普通混凝土梁用钢筋的疲劳S+N曲线研究

第３２卷第５期１９９９年１０月

土木工程学报

Ｃ硼时ＡＣＩＶ几Ｅｐ『ＧＤｉＥ珊ＮＧＪＯＩＩＲＮＡＩ．

Ｖｄ．３２Ｎｏ．５

Ｏｃｔ．１９９１９

普通混凝土梁用钢筋的疲劳Ｓ一Ⅳ曲线研究

曾志斌李之榕

（铁道部科学研究院）

摘要介绍了钢筋疲劳Ｓ一Ⅳ曲线的表达方法和影响钢筋疲劳强度的因素，对普通钢筋混凝土梁用光圆钢筋和变形钢筋的疲劳强度进行了试验研究，对铁科院以前做的对接焊钢筋的疲劳试验结果重新进行了分析，

然后以应力幅作为疲劳参数，以９５％作为保证概率，提出了适用于疲劳寿命评估的三种钢筋的疲劳Ｓ一Ⅳ曲

线，并与国外的试验结果进行了比较。这些曲线为有关规范标准的制定和修订以及工程应用研究提供了新的研

究依据。

关键词普通混凝土梁钢筋疲劳．ｓ一Ⅳ曲线

１前言

近年来，由于极限状态设计法和高强度材料的使用，要求混凝土梁在较高的应力水平下工作，同时，随着我国列车轴重的增加，势必会对既有混凝土梁造成疲劳损伤，需要对其进行疲劳损伤评估，因此，混凝土梁的疲劳强度问题Ｅ１益受到重视。国外在这方面的研究起步较早，美国混凝土学会２１５委员会ｕ１、美国的Ｈａｎｓｏｎ［２１和瑞士的Ｈｅｒｚｏｇ［３１在他们的报告中列举了大量的参考文献，对混凝土结构的疲劳问题进行了综述，国际桥梁与结构协会（ｍｓＥ）１９８２年在瑞士洛桑召开的研讨会上专门讨论了混凝土结构的疲劳问题Ｈ１，日本也做了大量的混凝土模型梁的疲劳试验ｂ。］，我国在这方面也做了一些工作旧’９Ｊ。国内外的研究表明，混凝土结构的疲劳性能与其复合材料的疲劳抗力性能有关，在重复荷载作用下，混凝土梁的破坏通常是由于钢筋的疲劳断裂所致。所以，本文将着重研究普通钢筋混凝土梁用光圆钢筋、变形钢筋和对接焊钢筋的疲劳抗力曲线（即Ｓ一Ⅳ曲线）。

２钢筋疲劳．ｓ一Ⅳ曲线表达方法简介

在重复荷载作用下，钢筋的疲劳是由于裂纹的萌生和扩展的结果，当裂纹尖端的应力强度因子达到临界值时，钢筋就会断裂。钢筋的疲劳试验，可以直接在空气中进行，也可以埋在混凝土中进行，前者比较容易做，后者则更符合钢筋的实际受力情况，但两种试验方法得到的疲劳强度对不同的钢筋会有所差异，本文稍后将叙述。在以往对疲劳试验数据进行分析时，是以最大应力作为疲劳参数，考虑应力比的影响，由Ｇｏｏｄ—ｍ肌图得出不同应力比下的疲劳强度，再除以安全系数后作为疲劳设计的允许应力。国外的研究表明，应力比对普通钢筋的疲劳强度影响很小［１“］，而且钢筋的疲劳Ｓ一Ⅳ曲线均以应力幅作为疲劳参数。

钢筋的疲劳｜ｓ一Ⅳ曲线方程式在双对数坐标中的表达式如下（如图１所示）：

ｌｏｇＮ＝Ａ＋ｍｌｏｇｚＳｌ（ｒ±Ｃ

（１）式中：Ⅳ——疲劳失效时的循环次数；△盯——外加应力幅（ＭＰａ）；Ａ——Ｓ一Ⅳ曲线的截距；ｍ——Ｊｓ一Ⅳ曲线的斜率；Ｃ——循环次数的统计偏差；Ｃ＝Ｋ?ｍＮ￣／１一ｒ２；ｍ。——循环次数的对数均方差；ｒ——相关系数，应为负数；Ｋ——均值线下标准差数目。

当Ｋ取不同数值时，表示钢筋具有不同的保证概率，目前国外对Ｋ值有两种取法，英国标准ＢＳ５４００ｕ０｜、欧洲钢结构协会（ＥＣＣＳ）ｎ¨取Ｋ＝２，即保证概率为９７．７％，美国铁路工程师协会（ＡＲＥＡ）ｕ引取Ｋ＝１．６４５，即保证概率为９５％。本文讨论的钢筋的疲劳Ｓ一Ⅳ曲线具有９５％的保证概率，即Ｋ＝１．６４５。

一般来说，在等幅重复应力幅作用下，当应力幅低于某值时，构件能承受无限次循环，此应力幅口。称为疲劳极限。根据断裂力学的研究，在已经产生裂纹的情况下，小于ａｒ０的应力幅持续加载也会使裂纹扩张。英收稿日期：１９９８－０４－２３

