西宁轨道交通钢筋混凝土梁疲劳性能研究.docx

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1、西宁轨道交通钢筋混凝土梁疲劳性能研究摘要：帧着我国经济的飞快发展，各个大城市为了满足人们快捷出行的需要，同时加快城市建设的脚步，越来越多的城市开始兴建地铁以及高铁.由于轻轨和地铁行车速度稳定，大量节省时间及能源，已经逐渐成为飙佳的大众交通运输工具。然而受到地铁运行时产生的机乍疲劳荷载的作用，对轨道梁结构在使用过程产生了很大破坏，极大的影响了地铁轨道梁的使用寿命。随着这些经常承受重红荷载作用结构的应用，以及高性能混凝土、高强钢筋的广泛应用.许B构件处于高应力状态下工作，使得混凝土结构的瘀劳成为不可忽视的问本文通/批注L1J:删除！应写西宁市轨道交通钢筋混凝土结构梁发挥的作用，我们为什么要研究它的

2、疲劳性能？过对不同配合比的高性能钢筋混凝土梁在有限次疲劳荷载作用后，对其正截面抗弯承载力试验试验，分析了高性能钢筋混凝土梁的破坏形态，对比了不同水胶比的钢筋混凝土梁的受力性能，并得出了疲劳循环次数对试验梁的抗弯承载力、跨中挠度、截面应变、钢筋应变和截面刚度的影响规律，以期望对钢筋混凝上结构的疲劳性能有更多的了解。引言悻文研究了不同配比下钢筋混凝土梁在静力荷载下的弯承载力、跨中挠度、截面应变、钢筋应变和截面刚度的影响规律；不同配比下钢筋混凝土梁在每次加完一定次数的动载后，_就会给梁做静载，梁的挠度变化情况。IJ批注L2:说明钢筋混凝I,梁的基础数据.1试验工况1.1 试件设计1.1.1 截面尺寸

3、木研究设计试件用8根钢筋混凝上梁，截面尺寸为：50OmmXlOOmmX85mm。梁纵向受力钢筋、箍筋及架立筋为HPB235（级）光圆钢筋，其中受力筋为26,实测屈服强度为247MPa,抗拉强度为388MPa.混凝土保护层厚度为12mm,为防止钢筋锈蚀在钢筋表而涂了亚硝酸钙阻锈剂，梁跨中在两根受力钢筋中部用细铁丝绑有测锈蚀的钢筋各一根（长度约80mm）。实际配筋如图1.1.1。表1.1.1加载!工况试验工况静载疲劳试验梁09、2327、3410、2130、351.1.2 混凝土配合比其中实验梁号09、10混凝土标号为Ca3O;21、23混凝土标号为Ca50；27、30混凝土标号为为Ca50z：3

4、4、35混凝上标号为Ca60z:其中a代表引气。采用5-2（）mm石子和PII52.5水泥。表LL2各混凝上配比混凝土标号水胶比Ca300.52（无掺合料）Ca500.30（加加粉燥灰和矿渣）Ca50z0.30（加粉煤灰、矿渣和硅渣）Ca60z0.28（加粉煤灰、矿渣和硅渣）表1.1.3混凝土抗压、抗折强度混凝土标号抗压强度（MPa）28d抗折强度（Mpa）3d7d28dCa305.513.032.43.0Ca5019.445.169.47.3Cil50z21.841.150.663Ca60,14.440.661.86.41.2 试验方法试验采用天山红水PLS-IOooKN液压疲劳试验机加载（

5、如图2）。试验时白制加载架及简支梁支座，使其方便加载。做静载试验时在梁跨中两侧各布置一个百分表，在梁底粘贴一木条，测跨中挠度（如图3）。图Ll2试验加载装置图1.1.3测挠度装置试验加载采用跨中加载集中力，做期教试验时，每次加载1KN,直到钢筋混凝土梁完全破坏为止，加载过程，主要测量混凝土拉应变、混凝土压应变、钢筋拉应变、跨中挠度、裂缝宽度、开裂荷载、破坏时的极限荷教（以裂缝宽度达到1.5mm为标志）。I试脸数据全都为手工记录。_T批注IL4：没必要！做疲劳试验时，取破坏荷数PU的20%60%（4J2kN）作为疲劳荷载取12kN（最大值），取8kN（12-4=8kN）为疲劳时力的振幅，此时疲劳

