預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的腐蝕疲勞損傷行為與時變抗力預(yù)計

許多預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)須要承受疲勞荷載與腐蝕環(huán)境的共同作用，這將導(dǎo)致鋼筋和粘結(jié)發(fā)生不收斂的腐蝕疲勞耦合損傷，結(jié)構(gòu)抗力因此而不斷退化。本項目之前有關(guān)腐蝕疲勞問題的研究都是基于先腐蝕再快速疲勞或同時快速腐蝕疲勞兩種加速試驗手段而開展的，這難以模擬實際情況下腐蝕和疲勞長期耦合、互相促進(jìn)而形成的慢速進(jìn)行性損傷。 本項目在深入梳理預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究體系的基礎(chǔ)上，以氯鹽腐蝕環(huán)境為主要背景，以有粘結(jié)鋼絞線預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)（含地面預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)和地下預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)）為對象，首先研發(fā)了獨特的、適合于預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件長期腐蝕疲勞共同作用之試驗?zāi)M的成套技術(shù)及其理論支撐，在此基礎(chǔ)上，通過長期腐蝕疲勞試驗?zāi)M和理論分析，考慮腐蝕與疲勞二者的作用強度搭配水平及耦合作用時間影響，考慮鋼絞線材料特殊微觀結(jié)構(gòu)特征及其影響下的典型坑蝕特征和力學(xué)響應(yīng)特征，獲得了疲勞耦合下鋼絞線的腐蝕損傷特征及演化規(guī)律、腐蝕耦合下鋼絞線的疲勞損傷特征及演化規(guī)律、以及腐蝕疲勞損傷鋼絞線的受拉性能退化特征；獲得了腐蝕鋼絞線與混凝土的靜力粘結(jié)性能退化特征以及鋼絞線與混凝土的粘結(jié)腐蝕疲勞壽命退化模型；獲得了腐蝕鋼絞線預(yù)應(yīng)力混凝土梁的彎曲疲勞性能退化特征；考察了腐蝕環(huán)境下預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)的靜力工作性能退化行為，獲得了氯鹽環(huán)境下錨索內(nèi)錨段腐蝕速率及索體受拉強度預(yù)計模型、以及氯鹽環(huán)境和硫酸鹽環(huán)境錨索結(jié)構(gòu)錨固性能退化規(guī)律及模型；獲得了氯鹽環(huán)境下后張預(yù)應(yīng)力錨固體系的腐蝕特征。這些成果對完善預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)全壽命工作性態(tài)預(yù)計及設(shè)計理論、推動混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展、確保重大土木工程安全使用具有理論和技術(shù)參考價值。 然而，作為基礎(chǔ)性、先行性研究項目，時至結(jié)題仍存在一些沒有很好解決的困難，主要體現(xiàn)在腐蝕耦合下疲勞損傷定量模型研究中，原因在于疲勞損傷定位和定量的聲發(fā)射監(jiān)測存在瓶頸。目前，課題組仍在努力設(shè)法克服上述困難以繼續(xù)完善此項研究工作；同時，在本項目已經(jīng)獲得的研究成果的基礎(chǔ)上，今后仍將進(jìn)一步擴(kuò)展研究對象、考慮復(fù)雜構(gòu)造問題、發(fā)展試驗?zāi)M技術(shù)以及數(shù)值模擬技術(shù)，以期使該項目獲得更為深入的研究成果。 2100433B

