腐蚀疲劳寿命预测方法，其特征在于，经历n次疲劳数后钢绞线剩余有效面积Nk-1为第k-1次疲劳时钢绞线应力幅所对应的钢绞线S-N曲线中的寿命值；kt为锈坑引起的应力集中系数；EP为未锈钢绞线的弹性模量；Ap为钢绞线初始截面积；为第K-1次疲劳后钢绞线有效剩余截面积；hp为受拉区普通钢筋和钢绞线合力点至截面受压区