[发明专利]一种弯剪受力状态下混凝土疲劳强度曲线的获取方法

说明书

技术领域

本发明涉及混凝土疲劳试验技术领域，尤其涉及一种弯剪受力状态下混凝土疲劳强度曲线的获取方法。

背景技术

混凝土结构疲劳抗力效应的确定是开展结构疲劳可靠性研究至关重要的环节。混凝土结构疲劳性能研究多从弯拉和剪切受力状态角度展开，数十年以来国内外学者在该领域展开了广泛研究，取得了丰硕的成果，但前人的研究范围主要在较为简单的受压、弯拉及拉压受力状态疲劳试验；复杂的受力状态有围压、侧压及双轴压疲劳试验研究，而对于混凝土剪切受力为主的疲劳强度曲线研究相对较少。因此，开展混凝土构件疲劳试验，以研究混凝土弯剪状态下的疲劳抗力效应和疲劳强度曲线方程，是开展预应力混凝土梁桥弯剪疲劳可靠性研究的必要前提，具有重要的理论及工程意义。

然而，目前的混凝土抗剪疲劳性能研究多从试件形式和加载方式的设计入手，使剪切面破坏时的应力状态与实际桥梁的应力状态相近，而忽略了在每一个应力循环中，平均应力和应力幅值对疲劳寿命的影响，而直接用最大应力进行分析计算，这样会导致分析结果的精确性的大幅降低。

随着科学技术的不断发展和进步以及实际应用对混凝土疲劳寿命结果的精确性的更高要求，急需一种合理可靠、精确度高的弯剪受力状态下混凝土疲劳强度曲线的获取方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是解决现有的弯剪受力状态下混凝土疲劳强度曲线的试验方法，在实际应用过程中，不考虑实际应力大小的变化范围，从而导致测试结果精确度差、实际应用过程易带来不良后果的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种弯剪受力状态下混凝土疲劳强度曲线的获取方法，包括以下步骤：

S1、基于待测混凝土的弯剪受力状态，设计混凝土试件和加载装置的结构；

S2、制作混凝土试件和加载装置，开展疲劳试验，并获得疲劳试验结果；

S3、对获得的疲劳试验结果进行拟合，获得弯剪受力状态下混凝土的最大应力S_max与破坏循环次数N的关系，即疲劳强度S_max-N曲线，引入应力幅值S_a和平均应力S_m，获得弯剪受力状态下混凝土的应力幅值S_a和平均应力S_m两者与破坏循环次数N的关系，即疲劳强度广义的S_a-S_m-N曲面。

在上述技术方案中，步骤S1还包括，利用有限元程序对混凝土试件弯剪应力场仿真模拟，以得到能模拟中小跨径预应力混凝土梁桥实际过程中弯剪疲劳应力状态的混凝土试件。

进一步的，在上述技术方案中，步骤S1中，所述弯剪受力状态为混凝土的正应力与剪应力的比值，所述混凝土试件为局部加固的改进型的“Z”型试件。

更进一步的，在上述技术方案中，步骤S1中，所述局部加固为局部钢板建筑结构胶粘贴加固。

在上述技术方案中，步骤S2中，所述疲劳试验包括：将混凝土试件置于加载装置中，设定加载装置的荷载，荷载采用正弦加载，等幅控制，重复多次加载试验，直至混凝土试件被破坏，混凝土试件破坏时的加载次数即为该应力水平下的疲劳寿命。

在上述技术方案中，步骤S3中，对获得的疲劳试验结果拟合时，采用最小二乘法进行拟合，以得到弯剪受力状态下混凝土的疲劳强度S_max-N曲线。

进一步的，在上述技术方案中，步骤S3中，拟合获取S_max-N曲线时，引入存活率，获得存活率为90％的弯剪受力状态下混凝土的疲劳强度S_max-N曲线。

更进一步的，在上述技术方案中，步骤S3中，在引入应力幅值S_a和平均应力S_m的影响时，利用等寿命曲线，得到最大压力S_max与应力幅值S_a和平均应力S_m的关系，最终获得弯剪受力状态下混凝土的疲劳强度广义的S_a-S_m-N曲面。

更进一步的，在上述技术方案中，步骤S3中，所述等寿命曲线为：

其中：

S_-1为最小压力S_min比最大压力S_max为-1的混凝土试件的疲劳极限，

σ_b为混凝土试件的拉伸强度极限，

m为混凝土试件的拟合常数，对于脆性材料，m＝1。