6、荷载的特征（最小荷载与最大荷载比）为P=0.29。因此疲劳试验机压头持力为8kN“（82+8=l2kN为疲劳时最大力），试验频率为5Hzo疲劳过程：0,静载，10000,静载，50000,静载，100000,静我，300000,静我，500000,静载，1000000,静载，2000000,如未破坏（1.5mm裂缝）静教到破坏。静载分4级加载每次加载3kN,直至加载到l2kN为止，每次加载时间至少为5min,加数速率为0.01kNs,通过压力计算得传感器上部承压板审约4.5kN.百分表测位移（挠度），量程IOmm,精度0.（）Imm.每一级加载后，均测量混凝土拉、压应变，钢筋应变、梁的跨中挠度

7、，裂缝宽度。2实验结果与分析2.1不同配比的梁的静载试验分析经过试验过程中4种不同配比梁对不同荷载大小下梁的裂缝的观测，并对其运用钢筋混凝土正截面受弯3个阶段进行分析可知：正截面受弯第一阶段（荷载为O-初裂），梁处于未裂阶段，没有裂缝，且做静教的时候挠度增长缓慢；正截面受弯第二阶段（出现裂缝-裂缝宽度达到15mm）,是带裂健工作阶段，裂缝长度逐渐延伸，且宽度变宽，挠度增长较第阶段快；当裂缝宽度达到1.5mm,钢筋屈服，认为梁体已经破坏；正截面受弯第三阶段（钢筋受力阶段），是钢筋屈服的破坏阶段，裂缝宽度快速增加，挠度增长加快（见图1）。4根梁荷载挠度曲我oMcxjWftHBK2泗。帚收网度由-0

8、SfciIJIt共度阵X3toiW爰fI*fiBW12RSmrt图2.1.14根梁荷载.挠度曲线试验数据表明：Ca30初裂荷载约7kN,破坏荷载（PU）约20kN,完全破坏荷载（梁失去承载力）约23kNCa50初裂荷载约8kN,破坏荷载（Pu）约19kN,完全破坏荷载（梁失去承载力）约3OkNCa5Oz初裂荷载约7kN,破坏荷载（Pu）约18kN,完全破坏荷载（梁失去承载力）约25kN。Ca60z初裂荷载约IOkN,破坏荷载（PU）约2lkN,完全破坏荷载（梁失去承载力）约33kN.同时由图像4可知梁在薛教过程中随着荷载的增大，梁的挠度会越来越大，荷教-挠度比也越来越大，刚度B则越来越小。图2

9、.1.2左4根静载梁的完全破坏图右锈蚀钢筋梁破坏时般在跨中左右两侧出现两条明显裂缝，而跨中出现微裂纹或不出现主要是由于梁跨中钢筋绑扎了一小段测钢筋锈蚀的钢筋，此钢筋提高了梁的破坏承载力。4根梁荷裂缝宽度曲线Tr=I-WcSO有flW熨展部，23CaSOMfX【浸50XHAlS常黜CMim阴震狙E0129457lfttf!5l*m图2.L34根梁荷载.裂缝宽度曲线由图5可知梁在静栽过程中随着荷载的增大，梁的裂缝宽度会越来越大，且裂健宽度的增长也会越来越快。4根梁变化趋势基本一致。O吗Ca30荷载应交曲姣25-4ONX、券修27号CaSOz荷载-应变曲线-I(XX)应受10涧筋应变 一混凝土拉应变

10、混凝土压应笠2IrM号CMOz荷皱应变曲线-RWiS,MHS40006000WOOIDQOOfi4图2.1.4荷载-应变曲线通过对图&9的数据分析以及试验现场的观察：刚开始加载时，沿梁高量测到应变都比较小，此时梁的工作情况类似于匀质弹性体，应力与应变成正比，受压区与受拉区混凝土应力分布图形为三角形。因此，正截面受弯第一阶段，图中三条线均应为直线，且应变都较小，由于粘结力的存在，受拉钢筋的应变应与周围同一水平处混糠土拉应变相等，即两条线几乎重合：正截面受弯第二阶段，在纯弯段梁抗拉能力薄弱段某一截面处，当受拉区边缘纤维拉应变达到混凝土极限拉应变时出现第一条裂缝，混凝上开裂后就会将原先承担的一部分拉

