老化钢筋混凝土梁桥疲劳寿命评估方法

我国混凝土桥梁占桥梁总数的90%以上，反复车辆荷载和不利环境影响下桥梁腐蚀疲劳损伤问题日益突出。本书针对腐蚀疲劳导致的材料复合损伤机理，对准确预测混凝土桥梁的寿命这一问题，开展了系统试验和理论研究。通过开展不同环境和不同应力比下的钢筋疲劳裂纹扩展试验，揭示材料疲劳断裂失效机理；通过研究腐蚀水平和应力幅值对混凝土梁抗弯刚度、疲劳寿命和失效模式的影响，建立老化混凝土梁疲劳抗弯刚度计算模型；提出坑蚀和疲劳耦合作用建模方法，考虑钢筋与混凝土间粘结性退化、外界环境变化等不确定性因素，提出基于等效初始裂纹增长的老化混凝土桥梁疲劳寿命评估方法。 本书可供桥梁管理及科研技术人员使用，也可作为桥梁工程方向研究生的教材。

第1章 绪论 1 1.1 研究意义 1 1.2 国内外研究现状 3 1.2.1 腐蚀钢筋静力和疲劳性能 3 1.2.2 疲劳裂纹扩展机理 4 1.2.3 腐蚀疲劳裂纹扩展机理 7 1.2.4 腐蚀混凝土梁疲劳性能退化 9 1.2.5 腐蚀疲劳寿命评估方法 10 1.3 已有研究的局限性 11 1.4 本书内容体系 12 第2章 钢筋疲劳裂纹扩展试验 14 2.1 疲劳裂纹扩展试验 15 2.1.1 试件设计 15 2.1.2 试验过程 16 2.2 材料微观试验 21 2.2.1 制备断口样品 21 2.2.2 制备金相样品 21 2.2.3 选取观察点 22 2.3 疲劳裂纹扩展性能退化规律 23 2.3.1 材料微观结构特点 23 2.3.2 疲劳裂纹扩展速率 23 2.3.3 疲劳断口形貌 29 2.3.4 疲劳裂纹扩展路径 33 2.4 小结 36 第3章 钢筋腐蚀疲劳裂纹扩展试验 37 3.1 腐蚀疲劳裂纹扩展试验 38 3.1.1 试件设计 38 3.1.2 腐蚀环境设计 39 3.1.3 腐蚀疲劳试验过程 39 3.2 腐蚀疲劳裂纹扩展规律 40 3.2.1 疲劳裂纹扩展门槛值 40 3.2.2 腐蚀疲劳裂纹扩展速率 42 3.2.3 腐蚀疲劳裂纹扩展路径 46 3.2.4 腐蚀疲劳断口形貌 48 3.3 腐蚀疲劳耦合作用机理 52 3.4 小结 56 第4章 腐蚀RC梁疲劳后抗弯刚度退化试验与计算方法 58 4.1 腐蚀RC梁疲劳性能试验 59 4.1.1 试件设计 59 4.1.2 快速腐蚀试验 59 4.1.3 加载过程 60 4.1.4 静力拉伸试验 61 4.2 腐蚀RC梁疲劳后抗弯性能退化规律 62 4.2.1 锈胀裂缝 62 4.2.2 疲劳后荷载挠度关系 63 4.2.3 疲劳荷载下混凝土裂缝发展 65 4.2.4 失效模式和疲劳寿命 66 4.2.5 疲劳后腐蚀钢筋应力应变曲线 68 4.3 腐蚀RC梁疲劳后抗弯刚度计算模型 69 4.4 小结 73 第5章 考虑空间效应的腐蚀钢筋疲劳后本构关系模型 74 5.1 试验介绍 75 5.1.1 试件设计 75 5.1.2 加速腐蚀试验和加载过程 76 5.1.3 破坏形式 77 5.2 疲劳后钢筋本构关系 79 5.2.1 钢筋应力应变曲线 79 5.2.2 本构关系模型及验证 82 5.3 小结 87 第6章 腐蚀RC梁疲劳寿命高效分析方法 88 6.1 总体分析框架 89 6.2 疲劳裂纹增长分析方法 90 6.3 构件腐蚀疲劳寿命计算模型 92 6.3.1 均匀腐蚀和局部腐蚀 92 6.3.2 腐蚀影响下钢筋疲劳裂纹发展 94 6.3.3 腐蚀RC梁内钢筋应力 96 6.3.4 实例分析 96 6.4 腐蚀疲劳寿命预测的反一次二阶矩法 102 6.5 小结 107 第7章 坑蚀与疲劳耦合作用下RC桥梁寿命评估 108 7.1 腐蚀疲劳耦合模型 109 7.1.1 腐蚀初始和蚀坑增长模型 109 7.1.2 疲劳裂纹表征模型 111 7.1.3 蚀坑与疲劳裂纹增长 113 7.1.4 确定结构失效模式 115 7.2 RC梁寿命评估模型 118 7.3 结果与讨论 120 7.3.1 蚀坑与疲劳裂纹的竞争阶段时间 120 7.3.2 RC梁失效阶段 122 7.3.3 RC梁腐蚀疲劳寿命 123 7.4 小结 125 第8章 钢筋与混凝土间粘结退化影响下RC梁疲劳寿命评估 127 8.1 腐蚀RC梁疲劳性能退化过程 128 8.2 考虑粘结退化的RC梁疲劳损伤分析 129 8.2.1 混凝土疲劳损伤 129 8.2.2 腐蚀钢筋与混凝土间疲劳粘结退化 130 8.2.3 腐蚀影响下钢筋疲劳裂纹增长 138 8.3 模型计算流程 141 8.4 模型验证 143 8.5 小结 146 第9章 季节性腐蚀疲劳作用下RC桥梁寿命评估 148 9.1 腐蚀疲劳寿命预测框架 149 9.1.1 腐蚀初始纯疲劳裂纹发展阶段 150 9.1.2 季节变化影响下蚀坑与裂纹竞争阶段 151 9.1.3 结构失效阶段 158 9.2 计算案例分析 161 9.2.1 基本概况 161 9.2.2 腐蚀初始和纯疲劳裂纹增长 163 9.2.3 蚀坑与裂纹之间竞争阶段时间 165 9.2.4 结构失效与腐蚀疲劳寿命 166 9.3 影响参数分析 168 9.3.1 应力集中的影响 168 9.3.2 混凝土锈胀开裂的影响 170 9.3.3 环境变化的影响 172 9.4 小结 173 参考文献 174