铁道部科技攻关项目

　万方数据

第３２卷第５期曾志斌等?普通混凝土梁用钢筋的疲劳Ｓ—Ｊ７、ｒ曲线研究

国的Ｔｉｌｌｙｃ４１认为，采用循环次数为２×１０６时的应力幅作为常幅疲劳极限，或者假定循环次数为１０７时有一个疲劳极限，都忽略了在低应力下，试验次数达到１０８或更多时钢筋破坏的可能性（实际上，在Ｔｉｕｙ所做的试验中，有不少钢筋试件的循环次数在１０７和１０８之间时发生破坏），比较合理的处理方式是参照ＢＳ５４００的作法，疲劳Ｓ一Ⅳ曲线不设截止线，而是在Ⅳ大于１０７区段内将斜率由ｍ改为ｍ＋２，本文就是这样处理的（如图１所示）。

３光圆钢筋的疲劳．ｓ一Ⅳ曲线

完好笔直的光圆钢筋表面没有明显的应力集中处，其疲劳断裂往往起始于最薄弱的部位，而在混凝土梁中，由于下翼缘开裂和锈蚀等原因，在钢筋表面产生比较明显的应力集中，其疲劳断裂就起始于应力集中处。

国外早期对光圆钢筋做的疲劳试验都是在高频疲劳试验机上进行的，与实际使用情况不相符合。后来由于高强度变形钢筋的使用，光圆钢筋的疲劳试验资料很少。日本的国分正胤做过两片配有光圆钢筋的模型梁疲劳试验ｂＪ，结果配有屈服强度为３３０ＭＰａ光圆钢筋的模型梁的破坏方式为钢筋断裂，另一片配有屈服强度为４２０ＭＰａ光圆钢筋的模型梁的破坏方式为端部锚固破坏。国分正胤还做过７片配有屈服强度为３８０ＰＭａ、直径为１９ｍｍ的光圆钢筋的模型梁的疲劳试验№Ｊ，结果如图２和表１所示。由于缺乏对比试验，光圆钢筋在空气中与埋在混凝土中的疲劳强度的差异就不太清楚。从国外对预应力光圆钢筋在空气中和埋在混凝土中的对比疲劳试验来看旧Ｊ，后者的疲劳强度比前者降低约１／６，这是由于混凝土粘接性能不好，随着循环次数的增加，混凝土裂纹迅速扩大，对预应力钢丝的试验也有类似的结论ｕＪ。这一结论也可用于非预应力光圆钢筋。

最近，铁科院铁建所做了１８根直径为２０ｒａｉｎ、屈服强度为２５７ＭＰａ的Ｑ２３５光圆钢筋（即Ａ３圆钢筋）的疲劳试验，应力比在０．０４７～０．０５７之间，试验频率为每分钟５００次，其中１０根试件断在中间有效部位，结果如图２和表１所示。长沙铁道学院从东北拆卸下来的混凝土梁上凿取出直径为２０ｍｍ的锈蚀程度各不相同的光圆钢筋，做了１０根试件的疲劳试验，结果如图２和表１所示。

循环次数

图１钢筋疲劳Ｓ一Ⅳ曲线示意图粪㈣

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④建议的曲线

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图２光圆钢筋的疲劳Ｓ～Ⅳ曲线

表１光圆钢筋疲劳．ｓ一Ⅳ曲线的比较

从表１可以看出，①的试验结果值最大，③次之，②最小。如果将１０７次时的疲劳强度进行比较，可以发现，光圆钢筋在混凝土中的疲劳强度比在空气中减小约１４．５％。锈蚀对钢筋的疲劳强度的影响则更大，锈蚀钢筋在１０７次时的疲劳强度比没有锈蚀的减小约３９．７％。如果用于混凝土梁的疲劳寿命评估，可以将铁科院和长沙铁道学院的试验结果（其应力幅按实际截面积求得）综合，得到光圆钢筋在空气中的疲劳Ｓ一Ⅳ曲线：

　万方数据

?１２?土木工程学报１９９９正

ｆｌｏｇＮ＝２４．１９７８—８．０１６２１０９Ａｋｒ（Ⅳ＜１０７）…

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【ｌｏｇⅣ＝２８．４８８６—１０．０１６２１０９ｚｂ（Ｎ≥１０７）

从图２可以出，该曲线基本上能够包络所有数据点。在国内没有对比试验资料的情况下，对于埋在混凝土中的光圆钢筋，可以参照国外的资料，将上述ｓ一Ⅳ曲线降低１１６使用。弯曲对光圆钢筋的疲劳强度影响较大，弯曲４５度角的光圆钢筋的疲劳强度比不弯曲减小约２９％…。

４变形钢筋的疲劳Ｓ一Ⅳ曲线

对于笔直连续的热轧变形钢筋，在空气中的轴力疲劳试验，断裂常发生于钢筋的最大缺陷处，而在混凝土中的弯曲疲劳试验，断裂则常发生在混凝土弯裂区钢筋横肋与其纵肋相交的根部。变形钢筋在空气中和埋在混凝土中的疲劳强度的差异，各种技术文献的看法差异较大［１Ｊ，比较合理的结论是变形钢筋在空气中和埋在混凝土中的疲劳强度一样ＨＪ。