許多預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)須要承受疲勞荷載與腐蝕環(huán)境的共同作用，這將導(dǎo)致鋼筋和粘結(jié)發(fā)生不收斂的腐蝕疲勞耦合損傷，結(jié)構(gòu)抗力因此而不斷退化?，F(xiàn)有腐蝕疲勞問題的研究都是基于先腐蝕再快速疲勞或同時快速腐蝕疲勞兩種加速試驗手段，這難以模擬實際情況下腐蝕和疲勞長期耦合、互相促進(jìn)而形成的慢速進(jìn)行性損傷。本項目以氯鹽腐蝕環(huán)境為背景，以有粘結(jié)鋼絞線預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)為對象，基于長期腐蝕疲勞試驗?zāi)M，結(jié)合有限元分析和理論研究，考慮腐蝕與疲勞二者的作用強度搭配水平及耦合作用時間影響，考慮鋼絞線材料特殊微觀結(jié)構(gòu)特征及其影響下的典型坑蝕特征和力學(xué)響應(yīng)特征，考慮腐蝕疲勞損傷及抗力退化的隨機(jī)特性，研究鋼絞線及其粘結(jié)的腐蝕疲勞損傷特征和演化模型，獲得鋼絞線及其粘結(jié)以及受彎構(gòu)件的抗力時變規(guī)律與概率模型。這將為完善預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)全壽命工作性態(tài)預(yù)計及設(shè)計理論、推動混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展、確保重大土木工程安全使用提供基礎(chǔ)理論依據(jù)。

低合金耐候鋼的耐大氣腐蝕性能源于其表面在腐蝕過程中形成的致密保護(hù)性銹層。但是在鋼結(jié)構(gòu)的服役過程中，該保護(hù)性銹層常常受到損傷。耐候鋼在銹層損傷后的繼續(xù)腐蝕行為，在很大程度上決定了耐候鋼的應(yīng)用價值。本申請擬模擬自然過程，通過l冷凍、熱震、擠壓等方式，在成分不同、且在不同條件下腐蝕不同時間的耐候鋼表面銹層中人為引入損傷，然后繼續(xù)進(jìn)行大氣腐蝕。通過電化學(xué)實驗、力學(xué)實驗和直接觀察，分析損傷處的繼續(xù)腐蝕行為，特別是損傷處新形成的腐蝕產(chǎn)物的成分、相組成、比表面積、缺陷形態(tài)、PH值變化、腐蝕前沿推進(jìn)速率以及局部腐蝕在鋼基體顯微組織中的發(fā)生發(fā)展規(guī)律。通過所獲得的實驗結(jié)果，確定影響銹層損傷處局部腐蝕行為的主導(dǎo)因素，為設(shè)計具備銹層損傷自修復(fù)性能的耐候鋼提供支持。在銹層中制造損傷的最大難度在于損傷程度控制。本申請?zhí)岢龅睦鋬?、熱震、擠壓等損傷制造方式，不僅模擬了實際服役過程，還能夠定量控制損傷程度。

所謂結(jié)構(gòu)疲勞損傷，是指由于重復(fù)荷載作用而引起的結(jié)構(gòu)材料性能衰減的過程，也就是通常所說的疲勞裂紋的發(fā)生、發(fā)展、形成宏觀裂紋、發(fā)生破壞的全過程。疲勞損傷與普通損傷的最大區(qū)別在于隨著荷載循環(huán)次數(shù)的增加，疲勞中的損傷存在一個累積的過程。

疲勞損傷(Fatigue Damage，F(xiàn)D)是由于循環(huán)載荷引起的裂紋起始及其持續(xù)擴(kuò)展，這種損傷是一個累積的過程。

以飛機(jī)為例，與飛機(jī)的使用情況(飛行小時或起落次數(shù))有關(guān)。必須制訂一個檢查要求，以保證在由于某種疲勞損傷造成任何飛機(jī)的剩余強度低于允許水平之前，提供探測疲勞損傷的最大可能性。

疲勞損傷評定應(yīng)考慮：

(1)適用的剩余強度，包括多部位疲勞損傷的影響。

(2)適用的裂紋擴(kuò)展率，包括多部位或多元件疲勞損傷的影響。

(3)與疲勞損傷擴(kuò)展間隔相關(guān)的損傷檢測期。疲勞損傷擴(kuò)展間隔是從首次檢測時間(門檻值)到所規(guī)定極限尺寸(臨界的)之間的間隔。損傷檢測期隨著所應(yīng)用的檢查方法及檢測概率而變化，并受結(jié)構(gòu)部件或工藝的影響(如密封膠遮蓋住損傷部位)。

(4)檢查方法的檢測標(biāo)準(zhǔn)。

(5)適用的檢查等級和方法(如目視、無損檢測)，方位(如外部、內(nèi)部檢查)及重復(fù)檢查問隔。