11、力转移钢筋，使得钢筋应变逐渐增大，因此，钢筋拉应变和混凝土拉应变在此阶段会不断增大；正截面受弯第三阶段，钢筋屈服梁截面曲率及挠度突然增加，裂缝宽度随之扩展并沿梁高向上延伸，中和轴继续上移，受压区高度进一步缩小，此时，受压区混凝土边缘纤维应变迅速增长，钢筋拉应变也会增加更快。2.2不同配比的4根梁的疲劳试验分析在每次给梁加载完一定次数的动载后，对梁进行静载，静载力为12KN,分4级加数，每级为3KN,每级加载时间间歇保持至少5min（保证力完全加载在梁上）。在每次加完一定次数的动载后，就会给梁做静载，且每次静载静载时将测挠度的百分表调零，测量的每次挠度都从0开始，所得数据绘的图如下：10Ca30

12、R帜被劳下的荷载旅厦曲戏MUW1S42O*21号CaSO累积稷劳下的荷载-挠度曲或30Ca50z累根痕劳下的荷载-挠度曲线lsw5 O一. Wio: - i5w0t - 10000x,04 ftS,mm35号Ca5e3累税硬劳下的荷载-挠度曲线图2.2.1累积疲劳下的荷教-挠度曲线图2.1梁疲劳循环次数混凝土标号疲劳荷载/KN疲劳循环次数Ca304-12236000Ca504-12289000C50z4-12248100Ca60z4-122675(X)由统计的数据及所绘的荷载-挠度曲线图，对比4组图分析知：当加累积动我0次后给梁做静战，所得的挠度最大：当加累积动载IooOOo次后给梁做静秋，所

13、得的挠度最小。其基本上满足随累疲劳积次数的增多，给梁做朝载时，梁的挠度逐渐减小，但累计挠度越来越大-由于在加动载次数。时给钢筋混凝土梁做睁载，梁会产生微裂缝宽度约为00lmm,由钢筋正截面受力的第二阶段可知：梁在产生裂缝后，钢筋与混凝土共同受力，但受拉区大部分混凝土会逐渐退出工作。因此，从疲劳过程中，从裂缝产生到裂缝宽度达到1.5mm这一过程中，混凝土梁承载力与混凝土抗折强度有很大的关系，本实验所做的梁疲劳循环次数均在300000次以下，且疲劳寿命随混凝土抗压、抗折强度的大小有关，钢筋混凝土梁抗压、抗折强度越高疲劳寿命越长。4根梁帐劳次数.裂缝宽度曲境一；叫J困E短图2224根梁疲劳次数-裂缝

14、宽度曲线10号G30累积疫劳下的荷载钢筋拉应变-WcWWsSitt曲线21号CaSO累枳疲劳下的荷皱锅药拉应受CRo-30号CaSOz累积疲劳下的荷载-钢筋拉应变曲线Ns!35号Ca60z累积痿劳下的荷载钢筋技应变曲成一IltWRKBi5IS(asm*图2.2.3累积疲劳下的荷载-纲筋拉应变曲线10号Q301：帜疲劳下的荷叙混凝土左侧21号QSOJR积疲劳下的荷戴-混破土左IB压应变曲史左的侬is-400-3SO-300-Z50-200-130WO-WOo30号CaoOz素帜疲劳下的荷戴-混凝土左角压应受曲线一好的次贴解,直求科WOooA*sK-C-萼ToOoa及裁左例正痛柄wogr靠友电山_襄_Ww-SOO -400)00*200400C8o400-350firMuo 6 4图224累积疲劳下的荷载-混凝土左侧压应变曲线35号C60z累根楼劳下的荷载-混凝土左1压应交曲线10号Ca30累积疲劳下的荷载