文献［１，２］对可能影响变形钢筋疲劳强度的各种因素进行了综述，其中包括最小应力、钢筋的尺寸、梁的类型、钢筋的表面形状、钢筋的屈服和抗拉强度、弯曲、焊接、机械连接和腐蚀或锈蚀等等。研究表明，最小应力对钢筋的疲劳强度有一定的影响，但是影响程度不大；梁的类型、钢筋的摆放方向、钢筋的屈服和抗拉强度对钢筋的疲劳强度影响不大。通常情况下，疲劳裂纹起始于钢筋表面变形的根部，而如果钢筋表面腐蚀或锈蚀坑处的应力集中大于凸肋根部的应力集中，那么疲劳裂纹就起始于该腐蚀或锈蚀坑处，因此可以认为，腐蚀或锈蚀对钢筋的疲劳强度没有影响。影响热轧变形钢筋疲劳强度的因素主要是钢筋的尺寸、钢筋的表面形状、弯曲、焊接和机械连接。限于篇幅，本文对此不作详述。

欧洲钢结构协会（ＥＣＣＳ）１９８５年颁布的钢结构疲劳设计规范ｕ刈中连续的变形钢筋属于１００细节类型。

１９８１年日本土木工程师学会（ＪＳＣＥ）编制的混凝土结构极限状态法设计暂行规范Ｈ』建议按下式计算直径不大于３２ｌ＇ｎｌｎ的变形钢筋的特征疲劳强度：

『（１６０一仃。１３）１０－０．２（ｋＮ“’（Ｎ＜１０｛６）

。础一【（１６０一盯。／３）１０。０１（１刚一６’（Ⅳ≥１萨）…７式中厶——变形钢筋的特征疲劳强度（ＭＰａ）；

％——永久拉应力（ＭＰａ）。

１３本最近的铁道构造物等设计标准［７１将变形钢筋母材的疲劳Ｓ－Ｎ曲线定义为钢筋尺寸的函数，即

厶＝等

（４）式中ｆｒｏ——脉动循环时的抗拉疲劳强度（１００ｋＰａ）；

』ｖ——疲劳寿命（次）；

口，＝４．１０—０．００３＇｝’，其中咖为钢筋的直径（ｒａｉｎ）；

ｋ＝０．１２。

我国还没有关于变形钢筋疲劳寿命表达式的规范。１９７３年曾对１６锰普通低合金钢钢筋进行了疲劳试验，但主要是在高频疲劳试验机上进行的。１９９６年铁科院从京广线唐庄特大桥换下来的跨度８ｍ钢筋混凝土梁内凿取了锈蚀程度不同、直径为１６ｍｍ的２０ＭｎＳｉ钢筋进行了疲劳试验Ｌ９Ｊ，钢筋的屈服强度为３９２ＭＰａ，应力比在０．０６２５。Ｏ．２之间，试验频率为每分钟３００次，共得到有效试验样本点１３个。最近又从东北哈佳线上换下来的混凝土梁内凿取了锈蚀程度不同、直径为２５ｔｏｎｉ的Ａ５螺纹钢筋进行了疲劳试验，钢筋的屈服强度为２８２ＭＰａ，应力比为０．２，试验频率为每分钟５００次，共得到有效样本点６个，两次的试验结果如图３所示。将这两次的试验结果的１９个样本进行回归分析，可以得到用于钢筋疲劳寿命评估的方程式：

』ｌｏｇＮ＝１５．１３４８—４．３８２７１０９ｚＳａ（Ｎ＜１０７）ｒ气、

【ｌｏｇＮ＝１８．８４７１—６．３８２７１０９，Ｓａ（Ｎ≥１０７）

相关系数为一０．７９３，标准偏差为０．５２５。将式（３）和式（４）转化成式（１）的形式，并将式（５）与国外变形钢筋的疲劳．ｓ一Ⅳ曲线相比较，结果如图３和表２所示。从图３和表２可以看出，本文建议的曲线与ＥＣＣＳ

的曲线比较接近。当钢筋存在弯曲、定位焊或者机械连接时，变形钢筋的疲劳强度将显著降低，这方面的问　万方数据

题可参考有关文献。

第３２卷第５期曾志斌等?普通混凝土梁用钢筋的疲劳．ｓ—Ｊ７＼，曲线研究?１３?５对接焊钢筋的疲劳Ｓ一Ⅳ曲线

变形钢筋的焊接有多种形式，本文只讨论对接焊钢筋的Ｊｓ一Ⅳ曲线。不管是在空气中还是埋在混凝土中，对接焊钢筋的疲劳断裂总是发生在焊接连接处，但是二者得到的试验结果有差异。文献［１３，１４］认为，对接焊钢筋埋在混凝土中的疲劳强度比在空气中增加５％～１５％，这种增加的大小取决于裂缝的位置，文献［８］则认为，对接焊钢筋埋在混凝土中的疲劳强度比在空气中增加约１０％。本文对铁科院以前做的１６Ｍｎ和２０．ＭｎＳｉ对接焊钢筋的疲劳试验共１４１个样本（如图４所示）按照公式（１）的形式重新进行了分析，结果如下：

表２国内外变形钢筋疲劳｜ｓ—Ｊ７、ｒ曲线的比较

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一一未断

循环次数

图３变形钢筋的疲劳Ｓ一Ⅳ曲线图４对接焊钢筋的疲劳Ｓ一Ⅳ曲线

ｆｌｏｇＮ＝１２．２７６９—３．０３２４１０９ｚＳａ（Ｎ＜１０７），，、

１ｌｏｇＮ：１５．７５７４—５．０３２４１０９△仃（Ⅳ≥１０７）∞’

