鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)損傷演化及預后分析方法研究.pdf

1、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在國民經(jīng)濟及日常生活中起著舉足輕重的作用，大量的中小型橋梁的主體部分均為鋼筋混凝土梁。在這些鋼筋混凝土橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析中，能否對鋼筋混凝土梁進行準確分析是基于橋梁性能進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和保障橋梁安全服役的關(guān)鍵。這些橋梁在運營過程中，由于設(shè)計、施工問題及材料本身隨時間的劣化、環(huán)境腐蝕等因素的影響，不可避免的會產(chǎn)生損傷;同時，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，不少橋梁存在著設(shè)計等級偏低等的安全問題。因此，對鋼筋混凝土橋梁的安全使用壽命進行分析

2、，發(fā)展鋼筋混凝土橋梁的預后分析方法，不僅可以方便橋梁管理者的管理，而且便于工程師們對橋梁的病害做到預知與防治。
　　圍繞上述鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程中的問題，本文主要進行了以下研究:
　　1）重點考慮了鋼筋混凝土梁受拉區(qū)混凝土的抗拉能力及其損傷演化特性，同時考慮了鋼筋混凝土梁中鋼筋與混凝土的物理非均質(zhì)性，建立了鋼筋混凝土梁的新的結(jié)構(gòu)分析模型。其中混凝土的損傷演化特性通過Mazars提出的損傷模型進行模擬，鋼筋和混凝土的非均質(zhì)性通過

3、采用層合梁理論將鋼筋等效為鋼筋層來考慮。基于新的鋼筋混凝土梁的結(jié)構(gòu)分析模型，詳細推導了鋼筋混凝土梁的彎曲變形過程中中和軸位置隨荷載的變化、鋼筋混凝土梁撓度以及鋼筋混凝土梁截面應力變化的解析表達式，建立了新的鋼筋混凝土梁的解析分析理論;
　　2）建立了鋼筋混凝土橋梁損傷分析的有限元模型，結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)損傷有限元分析模型，對鋼筋混凝土橋梁在實測交通荷載和預估交通流量增長等因素作用下的損傷累積狀態(tài)進行了預后分析;

4、　　3）為了對鋼筋混凝土橋梁進行更加準確的服役壽命分析，建立能夠反映鋼筋混凝土橋梁壽命衰減機理的壽命分析模型，本文研究了混凝土收縮以及荷載長期效應對橋梁結(jié)構(gòu)損傷演化和服役壽命的影響，重點考慮了混凝土損傷演化過程中拉應力的作用及其對壽命的影響，對現(xiàn)有的鋼筋混凝土梁的撓度計算公式進行修正，建立了新型的鋼筋混凝土梁的撓度計算公式。在該撓度計算公式的基礎(chǔ)上，獲得了鋼筋混凝土梁的壽命分析模型。最后，運用上述所建理論，以某大橋為工程背景，建立了該鋼

5、筋混凝土橋用于損傷預后分析的有限元模型，重點研究了C55混凝土損傷塑性模型中的參數(shù)設(shè)置和鋼筋的優(yōu)化布設(shè);研究了該鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的安全服役性能，預測了其服役壽命。
　　本文的研究結(jié)果表明:
　　1）所建立的鋼筋混凝土梁理論能夠較準確地描述鋼筋混凝土梁服役過程中的損傷和彎曲變形過程，并能進行鋼筋混凝土梁的優(yōu)化布筋設(shè)計和安全服役分析，從而消除鋼筋混凝土梁安全服役的隱患;
　　2）在鋼筋混凝土橋梁的正常運營環(huán)境中，交通流量

6、作為橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷累積的主要原因，其在未來服役期內(nèi)的增長會加速結(jié)構(gòu)的損傷累積，因此，在鋼筋混凝土橋梁的損傷預后分析中，考慮交通流量的增長與模型的更新是十分必要的;在橋梁的損傷分析中，晝夜溫差以及季節(jié)性溫度的變化雖對橋梁的損傷累積過程有顯著的影響，但在橋梁未來長期服役過程中，氣候變暖所引起的鋼筋混凝土橋梁的損傷累積的變化較小;因此，在鋼筋混凝土橋梁損傷預后分析中，氣候變暖導致的環(huán)境溫度改變對損傷累積的影響可忽略不計;
　　3）本文