轮荷载疲劳试验机在混凝土板构件研究中的应用.pdf

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1、文章编号：1009—9441(2011)12—0001—03轮荷载疲劳试验机在混凝土板构件研究中的应用①口口杨秋宁1⋯。毛明杰1”，侯占修3(1．宁夏大学土木与水利工程学院，宁夏银川750021；2．宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术中心，宁夏银川750021；3．宁夏新型材料房地产开发公司，宁夏银川750001)摘要：以定点疲劳试验结果为基础。对比了在日本土木结构研究中模拟路面荷载采用的“轮荷载疲劳试验机”的测试结果，对所得试验结果的实效性进行了比较。结果表明，采用轮荷载疲劳试验机进行的模拟移动疲劳试验，可获得与车辆

2、实际运行中相同的道桥板疲劳破坏效应。为准确剖析钢筋混凝土板疲劳破坏的原因，道桥用板构件的设计、新技术、新施工方案的确立提供了试验依据。所阐述的一些试验观点和方法，对我国目前的道路桥梁设计与工程施工有一定的借鉴和参考性。关键词：轮荷载疲劳试验机；移动疲劳试验；钢筋混凝土板；疲劳强度中图分类号：U416．03；U416．216文献标识码：A引言随着国民经济的发展，我国基础交通建设的数量及规模越来越大。对桥梁使用中发生的桥面孔洞塌陷破坏也逐渐引起了重视。究其原因，多数为汽车交通量增加及货车过载所引起的钢筋混凝土板疲劳破坏。

3、为了明确其破坏机理，再现其疲劳破坏过程，各国研究者都做了大量的试验研究。其中日本大阪大学在20世纪80年代初，率先研制开发了可模仿实际道路桥梁板受荷载情况的轮荷载疲劳试验机¨J。迄今为止，包括日本土木研究所、旧日本道路公团、日本山口大学等机构，共有15台不同传动方式的该试验机被用于试验研究之中。为道路桥梁板结构力学模型的设置，提供了试验数值依据。轮荷载疲劳试验机如图1所示。1定点疲劳及移动疲劳试验结果比较道桥板按结构类型的不同，可分为预应力板、钢筋混凝土板、组合结构板及钢板等4种，其中钢筋混凝土板因其构造简单，施工方

4、便，造价较低，而在道路桥梁工程中被广泛使用。在工程建设竣工后，通图1自走式轮荷载疲劳试验机照片(山口大学)过对已建桥梁受损情况的观察、监测，从钢筋混凝土板面出现裂缝开始，到板面塌陷破坏丧失工作性能为止，按裂缝发展情况可分为4个阶段。各阶段具体破坏情况及特点如图2所示。第1阶段，由于混凝土变形及车辆荷载的影响，在车辆行进垂直方向，出现单方向裂缝。第2阶段，随着车辆荷载的持续施加，在车辆行进方向也出现了裂缝。第3阶段，由于裂缝处雨水的侵蚀和持续施载，裂缝继续增加并延伸，形成网格形状，同时有细小的混凝土块脱落，并有部分裂缝

5、贯穿板体。第4阶段，贯穿板体的裂缝不断增加，最终发生混凝土局部塌陷破坏，钢筋混凝土板丧失工作能力嵋’。通过对实桥破坏过程的观察、检测，混凝土板受拉侧裂缝呈网格状分布，仅在塌陷区发生有大面积混凝土脱落的现象。具体塌陷位置在破坏之前不可预测。塌落处混凝土剥落后，观察板塌落面内部破坏情况，断面与板中性轴夹角>600，未发现钢筋疲劳破坏。而笔者采用以往研究中通常使用的定点疲劳试验方法，对尺寸l400mmx1400mmx150mm试件的测试结果如图3所示。试件裂缝呈放射线状延伸，破坏时试件上表面载荷面同等面积区域，发生局部塌陷

6、破坏，断面与板中性轴呈约450夹角旧J。混凝土断裂面处有受拉钢筋断裂现象。这与实际破①基金项目：宁夏自然科学基金(NZl044，NZl047)；宁夏高等学校科学基金建材技术与应用12／2011(a)第l阶段出现单向裂缝(b)第2阶段出现双向裂缝(C)第3阶段裂缝网(d)第4阶段板塌陷破格化，混凝土细块脱落坏，底面局部混凝土脱落图2实际道桥板的破坏过程坏有着很大差异。将所测钢筋混凝土板的疲劳寿命与笔者使用山口大学的轮荷载试验机对1600mmX2600mm×150mm试件在递增荷载下的试验结果比较，在相同极限荷载比值条件

7、下，疲劳次数对数回归分析得到的钢筋混凝土板疲劳寿命

8、s一Ⅳ曲线如图4所示。在移动荷载的作用下，钢筋混凝土板200万次的疲劳强度比定点荷载作用下的强度降低了近I／2。以疲劳荷载循环次数为准进行比较后可以看到，移动疲劳比定点疲劳的破坏速度快了近1000倍。疲劳强度明显低于定点试验结果。观察轮荷载试验的试件破坏情况，板塌陷位置在长边支撑I／4处，较前预测的中心处不同，且塌落受拉区未、发现断筋破坏，对板塌落部分切断后观察，塌落断面形状呈矩形状，与板中性轴呈近700角向下延伸，到达受拉钢筋处后冲切角度减小，直至混凝土板底面。此

9、结果与实际观测到的道路桥梁板破坏断面形状相近，如图5所示。此结果为混凝土板试件测试过程中，沿轮荷载行进的轴线方向，同时间、同频率、等大小施加荷载。各部分所受荷载均匀，试件变形与支撑条件关系较大。且试件全范围受残存应力影响，残存应变较大。试件最终破坏位置、破坏形态除与施加的荷载大小相关外，试件的尺寸效应也不容忽视。由此可以确认，通过轮荷载疲劳试验