混凝土实时剩余强度损伤模型研究

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发布时间：2021-09-22

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混凝土实时剩余强度损伤模型研究
陈悦。周建庭’。沈培文
(1．重庆交通大学土木建筑学院，重庆400074；2．重庆市建筑科学研究院，重庆400015)
摘要：随着超重车辆的大量出现，混凝土桥梁的疲劳问题越来越受到重视，然而，现有的混凝土剩余强度损伤模型因参数和影
响因素众多不便于运用于实际环境条件下的混凝土桥梁，基于此从循环次数和应力水平两种因素出发，吸收借鉴已有的经验教训，
提出了新的适用于服役混凝土桥梁的实时剩余强度损伤模型，该模型不受加载顺序的影响，也不需要事先知道混凝土的疲劳特性，
经检验效果较好。
关键词：混凝土；剩余强度；服役桥梁；实时；疲劳特性
中图分类号： TU528．01 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(2014)10—0038—03
Research on damage model of real-time residual strength for concrete
CHEN Yue。，ZHOUJianring ，SHEN Peiwen
(1．College ofCivilEngineering andArchitecture，Chongqing JiaotongUniversity，Chongqing400074，China；
2．Chongqing Construction Science Research Institute，Chongqing 400015，China)
Abstract： With a large number ofoverweight vehicles，the fatigue ofconcrete bridges has been paid more and more attention，however，
the existing concrete damage model ofresidual s~ength was not convenient to be applied under the practical environment，due to numer—
OUS param eters an d influencing factors．So a new damage model of real-time residual strength for concrete bridge was proposed by absorb—
ing the existing experience an d lessons and only considered two factors that are cycle index and stress leve1．This model was not affected by
loading sequence an d didn’t need to know the fatigue properties ofconcrete．Finally the model is beter through the test．
Key w ords： concrete；residual strength；in-service bridge；real—time；fatigu e property
0 引言
在过去的50年里，中国修建了数十万座混凝土桥梁，
当前仍在正常服役，这意味着按旧规范设计的桥梁目前承
担着与往日不同的车辆荷载，过重的轮载和环境侵蚀作用
导致混凝土桥梁出现了开裂、钢筋锈蚀等突出病害，由此
造成的混凝土构件的疲劳损伤不容忽视[1-2]。从微观角度出
发，混凝土材料的疲劳过程其实也就是一个裂纹引发、扩
展、回复、再引发、再扩展、再回复最后直至破坏的过程；从
宏观角度出发，这一过程表现为材料损伤的逐步积累和材
料性能的逐步劣化的过程。在该过程中剩余强度不断降
低，当剩余强度降低到等于循环应力的应力水平上限时疲
劳破坏就发生[5-7]，所以了解疲劳过程中混凝土剩余强度的
衰减规律显得尤为重要。
在进行疲劳试验时，通常某一试件的宏观力学物理
量，如：应变、弹模等较易测量，而要得到不同损伤状态下
单个试件的剩余强度衰减规律则十分困难[5-4]，究其原因在
于，一是单个试件只能提供特定损伤状态下剩余强度，要
想获取其衰减变化规律，需要消耗大量的试验数据样本；
二是不同混凝土试件测得的结果离散性较大，不利于试验
数据分析，较难获取具有统一认识的典型规律性的剩余强
度发展变化趋势。而服役桥梁的健康监测系统宛如一个活
体试验室，能提供给我们不少实时的疲劳特征参量，如：疲
劳荷载上下限、循环次数。正是在上述背景下，本研究紧密
结合服役桥梁健康监测系统提供的参量类型来探求当前
混凝土构件剩余强度衰减模型，以期达到给出混凝土构件
实时剩余强度的目的。
1 混凝土剩余强度衰减模型
疲劳荷载作用前混凝土的剩余强度为静载极限强度，
当其强度因疲劳荷载作用衰减至疲劳荷载上限应力时，达
到混凝土的疲劳寿命。根据热力学的观点，损伤是不可逆
的，混凝土强度衰减方程必须满足热力学条件，即要求剩
余强度为单调递减函数。另外，从疲劳损伤的物理意义来
看，大荷载作用一周造成的强度损失大于小荷载作用一周
造成的强度损失。综上所述，混凝土剩余强度衰减的确定
性方程需要满足以下条件嘲：