相关系数为一０．７１８，标准偏差为０．３３４。

日本ＪＲＥＡｎｏ将对接焊钢筋的疲劳强度按照变形钢筋母材的７０％取值，美国的Ｈａｎｓｏｎ怛Ｊ认为对接焊钢筋的疲劳强度应按照ＡＲＥＡ规范中的类型Ｂ取值，英国ＢＳ５４００中对接焊钢筋属于Ｄ级¨０｜，欧洲ＥＣＣＳ中对接焊钢筋属于８０细节类型ｕ¨。将上式与国外对接焊钢筋的疲劳Ｓ一Ⅳ曲线进行比较，结果如图４和表３所示。从图４和表３可以看出，本文建议的曲线与ＢＳ５４００非常接近。表３国内外对接焊钢筋疲劳Ｓ－－Ｎ曲线的比较

　万方数据

?１４?土木工程学报１９９９正６结束语

本文根据最近对普通钢筋混凝土梁用光圆钢筋、变形钢筋和对接焊钢筋的试验研究成果，提出了新的疲劳Ｓ一Ⅳ曲线，为制定和修编有关规范标准以及工程应用研究提供了新的试验研究依据。

长沙铁道学院的文雨松教授提供了部分光圆钢筋的疲劳试验数据，在此表示衷心的感谢！

参考文献

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１３ＷａｌｌｓＪＣ，ＳａｎｄｅｒｓＷＷａｎｄＭａｎｓｅＷＨ．ＦａｔｉｇｕｅＢｅｈａｖｉｏｒｏｆＢｕｔｔ－ＷｅｌｄｅｄＲｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇＢａｒｓｉｎＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＣｏｎｃｒｅｔｅＢｅａｍｓ．Ｊ．Ａｍ．Ｃｏｎｃ．Ｉｎｓｔ．，Ｐｒｏｃ，１９６５，６２（２）：１６９～１９２

１４Ｓａｎｄｅｒｓ，Ｗ．Ｗ．，Ｈｏａｄｌｅｙ，Ｐ．Ｇ．ａｎｄＭｕｎｓｅＷ．Ｈ．ＦａｔｉｇｕｅＢｅｈａｖｉｏｒｏｆＷｅｌｄｅｄＪｏｉｎｔｓｉｎＲｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇＢａｒｓｆｏｒＣｏｎｃｒｅｔｅ．ＷｅｌｄｉｎｇＪｏｕｒｎａｌ，１９６１，４０（１２）：５２９～５３５

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Ａｂｓｔｒａｃｔ

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ｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｏｎｂｏｔｈｐｌａｉｎｍｕｍａｎｄｄｅ。

ｔｉｇｕｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｒｅｉｎｆｏｍｉｎｇｂａｒａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓａｒｃｈｅｓａｒｅ

ｆｏｒｍｅｄｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇｂａｒｓｉｎｃｏｍｍｏｎｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｂｅａｍｓ，ａｎｄｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｏｆｂｕｔｔ—ｗｅｌｄｅｄｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇｂａｒｓ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｍｏｎｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｂｅａｍ，ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇｂａｒ，ｆａｔｉｇｕｅＳ—ＮＣＨＩＶｅ

曾志斌工学硕士，助理研究员，主要从事桥梁的疲劳研究工作。通讯地址：１０００８１北京市海淀区大柳树路２号铁道部科学研究院铁建所

李之榕研究员，主要从事桥梁的疲劳研究工作。

　万方数据

普通混凝土梁用钢筋的疲劳S- N曲线研究

作者：曾志斌， 李之榕， Zeng Zhibin， Li Zhirong

作者单位：铁道部科学研究院

刊名：

土木工程学报

英文刊名：CHINA CIVIL ENGINEERING JOURNAL

年，卷(期)：1999，32(5)

引用次数：28次

参考文献(14条)

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3.学位论文莫振林陶粒混凝土梁受弯性能的试验研究2008

