钢筋混凝土结构损伤演化及预后分析方法研究

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1、隶劫大·粤硕士学位论文万方数据钢筋混凝土结构损伤演化及预后分析方法研究本论文获国家自然科学基金资助项目(11072060)资助。万方数据删㈣m跏删㈣㈣《Y2707842STUDYONM[ETHODSOFDAMAGEEVOLUTIONANDPROGN0SISINREINFORCEDCONCRETESTRUCTURESADissertationSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYⅥ硷NGGuifeiSupervisedbyProf．LiZhaoxiaSolidMechanic

2、sSoutheastUniversityJune2014万方数据东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：土盔熊日期：垫!生§：≥东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手

3、段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括以电子信息形式刊登)论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布(包括以电子信息形式刊登)授权东南大学研究生院办理。研究生签名：i!：盔丝导师签名期：万方数据摘要钢筋混凝土结构损伤演化及预后分析方法研究硕士研究生：王贵妃导师：李兆霞教授钢筋混凝土结构在国民经济及日常生活中起着举足轻重的作用，大量的中小型桥梁的主体部分均为钢筋混凝土梁。在这些钢筋混凝土桥梁的结构设计与分析中，能否对钢筋混凝土梁进行准确分析是基于桥梁性能进行结构设计和保障桥梁安全服役的关键。这些桥

4、梁在运营过程中，由于设计、施工问题及材料本身随时间的劣化、环境腐蚀等因素的影响，不可避免的会产生损伤；同时，随着我国经济的发展，不少桥梁存在着设计等级偏低等的安全问题。因此，对钢筋混凝土桥梁的安全使用寿命进行分析，发展钢筋混凝土桥梁的预后分析方法，不仅可以方便桥梁管理者的管理，而且便于工程师们对桥梁的病害做到预知与防治。围绕上述钢筋混凝土结构工程中的问题，本文主要进行了以下研究：1)重点考虑了钢筋混凝土梁受拉区混凝土的抗拉能力及其损伤演化特性，同时考虑了钢筋混凝土梁中钢筋与混凝土的物理非均质性，建立了钢筋混凝土梁的新的结构分析模型。其中混凝土的损伤演化特性通过Mazars提出的损

5、伤模型进行模拟，钢筋和混凝土的非均质性通过采用层合梁理论将钢筋等效为钢筋层来考虑。基于新的钢筋混凝土梁的结构分析模型，详细推导了钢筋混凝土梁的弯曲变形过程中中和轴位置随荷载的变化、钢筋混凝土梁挠度以及钢筋混凝土梁截面应力变化的解析表达式，建立了新的钢筋混凝土梁的解析分析理论；2)建立了钢筋混凝土桥梁损伤分析的有限元模型，结合桥梁结构健康监测数据和结构损伤有限元分析模型，对钢筋混凝土桥梁在实测交通荷载和预估交通流量增长等因素作用下的损伤累积状态进行了预后分析；3)为了对钢筋混凝土桥梁进行更加准确的服役寿命分析，建立能够反映钢筋混凝土桥梁寿命衰减机理的寿命分析模型，本文研究了混凝土收

6、缩以及荷载长期效应对桥梁结构损伤演化和服役寿命的影响，重点考虑了混凝土损伤演化过程中拉应力的作用及其对寿命的影响，对现有的钢筋混凝土梁的挠度计算公式进行修正，建立了新型的钢筋混凝土梁的挠度计算公式。在该挠度计算公式的基础上，获得了钢筋混凝土梁的寿命分析模型。最后，运用上述所建理论，以某大桥为工程背景，建立了该钢筋混凝土桥用于损伤预后分析的有限元模型，重点研究了C55混凝土损伤塑性模型中的参数设置和钢筋的优化布设；研究了该钢筋混凝土桥梁结构的安全服役性能，预测了其服役寿命。本文的研究结果表明：1)所建立的钢筋混凝土梁理论能够较准确地描述钢筋混凝土梁服役过程中的损伤和弯曲变形过程，并

7、能进行钢筋混凝土梁的优化布筋设计和安全万方数据乐雨大学帧士学位论文服役分析，从而消除钢筋混凝土梁安全服役的隐患；2)在钢筋混凝土桥梁的正常运营环境中，交通流量作为桥梁结构产生损伤累积的主要原因，其在未来服役期内的增长会加速结构的损伤累积，因此，在钢筋混凝土桥梁的损伤预后分析中，考虑交通流量的增长与模型的更新是十分必要的；在桥梁的损伤分析中，昼夜温差以及季节性温度的变化虽对桥梁的损伤累积过程有显著的影响，但在桥梁未来长期服役过程中，气候变暖所引起的钢筋混凝土桥梁的损伤累积的变化较小