《疲勞荷載下型鋼混凝土梁剪下破壞機制與設計理論研究》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：疲勞荷載下型鋼混凝土梁剪下破壞機制與設計理論研究
- 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,結題摘要,
中文摘要
本項目研究型鋼混凝土（SRC）梁斜截面抗剪疲勞性能，促進這種新型組合結構在工程上的耐久性套用。主要研究內容涉及：（1）在高周疲勞荷載作用下SRC梁各組件（混凝土、鋼筋、H型鋼、栓釘剪力件）的剪力傳遞、分配和剪下粘結性能，斜截面剪下疲勞破壞模式，裂紋形成與擴展形態及其監測技術，疲勞強度、剛度和混凝土開裂寬度變化等特性；（2）基於損傷力學、斷裂力學原理的SRC梁斜截面剪下疲勞損傷、裂紋擴展和壽命模擬的分析模型及其有限元數值計算方法，SRC梁斜截面剪下疲勞破壞機制，各組件之間的內在聯繫，影響SRC梁剪下疲勞的關鍵參數；（3）SRC梁斜截面剪下疲勞破壞的極限狀態，混凝土裂縫寬度控制及和疲勞強度的實用設計理論及構造要求。本項目重要的學術創新思想是改變以往結構疲勞研究主要依賴試驗、數理統計回歸的方法，在適量試驗基礎上著重發展結構疲勞數值分析與仿真方法，提升複雜結構疲勞問題的理論與數值分析水平。
結題摘要
目前已建和在建的高鐵車站推廣套用了型鋼混凝土（SRC）梁。隨著重載鐵路的興起，SRC組合結構也已成為橋樑結構的合理選擇，但這種組合結構在反覆荷載作用下的疲勞性能缺乏研究和設計規範的指導。本項目在前期SRC梁受彎作用的正截面疲勞破壞模式的研究基礎上，進一步研究SRC梁受剪作用突出的疲勞性能，最終建立SRC梁的疲勞設計方法。 主要研究內容有：（1）小剪跨比的荷載作用下SRC梁的疲勞試驗，研究外部混凝土、內部H形鋼、鋼筋等各組件的受力性能、疲勞破壞模式、裂紋形成與擴展過程及其監測技術、剛度和混凝土開裂寬度變化等特性；（2）套用斷裂力學、損傷力學理論、有限元技術，研究SRC梁疲勞破壞過程的數值分析方法，分析各組件的內在聯繫、參數影響效應和疲勞破壞機制；（3）SRC梁疲勞設計方法、基本準則和建議。 重要研究結果與關鍵數據主要有：（1）進行了29根工程尺度的實腹式SRC梁疲勞破壞試驗，重要參數有：小剪跨1.8、1.5、1.1、1.0，焊接H形鋼（Q345B）含鋼率5.01%、5.54%、6.40%和7.49%，縱筋配筋率0.38%和0.42%，混凝土標號 C40、C50和C60。發現僅1根SRC梁發生了受剪或彎剪區的斜截面疲勞破壞模式，其餘28根SRC梁都發生了受彎區的正截面疲勞破壞模式，並且H形鋼受拉翼緣的斷裂是整個SRC疲勞破壞的標誌。表明無論受彎還是彎剪，SRC梁正截面疲勞破壞占主導模式。（2）分別進行了5根單獨的焊接H形鋼樑和15根單獨鋼筋的疲勞破壞試驗，作為SRC梁內部H形鋼和鋼筋疲勞破壞模式和機理的對比。套用Beach marking技術來跟蹤留取H形鋼截面上的疲勞裂紋起源位置與擴展路徑，建立了裂紋擴展速率模型。（3）建立了基於焊接H形鋼的斷裂力學模型、鋼筋和混凝土的損傷力學模型的有限元數值方法，模擬了試驗的SRC梁各組件的疲勞過程和壽命，並分析了各參數對SRC梁疲勞壽命的影響規律和機制。在相同的應力幅條件下，SRC梁內部的H形鋼比單獨的H形鋼具有更高的疲勞強度，這源於前者疲勞裂紋擴展時有混凝土的約束作用和鋼筋的受力分擔。（4）正截面受彎破壞是SRC梁疲勞性能的關鍵問題，集成了本項目和前期所有剪跨比（1.8、1.5、1.1、1.0和2.6）的SRC梁正截面疲勞破壞試驗數據，提出了涵蓋各組件疲勞強度驗算在內的SRC梁的疲勞設計方法和建議。