国内外陶粒混凝土工程应用的资料表明，陶粒混凝土在工程应用中具有许多优势，存在广阔的前景。然而，我国相关的陶粒混凝土结构设计规程尚

未成熟、完善，在实际的工程应用中缺乏技术上的有力支持。本文通过对12片陶粒混凝土梁进行试验研究，测出陶粒混凝土梁的混凝土应变、钢筋应变、开裂荷载、屈服荷载、极限荷载、挠度和裂缝开展等力学行为，绘出荷载一挠度曲线，详细描述裂缝开展情况，并与普通混凝土梁相比较，主要研究成果包括以下几个方面： 1．通过实验研究发现，陶粒混凝土梁破坏形式与普通混凝土梁不同。根本原因是陶粒混凝土的水泥砂浆与骨料的界面粘结致密，而且骨料的强度一般要低于水泥砂浆的强度，裂缝首先在骨料内部发生。 2．通过试验研究发现在配筋率较高的情况下，陶粒混凝土试验梁的裂缝分布应比普通混凝土梁更加均匀，间距也更小。这说明陶粒混凝土与钢筋之间的粘结更好，使得两者的变形更为同步、协调。但对于配筋率较低的混凝土梁，混凝土的种类对裂缝开展形态影响并不十分明显。 3．针对现行规范在开裂荷载计算模型上存在的差异结合试验数据加以分析，提出适合陶粒混凝土梁的塑性发展系数建议公式，并由此进一步提出陶粒混凝土梁开裂弯矩的建议计算公式。 4．现行规范中内力臂系数η计算公式是为了偏于安全，并顾及以往的实践经验而采用的简化公式，并未考虑梁截面裂缝开展情况对其所产生的影响，影响到刚度计算。本文从内力臂系数的定义出发，利用测得的试验数据得出η在裂缝开展截面的实际值，并与经验值对比，验证规范简化公式的可靠性。 5．试验中测量不同荷载等级下裂缝截面钢筋应变和裂缝间钢筋平均应变，通过线性回归，提出裂缝间钢筋应变不均匀系数ψ的建议公式，并将计算所得ω1，与普通混凝土ω1=1.1相比较，判断陶粒混凝土的握裹力与普通混凝土的差别。 6．通过试验研究发现，陶粒混凝土梁的平均裂缝间距lcr与混凝土保护层厚度C成正比关系，而文献[1]中并未体现。故本文针对陶粒混凝土梁，回归出平均裂缝间距lcr的建议公式，并将计算结果同现行规范公式计算值，实测值三者进行对比、分析。 7．通过试验研究，验证了以本文建议的内力臂系数η、钢筋应变不均匀系数ψ为参数，采用规范刚度计算公式来计算陶粒混凝土梁的截面抗弯刚度是可行的。 8．通过试验研究发现，相同混凝土强度等级和相同配筋率的条件下，陶粒试验梁的延性要差于普通混凝土梁，这说明陶粒混凝土梁的脆性要明显大于普通 混凝土。 总之，本文对陶粒混凝土梁受弯性能试验研究具有一定的理论意义，为陶粒混凝土在工业与民用建筑上的广泛应用提供了理论依据。

4.期刊论文张鹏.陆慎.邓宇.韦树英.ZHANG Peng.LU Shen.DENG Yu.Wei Shuying碳纤维塑料筋普通混凝土梁的试

验研究-建筑技术2004,35(12)

与传统混凝土结构中的普通钢筋相比,碳纤维塑料筋(以下简称碳纤维筋)具有强度高、密度小、耐腐蚀等优良性能,因此在国外应用日益广泛.我国对碳纤维筋的研究工作起步较晚,目前尚处于试验研究阶段.我们对碳纤维筋在混凝土结构中的应用进行了一系列的试验研究,本文主要介绍了其中对碳纤维筋普通混凝土梁的试验研究.

5.学位论文雷斌再生混凝土梁耐久性能研究2009

本文根据“再生混凝土碳化→再生混凝土与钢筋间粘结性能退化→再生混凝土梁的耐久性能降低”这一主线，对大气环境下再生混凝土梁的耐久性能进行了系统研究，完成的工作和取得的成果主要包括： （1）在完成再生混凝土快速碳化试验研究的基础上，对再生混凝土抗碳化性能进行了系统分析。结果表明：再生混凝土抗碳化性能低于同配比的普通混凝土，再生粗集料的取代率及其本身强度对再生混凝土抗碳化性能有较大影响；应力水平对再生混凝土碳化过程产生重大影响，受拉区角部再生混凝土的碳化深度最大。在本次试验结果和相关理论分析的基础上，建立了再生混凝土碳化深度预测模型，得出了再生混凝土梁截面上的碳化深度分布。 （2）在完成再生混凝土与不同锈蚀率钢筋间粘结性能试验研究和理论分析的基础上，对再生混凝土与钢筋间粘结性能退化规律进行了较为系统研究。结果表明：随钢筋锈蚀率的增大，再生混凝土的粘结性能退化与普通混凝土粘结性能退化规律一致，均有一个先升后降的过程，但再生混凝土的粘结强度的退化速率较普通混凝土的大；相同配比的再生混凝土和普通混凝土与变形钢筋间的粘结强度接近，而在抗压强度相同的情况下，再生混凝土的粘结强度大于普通混凝土的粘结强度。根据试验结果，提出了再生混凝土与不同锈蚀率钢筋间的粘结滑移本构关系。 （3）推导得出粘结性能退化前后再生混凝土梁抗弯承载力的计算方法，研究了再生混凝土梁抗弯承载力退化规律。结果表明：按本文提出的方法得到的抗弯承载力计算值与试验得到的抗弯承载力实测值吻合良好，在常用受拉钢筋配筋率0．2％～2％范围内，普通混凝土梁在退化后能达到屈服，而对于集中荷载作用下配筋率较高且再生混凝土强度等级较低（如C20）的适筋再生混凝土梁，可能会发生由粘结性能退化引起的脆性破坏。 （4）推导得出粘结性能退化前后再生混凝土梁抗弯刚度的计算方法，对再生混凝土梁抗弯刚度退化规律进行了研究分析。结果表明：按本文提出的方法计算得到的刚度值与试验得到的刚度值很接近，且基本上偏于安全的一侧。本文提出的方法能较好地反应粘结性能退化后钢筋应变不再符合平截面假定的客观情况和梁的抗弯刚度降低经历先慢－后快－再慢的过程。 （5）分别对再生混凝土梁耐久性能的碳化寿命、保护层胀裂寿命和承载力或变形寿命相对应的极限状态进行了可靠度分析。结果表明：受力状态、钢筋位置对再生混凝土梁耐久性可靠度指标有重要影响，在进行再生混凝土梁耐久性设 计时，对此应予以足够重视；按抗弯承载力极限状态进行设计，耐久性能未退化之前再生混凝土梁的可靠度指标能满足《规范》的要求，其值在100％永久荷载作用时最小，100％活载作用时最大，且在适筋梁范围内，随配筋率的增大而增大；增大保护层厚度，提高再生混凝土强度等级，可以显著提高再生混凝土梁的碳化寿命和保护层锈胀开裂寿命，但对提高再生混凝土梁的承载力寿命的效果相对较少，且逐渐降低；再生混凝土梁的碳化寿命和保护层锈胀开裂寿命小于普通混凝土梁，但其承载力寿命与普通混凝土梁较接近；跨高比增大时再生混凝土梁的耐久性失效可能由承载力极限状态控制转至由变形极限状态控制。 （6）分别就耐久性设计基本规定，再生混凝土材料选用，构造措施，施工要求，防腐蚀附加措施等五个方面对再生混凝土梁耐久性能设计提出建议。 关键词：再生混凝土梁，耐久性能，退化，钢筋锈蚀，抗碳化性能，粘结性能，受弯性能，可靠度分析

