基於等效裂紋發展的RC梁腐蝕疲勞壽命預測及更新方法

《基於等效裂紋發展的RC梁腐蝕疲勞壽命預測及更新方法》是依託長沙理工大學，由馬亞飛擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於等效裂紋發展的RC梁腐蝕疲勞壽命預測及更新方法
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：馬亞飛
• 依託單位：長沙理工大學

項目摘要

腐蝕會顯著降低鋼筋混凝土(RC)梁的使用壽命。腐蝕疲勞導致的材料複合損傷機理複雜，RC梁腐蝕疲勞壽命評估中存在多種不確定性。本項目旨在通過從材料到構件的跨尺度疲勞試驗，同時考慮多種不確定信息，提出基於不確定信息融合和更新的RC梁腐蝕疲勞壽命預測方法。主要研究內容為：進行鋼筋的疲勞試驗，揭示鋼筋疲勞裂紋發生髮展機理，建立腐蝕疲勞耦合下裂紋擴展模型，提出基於材料物理失效機理的等效初始裂紋尺度壽命預測模型；開展RC梁的靜力和疲勞試驗，研究腐蝕、混凝土疲勞劣化對混凝土中鋼筋應力的影響，基於已建立的鋼筋裂紋擴展模型，提出RC梁疲勞壽命預測方法，並結合試驗進行驗證；量化RC梁腐蝕疲勞跨尺度分析過程中的多種不確定性因素，發展基於反一次二階矩原理的疲勞壽命高效預測分析方法；基於上述研究，採用信息融合和不確定更新理論動態更新先驗模型，完善服役RC橋樑剩餘壽命預測理論。

結題摘要

腐蝕會顯著降低鋼筋混凝土(RC)梁的使用壽命。腐蝕疲勞導致的材料複合損傷機理複雜，RC梁腐蝕疲勞壽命評估中存在多種不確定性。本項目開展了不同應力比、不同溶液濃度下的鋼筋材料腐蝕疲勞裂紋擴展試驗，發明了用於疲勞裂紋擴展速率測試的裝配式夾具和環境-疲勞荷載耦合模擬裝置，得到了不同應力比、不同試件取向下的疲勞裂紋擴展速率參數和疲勞裂紋擴展門檻值，對比了不同工況下的試件斷口形貌、裂紋擴展路徑，研究了鋼筋疲勞斷裂機理。分析了缺口類型和缺口尺寸對鋼筋疲勞壽命的影響，建立了鋼筋應力範圍-疲勞壽命-缺口深度的曲線方程，建立了精細的有限元三維實體計算模型，分析了缺口附近的應力分布狀態，解釋了坑蝕形態導致鋼筋性能退化的原因。 為模擬鏽蝕疲勞耦合作用對RC構件抗彎性能的影響，開展了三組RC梁的疲勞試驗：預鏽蝕後疲勞試驗、鹽溶液環境中疲勞試驗和鹽溶液通電環境中疲勞試驗，研究了RC梁在疲勞荷載下的荷載-撓度關係、混凝土裂縫發展規律，對比了不同試驗環境下RC梁的疲勞壽命及破壞形態。引入剛度修正係數，發展了疲勞荷載後銹脹RC梁抗彎剛度計算方法，該方法可考慮疲勞作用、銹脹、混凝土彈性模量退化等因素的影響，並結合試驗進行了驗證。 在鏽蝕速率模型中考慮混凝土銹脹開裂的影響，採用小裂紋增長與近閾值裂紋增長分析，發展了考慮應力集中因子的應力強度因子模型；通過比較銹坑增長速率與疲勞裂紋擴展速率大小，實時判別結構失效模式，提出了考慮季節變化的RC橋樑腐蝕疲勞壽命評估方法；建立了考慮隨機變數和指標變數的極限狀態方程，發展了基於反一次二階矩原理的疲勞壽命預測方法，計算效率大大提高。本研究完善了服役RC橋樑剩餘壽命預測理論。