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混凝土疲劳剩余强度试验研究综述 摘要：本文在参考大量国内外文献的基础上，介绍了混凝土疲惫剩余强度试验的发展历史与当代探讨应用现状，总结了关于混凝土疲惫性能的探讨进展，旨在进一步推动混凝土疲惫剩余强度试验的应用与探讨。 关键字：混凝土疲惫；剩余强度；疲惫性能 1引言 混凝土结构是当今世界运用最为广泛的结构形式之一，它们除了受静力荷载作用外还受到车辆、飞机、核动力以及风、波浪、水流等反复荷载的作用，疲惫失效是其主要破坏形式之一。因此对混凝土在疲惫荷载下性能的探讨显得尤为重要。 疲惫破坏是指材料在低于静载强度的循环荷载作用下说发生的脆性破坏。随着钢筋混凝土结构的不断发展，在材料方面采纳高强混凝土和高强钢筋，出现了大批高强、轻质的混凝土结构；在设计理论方面，采纳充分利用材料强度的设计方法，这些因素都使得结构中的一些构件处于困难的高应力状态下。此外混凝土结构被接连的用到很多循环次数多的且重复荷载较大的场合，关于混凝土疲惫性能的探讨也越来越成为工程界的热点问题。 人们对混凝土的疲惫问题进行了大量的试验探讨和理论分析。在试验探讨方面，探讨集中在混凝土疲惫S-N曲线方程、疲惫强度、疲惫变形发展规律和混凝土性能的衰减。在理论探讨方面，对疲惫累积损伤理论、疲惫破坏随机预料理论和疲惫本构模型的探讨绽开较多。下面就结合已有的文献，对当前国内外混凝土疲惫问题试验和理论方面的探讨现状进行全面描述。 2 混凝土疲惫性能试验探讨概况 2.1 单轴疲惫试验 Van Ornum首次采纳立方体和棱柱体试件进行了混凝土单轴受压疲惫试验，采纳最大应力水平Smax为0.550.95，最小应力Smin为0，结果表明Smax=0.55时对应的疲惫寿命为7300。60年头的主要探讨结论是：混凝土至少有107以上的疲惫寿命；200万次抗压疲惫强度折减系数时0.50左右；加载频率在1HZ和7.5HZ之间对疲惫强度几乎没有影响，但当频率小于1/6HZ会使疲惫强度降低；残余应变在起先的几千次疲惫荷载作用下增长较快，以后渐渐趋于平稳；变形模量随循环次数渐渐衰减。Chimampant进行了一系列高强混凝土单轴波动压下的试验。混凝土抗压强度从52MPa到84MPa，最大应力从0.4fc至0.9fc改变。运用两种不同的加载频率，即6HZ和12HZ。视察到高强混凝土与一般混凝土疲惫性能明显差异。报告指出直至101万次循环，高强混凝土的S-N曲线是线性的。Clemmer探讨了素混凝土的弯曲疲惫，指出混凝土的疲惫极限是静载弯曲强度的55%。Kesler5发觉混凝土没有固定的疲惫极限，但是得到了同拉伸应力水平下荷载循环1010万次的疲惫强度。宋玉一般过对变截面混凝土棱柱体试件进行拉-压疲惫试验，也得到反向压力对混凝土抗拉疲惫寿命的降低有很大影响的结论，同时他还得到了疲惫应变和变形模量发展三阶段规律的演化方程。 2.2 多轴疲惫试验 从20世纪80年头以后人们起先对混凝土双轴疲惫性能进行了试验探讨。Jeragh最早进行了两种荷载加载路径下的立方体混凝土双轴疲惫试验，得到的主要结论是：全部双轴应力状态下混凝土疲惫强度均比单轴状况下高。Buyukozturk完成了平面混凝土试件在肯定侧向压应变下的双轴受压疲惫试验，得到混凝土在水平和纵向的应力-应变关系与初始侧压条件的有关的结论。关于混凝土的双轴受压疲惫破坏形态，均为沿着自由面法向呈片状受拉破坏，且与双轴静载破坏形式相同，这为合理的说明双轴疲惫损伤机理供应了试验基础。 对于三轴受压疲惫问题，Desayi进行了螺旋钢筋约束下圆柱体混凝土试件的疲惫抗压性能的探讨。得到结论：混凝土的疲惫破坏与其强度无关，疲惫破坏时与静态破坏时形态相同；侧压的约束作用提高了混凝土的疲惫强度。 3 混凝土疲惫性能理论探讨进展 3.1混凝土疲惫累积损伤理论 由交变循环应力引起材料力学性能劣化的过程称为疲惫损伤，疲惫破坏事实上是疲惫损伤趋于某个临界值的累积过程。目前，混凝土疲惫累积损伤的探讨主要包括： 1）基于等幅与变幅疲惫试验测量损伤改变提出疲惫损伤非线性累积的阅历模型； 2）基于连续介质损伤力学的疲惫损伤理论。 在疲惫荷载的作用下材料性能要发生恶化，目前定义混凝土的损伤变量主要有：弹性模量法、剩余强度法、最大疲惫应变法、残余疲惫应变法、耗散能量法、超声波速法等。 3.2 混凝土疲惫破坏随机预料理论 疲惫损伤本质上是一个动态随机过程，因此，疲惫破坏的随机预料具有肯定的理论基础与现实意义，它主要包括剩余强度预料、疲惫剩余寿命预料与疲惫损伤状态预料等内容。 概率方法从最早被McCall基于凝土疲惫损伤理论提出了疲惫寿命预料的概率方法，对疲惫损伤过程进行了模拟，从而给出了在确定疲惫次数下和疲惫破坏下的损伤状态密度分布函数。 3.3 混凝土疲惫本构模型的探讨现状 目前对能精确模拟循环加卸载尤其是疲惫荷载作用下混凝土性能的模型却不多。有限的文献资料显示这方面的探讨主要包括以下几类：线适度法、插值或数学函数法得出循环应力一应变曲线；以不行逆热力学为基础的本构模型；基于损伤理论的疲惫本构模型；边界模型； 4 结论 由前面的论述可知，混凝土疲惫强度、累积损伤以及性能劣化规律探讨是混凝土疲惫力学性能的一项重要的基础性探讨，也是工程实际须要迫切解决的一项重要任务。但是由于疲惫试验费时费劲且对试验设备要求较高，所以目前国内外相关的试验探讨开展的较少。通过对混凝土疲惫试验现状的综述可见，目前对混凝土单轴疲惫试验探讨绽开较多，而对单轴疲惫状况下混凝土剩余强度探讨较少。从理论探讨现状的综述可见，现有的累积损伤理论和本构模型也存在肯定的缺陷。如何提出一套简便、好用、能模拟混凝土高周疲惫时剩余强度衰减的本构模型也是探讨者关切的主要问题之一。 参考文献 1 Van Ornum J. L. Fatigue of cement productsJ.Transactions， ASCE， 1903， 51， 443. 2 Clemmer H. E .Fatigue of concreteJ.Proceedings， ASTM， 1922， 22：408-419. 3宋玉普，吕培印.混凝土轴心拉一压疲惫性能探讨J.建筑结构学报，2002， 23 ： 36-41. 4 D. Yang. A distribution function for the fatigue life of concreteJ. Magazine of Concrete Research， 11014， 46：215-221. 5混凝土疲惫专题组.混凝土受弯构件疲惫牢靠性验算方法的探讨M.北京，中国建设工业出版社，11014. 6王瑞敏，赵国藩，宋玉普.混凝土的受压疲惫性能探讨J.土木工程学报，11011，24：38-47. 第6页 共6页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页