6.学位论文柏洁区域约束混凝土梁的试验研究2005

区域约束混凝土既是采用由纵筋和箍筋组成的约束钢筋在特定的区域对构件进行有效约束，由于约束钢筋提高了受压区混凝土极限压应变和极限抗压强度，从而使区域约束混凝土构件的承载性能的和延性性能有大幅度提高。本文在对区域约束混凝土梁进行理论探讨和计算分析的基础上，通过受弯性能试验和受剪性能试验，对区域约束混凝土梁与普通混凝土梁进行对比分析，根据Saatcioglu及Kent-Park组合模型应力-应变曲线推导了区域约束混凝土梁承载力计算公式，研究了约束混凝土梁受弯和受剪时的截面应变关系、应力-应变曲线、荷载-挠度曲线、弯矩-曲率曲线、破坏形态等。研究中以“配箍特征值λt”作为衡量约束作用的指标，分析不同形式约束钢筋对构件各项性能的影响，并对比分析了区域约束混凝土梁与普通混凝土梁的承载力、延性、刚度等性能指标以及经济效果和工程适用性。研究结果表明，区域约束提高了混凝土的极限应变及极限强度，充分发挥材料性能，使构件具有良好的承载力及延性，同时，较大幅度的增加了构件的刚度。由于构件延性与刚度的双重保证，使得约束混凝土梁较普通混凝土梁的抗震性能和使用性能及安全性有明显提高。在相同承载力或延性条件下，可以大幅度地降低构件截面、减小结构自重，提高结构的抗震性能，是混凝土结构理论及应用的一次新的尝试；它的应用，还可以有效降低材料消耗，提高有效使用空间，从而降低建筑成本，降低能源消耗，从而促进环境保护，具有较好的经济效益和社会效益。

7.期刊论文李旭平.LI Xu-ping钢筋再生混凝土梁的受弯性能-混凝土2007(3)

基于国内外大量相关研究成果,对钢筋再生混凝土梁的受弯性能进行了较为全面系统的分析,主要包括平截面假定对再生混凝土梁的适用性、钢筋再生混凝土梁的破坏形态、极限承载力、变形、刚度以及裂缝等.研究结果表明,与钢筋普通混凝土梁相比,钢筋再生混凝土的破坏形态、极限承载力基本相同,但是钢筋再生混凝土梁的变形较大,刚度低.同时发现平截面假定也适用于受弯的钢筋再生混凝土梁.

8.学位论文李鸥高强轻集料钢筋混凝土梁抗弯力学性能试验研究2006

混凝土桥梁具有造价低廉、耐久性和适应性好，以及整体性强等优点。其不足之处就是结构本身自重较大。高强轻集料混凝土(HighStrengthLightWeightAggregateConcrete，简称HSLWAC)具有轻质高强、保温隔热、耐久性能好，以及抗震性强等优异性能，在大跨桥梁结构、高层建筑和海事工程中具有广阔的应用前景。同时它还是一种生态环保型建筑材料，随着可持续发展战略的贯彻实施，它的这种优势显得更加突出。

已有的轻集料混凝土(LWAC)研究资料大都针对普通强度等级(LC40以下)的轻集料混凝土，不再适用于目前大跨度混凝土桥梁的承重结构。对高强轻集料混凝土构件力学特性的研究资料非常缺乏。这就大大阻碍了高强LWAC在我国桥梁工程的应用。国内对于次轻混凝土(SpecifiedDensityConcrete，简称SDC)构件的力学性能研究也尚未开展。针对这些问题，本文通过6根高强轻集料钢筋混凝土梁和4根次轻混凝土梁和1根普通混凝土(NormalWeightConcrete，简称NC)梁的抗弯力学试验，对其受弯力学特性开展研究，主要成果如下： 1.介绍目前国内外轻集料混凝土和次轻混凝土领域的研究现状，以及它们在大跨度桥梁工程应用情况和发展前景，总结国内外在轻集料混凝土构件和次轻混凝土构件的研究成果，对轻集料混凝土构件力学性能研究方面存在的一些问题进行分析，并提出了本课题的意义和研究内容。 2.通过11根试验梁的抗弯试验，对高强轻集料钢筋混凝土试验梁和高强次轻钢筋混凝土试验梁的抗弯承载力、挠度、延性、裂缝扩展、破坏特征几个方面进行分析，研究表明：高强LWAC梁在破坏前表现出来了较强的脆性。对于SDC梁和NC梁，受压区的混凝土也有相似的破坏特征，但是NC梁的劈裂深度小于高强LWAC试验梁；高强LWAC混凝土梁的挠度要略大于SDC梁和普通混凝土梁，而SDC试验梁的挠度与NC试验梁则相差不多；试验梁的延性随着配筋率和混凝土强度的增加而减小，纯弯段无腹筋的高强LWAC梁

