型鋼混凝土梁疲勞性能與損傷機理及設計理論研究

《型鋼混凝土梁疲勞性能與損傷機理及設計理論研究》是依託同濟大學，由童樂為擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：型鋼混凝土梁疲勞性能與損傷機理及設計理論研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：童樂為
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

研究型鋼混凝土（SRC）梁高周疲勞性能與損傷機理及設計理論既是這種新型鋼-混凝土組合結構更廣闊套用場合和條件下的耐久性需要，也是結構工程學科基礎理論發展的要求。研究內容和關鍵的科學問題是：（1）SRC梁高周疲勞全過程的性能與機理，SRC梁中型鋼、鋼筋、混凝土、栓釘剪力件等各組成部分的相互聯繫與效應，與型鋼樑、鋼筋混凝土梁等其它梁疲勞性能上的異、同性；（2）SRC梁各組成部分的疲勞裂紋形成、擴展規律與機制，疲勞裂紋擴展模型的數值化計算理論與方法；（3）SRC梁疲勞強度設計理論與準則。本項目改變以往結構疲勞完全依賴試驗、數理統計回歸的研究方法，遵循輔助適量試驗、強化分析預測的學術思想，特彆強調套用斷裂力學原理與數值模型的分析方法去揭示SRC梁疲勞性能的機理和參數效應，獲得循環應力、疲勞裂紋尺度、壽命三者之間的內在關係，發展鋼－混凝土組合結構疲勞學科的理論分析水平。

結題摘要

本課題的主要研究內容和關鍵科學問題是：（1）H型鋼-鋼筋混凝(SRC)梁循環受彎過程的疲勞性能與機理，SRC梁中H型鋼、鋼筋、混凝土、栓釘剪力件等各組件的相互聯繫，與型鋼樑、鋼筋混凝土梁等其它梁疲勞性能上的異同性；（2）SRC梁各組件的疲勞裂紋形成、擴展規律與機制，疲勞裂紋擴展模型的數值計算方法；（3）SRC梁疲勞強度的計算理論與準則，SRC梁疲勞受損後的修復、碳纖維加固方法和性能。 研究工作得到如下結論： （1）在循環荷載作用下，發生疲勞破壞之前SRC梁各組件能很好地共同工作，撓度能滿足使用要求，混凝土裂紋寬度都在0.2mm以內。 （2）SRC梁疲勞破壞過程是：H型鋼在受拉下翼緣首先出現裂紋，然後裂紋沿翼緣寬度和腹板高度擴展，之後受拉鋼筋疲勞斷裂，受壓混凝土壓酥剝落，至此SRC梁喪失承載力。SRC梁疲勞破壞過程具有H型鋼樑與鋼筋混凝土梁兩者疲勞破壞合成的特點。 （3）H型鋼受拉翼緣出現疲勞裂紋的位置有3種情況，按照疲勞強度從低到高的順序是：（a）裂紋出現在栓釘的焊趾，（b）出現在翼緣與腹板的角焊縫的趾部，（c）出現在鋼材加工缺陷處。H型鋼受拉翼緣斷裂是SRC梁疲勞破壞的標誌。 （4）在低配筋率情況下含鋼率高的SRC梁疲勞強度要高於含鋼率低的SRC梁，但在高配筋率情況下含鋼率對疲勞性能的影響效應不顯著。在低含鋼率情況下高配筋率的SRC梁疲勞強度略微高於低配筋率的SRC梁，但在高含鋼率的情況下配筋率沒對SRC梁的疲勞壽命產生顯著影響。 （5）SRC梁的疲勞強度高於具有相同構造細節的純鋼樑的疲勞強度。H型鋼受拉翼緣設定栓釘會降低SRC梁的疲勞強度，應避免。採用K型熔透焊接或者軋制的H型鋼，有助於提高SRC梁疲勞強度。 （6）套用Beach Marking檢測方法清晰地觀測到了H型鋼疲勞裂紋的形成與擴展路徑，並獲得了裂紋擴展速率與應力強度因子幅∆K的關係式。 （7）建立了基於斷裂力學原理的SRC梁疲勞壽命有限元數值模型，分析表明疲勞壽命大多數花費在小裂紋的擴展階段，當裂紋深度達到H型鋼板厚的50%之時，已消耗了總疲勞壽命的90%，受拉鋼筋在H鋼樑受拉翼緣裂紋貫穿板厚前已疲勞斷裂，這些特性與試驗結果基本吻合。 （8）提出了按照SRC梁內H型鋼受拉翼緣應力幅值、套用試驗數據統計回歸的S-N曲線來驗算SRC梁疲勞強度的理論和方法；提出了疲勞損傷後的SRC梁修復及碳纖維加固方法。