的挠度延性系数μf小于普通混凝土梁。 3.LWAC试验梁的开裂荷载(Ncr)占极限荷载(Nu)的比率为14.56﹪～38.15﹪，SDC试验梁的Ncr占Nu的比率为12.50﹪～33.85﹪。开裂荷载随着配筋率和混凝土强度的提高而略微增加。对于LWAC混凝土受弯构件，裂缝间距和裂缝宽度主要受配筋率、钢筋表面形状和钢筋直径的影响。在相同配筋率ρ和相同混凝土强度fcu的条件下，LWAC梁的裂缝分布比SDC梁、普通混凝土梁更加均匀，间距也更小，宽度更细。这说明，LWAC与钢筋之间的粘结较好，使得两者的变形更为同步、协调。 4.按规程(JGJ12-99)附录D取矩形截面的截面抵抗矩塑性系数取

γ=1.75，计算得到高强LWAC矩形截面梁开裂弯矩的理论值比试验值明显偏大。对于高强轻集料钢筋混凝土矩形截面梁，建议截面抵抗矩塑性系数基本值取γm=1.50，而且应该计入截面高度的影响。按照公式(5-2)计算得到的开裂弯矩与试验值更为符合。 5.根据对试验数据分析和理论推导，本文总结出适用于高强LWAC梁的在短期荷载作用下的最大裂缝宽度和刚度的正常使用极限状态验算公式。它们既反映了高强LWAC受弯构件的特点，又与现行规程(JGJ12-99)中相关公式的计算模式相衔接，其计算结果与实测试验值吻合较好，可供高强LWAC梁的实际工程设计作参考。 无论从桥梁工程技术的进步、材料科学的发展和可持续发展战略实施等各个角度来看，高强轻集料混凝土都已经成为了高强高性能混凝土一个重要的发展方向。它的研究应用将为混凝土大跨度桥梁提供新的发展空间。本文对高强轻集料混凝土梁和高强次轻混凝土梁在短期荷载下的抗弯力学特性开展了比较系统的研究和探讨，提出了适用于高强轻集料钢筋混凝土梁的抗裂度、裂缝宽度和刚度计算方法，为高强轻集料混凝土和次轻混凝土在大跨度桥梁工程中的推广应用提供了可靠的依据。

9.学位论文吴永红高强钢筋高强混凝土受弯构件疲劳性能试验研究2004

高强混凝土和高强钢筋正在工程结构中推广应用，它们的组合较容易满足极限承载状态的要求，但由于高强混凝土性能脆，延性差，导致裂缝、挠度等正常使用要求，尤其是在长期荷载作用或疲劳荷载作用下，常常成为其结构设计的控制。本文作为对高强混凝土结构的初步研究，通过对常用配筋率的9片高强钢筋高强混凝土梁和4片普通混凝土梁的抗弯性能试验，主要对高强钢筋高强混凝土梁疲劳性能进行了分析。 本文首先对试验概况进行了简述，试验包括：静载试验3片混凝土梁，疲劳试验10片混凝土梁。高强混凝土强度为65MPa，普通混凝土强度为45MPa;高强钢筋屈服强度为

660N/mm2，普通钢筋屈服强度为445N/m2。此后，对静载和动载试验结果进行了分析，并重点对高强钢筋高强混凝土梁疲劳使用性能中的裂缝宽度、刚度进行了统计分析和理论推导。 研究结果表明，在高强混凝土梁中应用高强钢筋，可以使两者的性能得以充分发挥，不仅承载力大幅度提高，而且能较好的满足正常使用极限状态的要求。高强混凝土受弯构件在疲劳荷载作用下刚度降低，裂缝宽度增大，其变化规律和受压区混凝土应变的增加规律基本一致。疲劳荷载作用N次后构件的裂缝宽度，可根据初始裂缝宽度和受压区混凝土应变增长系数来计算，也可采用与循环次数有关的初始裂缝扩大系数来计算。根据上述特点，经过分析推导，得到了高强混凝土梁在疲劳荷载作用下的截面应力、裂缝宽度、疲劳刚度计算公式。并根据试验分析，得到了高强钢筋S-N曲线回归公式。以上研究成果，为高强混凝土梁设计提供一定的参考依据，并可进一步推动高强混凝土与高强钢筋在实际工程中的应用。 本文最后介绍了高强混凝土原材料及配合比设计参数的选择，同时给出了原材料和配合比设计参数对高强混凝土强度和工作性的影响。以及高强泵送混凝土的配制、混凝土粘度增加及坍落度损失、混凝土养护、早期裂缝控制等施工中存在的几个问越进行了探讨，并提出了行之有效的解决办法。

10.期刊论文肖建庄.陈德银.查全瑶.XIAO Jian-zhuang.CHEN De-yin.ZHA Quan-fan高性能混凝土简支梁正截面

的抗弯疲劳性能-建筑科学与工程学报2008,25(1)

通过10根三分点加载方式下的简支梁抗弯静力和疲劳试验,研究了不同混凝土强度等级、不同钢筋类型和不同荷载水平对高性能混凝土梁正截面疲劳性能的影响.通过分析梁跨中挠度、压区混凝土应变和拉区钢筋应变以及梁裂缝的发展规律,考察了高性能混凝土梁在弯曲重复荷载作用下的疲劳损伤过程.结合高性能混凝土和钢筋的材料疲劳损伤分析,提出了高性能混凝土粱疲劳寿命方程和疲劳后梁挠度的计算公式,并将理论计算的疲劳寿命、挠度与试验结果进行了比较,最后对比分析了高性能混凝土梁与普通混凝土梁抗弯疲劳性能的差异.

引证文献(28条)

1.李星新.汪正兴.任伟新钢筋混凝土桥梁疲劳时变可靠度分析[期刊论文]-中国铁道科学 2009(2)

2.邓宗才.张鹏飞.李建辉.何唯平预应力AFRP加固混凝土梁的疲劳与静载特性[期刊论文]-中国公路学报 2007(06)

3.路淼.蔡建林.张庆宗.石启印碳纤维布加固钢筋混凝土吊车梁疲劳刚度研究[期刊论文]-实验力学 2007(05)

4.易伟建.孙晓东锈蚀钢筋疲劳后静力力学性能试验研究[期刊论文]-工业建筑 2007(09)

5.孙静.张庆宗CFRP加固钢筋混凝土梁抗弯疲劳寿命研究[期刊论文]-江苏建筑 2007(04)

6.黄华.刘伯权.刘鸣车辆荷载谱作用下简支T梁力学性能[期刊论文]-长安大学学报（自然科学版） 2007(02)

7.陈浩军.彭艺斌.张起森冷轧带肋钢筋混凝土受弯构件疲劳性能研究[期刊论文]-中国公路学报 2006(01)

8.Feng Xiufeng.Song Yupu.Zhu Meichun Fatigue Damage Modeling for Partially Prestressed Concrete Beams under Repeated Loadings with Variable Amplitude[期刊论文]-西南交通大学学报（英文版） 2006(03) 9.吕宏奎.刘炎海.王希超碳纤维布增强钢筋混凝土梁抗弯疲劳性能试验研究[期刊论文]-兰州交通大学学报

2006(04)

10.潘华.邱洪兴钢筋混凝土受弯构件正截面疲劳性能数值模拟[期刊论文]-东南大学学报（自然科学版）

2006(06)

11.孙晓东主筋锈蚀钢筋混凝土梁疲劳试验研究[学位论文]硕士 2006

12.孙晓东主筋锈蚀钢筋混凝土梁疲劳试验研究[学位论文]硕士 2006

13.高宏体外预应力FRP筋加固混凝土梁的疲劳性能研究[学位论文]硕士 2006

14.张建玲缓粘结部分预应力混凝土梁疲劳性能试验研究[学位论文]博士 2006

15.唐铅雄贴碳纤维布加固钢筋混凝土梁徐变后的疲劳性能研究[学位论文]硕士 2006

16.钟铭.王海龙.刘仲波.孟建伟高强钢筋高强混凝土梁静力和疲劳性能试验研究[期刊论文]-建筑结构学报

2005(02)

17.冯秀峰.宋玉普.宋元成预应力混凝土受弯构件疲劳损伤全过程非线性分析[期刊论文]-大连理工大学学报

2005(03)

18.张一卓桥梁伸缩装置疲劳破坏分析及寿命估算[学位论文]硕士 2005

19.黄华钢筋混凝土梁桥在车辆荷载谱作用下的动力性能分析[学位论文]硕士 2005

20.冯秀峰混合配筋部分预应力混凝土梁疲劳性能研究[学位论文]博士 2005

21.章坚洋混合配筋部分预应力砼梁正截面疲劳性能研究[学位论文]硕士 2005

22.张轲预应力碳纤维布加固混凝土梁弯曲疲劳性能研究[学位论文]博士 2005

23.查全璠新型高性能混凝土轨道梁受力性能和疲劳损伤研究[学位论文]硕士 2005

24.赵卫强.善纯勇.赵敏.曹伟钢筋混凝土结构疲劳时变可靠性分析[期刊论文]-沈阳建筑工程学院学报(自然科学版) 2004(03)

25.吴永红高强钢筋高强混凝土受弯构件疲劳性能试验研究[学位论文]硕士 2004

26.骆志红碳纤维布加固钢筋混凝土梁的抗剪疲劳试验研究[学位论文]硕士 2004

27.李士彬钢筋混凝土受弯构件的疲劳性能研究[学位论文]硕士 2004

28.陈浩军.彭艺斌.张起森冷轧带肋钢筋混凝土受弯构件疲劳性能的试验研究[期刊论文]-东南大学学报(自然科学版) 2002(05)

本文链接：https://www.wendangku.net/doc/5010109771.html,/Periodical_tmgcxb199905002.aspx

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