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专利号: 2018109778153
申请人: 长沙理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种预应力混凝土桥梁腐蚀疲劳寿命预测方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)计算疲劳荷载下受压区混凝土的应变和混凝土弹性模量;

2)采用锈蚀电流密度表征钢绞线的锈蚀速率,预测钢绞线的锈蚀损失,由此计算钢绞线剩余有效预加力;根据变形协调条件,考虑混凝土弹性模量退化,融入坑蚀导致的应力集中对钢绞线应变增长的影响,计算疲劳荷载引起的钢绞线弹性应变;考虑受压区混凝土塑性应变对钢绞线应变的影响,计算钢绞线塑性应变,得到锈蚀和疲劳共同作用下钢绞线应力;

3)考虑钢绞线张拉锚固后对受拉区普通钢筋预压力的影响,得到受拉区普通钢筋初始应力;计算疲劳荷载作用下受拉区普通钢筋弹性应力;考虑受压区混凝土塑性应变对受拉区钢筋应变的影响,计算钢筋塑性应力,得到锈蚀和疲劳共同作用下受拉区钢筋总应力;

4)随疲劳荷载次数的增加,对混凝土、受拉区钢筋、钢绞线的应力-应变进行实时计算,结合混凝土、普通钢筋、钢绞线应力-应变增长关系模型和失效准则,判定结构失效模式,对结构疲劳寿命做出评价。

2.根据权利要求1所述的预应力混凝土桥梁腐蚀疲劳寿命预测方法,其特征在于,步骤

1)的具体实现过程包括:

1)计算受压区混凝土顶部的弹性应变 其中, 和 分别为经历n-1次疲劳后的混凝土弹性模量和钢绞线有效张拉力引起的弯矩效应; xn和分别为n次疲劳后车辆荷载引起的截面弯矩效应、受压区高度和开裂截面惯性矩;

2)计算n次疲劳后受压区混凝土顶部应力相关系数αr,n: 其中, 和 分别为n次疲劳后受压区混凝土顶部的最大弹性应力和最小弹性应力,分别为 的最大值和最小值;

受 压 区 混 凝 土 顶 部 的 累 积 塑 性 应 变 为 :为混凝土轴心抗压强度初始实测

值; 为混凝土弹性模量初始实测值;ni为第i级疲劳荷载作用次数;αr,i为i次疲劳后受压区混凝土顶部应力相关系数;

3 ) 计 算 n 次 疲 劳 后 混 凝 土 的 弹 性 模 量 :; 为n次疲劳荷载后混

凝土弹性模量;β为修正系数。

3.根据权利要求2所述的预应力混凝土桥梁腐蚀疲劳寿命预测方法,其特征在于,混凝土等级为C20~C50时,β=0.61,混凝土等级为C60~C70时,β=0.875。

4.根据权利要求2所述的预应力混凝土桥梁腐蚀疲劳寿命预测方法,其特征在于, 表示为: ;其中,b为截面宽度;yn为n次疲劳后开裂截面中性轴与混凝土受压区边缘的距离;hs、hp和a′s分别为受拉区普通钢筋、钢绞线和受压区普通钢筋的截面重心至混凝土受压区边缘的距离;

和 分别为n次疲劳后,钢绞线与混凝土弹性模量 比值、普通钢筋与混凝土弹性模量的比值; 和 分别为钢绞线、受拉区普通钢筋和受压区普通钢筋有效剩余面积。

5.根据权利要求1所述的预应力混凝土桥梁腐蚀疲劳寿命预测方法,其特征在于,步骤

2)中,锈蚀和疲劳共同作用下钢绞线应力 其中, 为t时刻剩余有效预加力 引起的钢绞线拉应力; 为疲劳荷载引起的钢绞线弹性应力; 为受压区混凝土塑性变形引起的钢绞线塑性应力。

6.根据权利要求5所述的预应力混凝土桥梁腐蚀疲劳寿命预测方法,其特征在于,经历n次疲劳数后钢绞线剩余有效面积Nk-1为第k-1次疲劳时钢绞线应力幅所对应的钢绞线S-N曲线中的寿命值;

kt为锈坑引起的应力集中系数;EP为未锈钢绞线的弹性模量;Ap为钢绞线初始截面积; 为第K-1次疲劳后钢绞线有效剩余截面积;hp为受拉区普通钢筋和钢绞线合力点至截面受压区边缘的距离; 为n次疲劳后受压区边缘混凝土塑性应变,为混凝土轴心抗压强度初始实测值; 为混凝土弹性模量初始实测值;ni为第i级疲劳荷载作用次数;xn为n次疲劳后受压区高度;

7.根据权利要求5所述的预应力混凝土桥梁腐蚀疲劳寿命预测方法,其特征在于,步骤

3)中,受拉区钢筋总应力 为0,

为普通钢筋塑性应变; 为混凝土顶部的弹性应变;hs为普通钢筋合力点至截面受压区边缘的距离;Es为普通钢筋弹性模量。

8.根据权利要求7所述的预应力混凝土桥梁腐蚀疲劳寿命预测方法,其特征在于,步骤

4)的具体实现过程包括:

1)在典型疲劳荷载下,当n=1时,计算得到混凝土应变、钢绞线和受拉钢筋应力值;

2)根据以下公式中各组成材料的疲劳失效判别准则,判别梁是否疲劳失效:受压区混凝土失效准则为 εc0为静载作用下混凝土的极限压应变;钢绞线失效准则为fu为预应力钢绞线的极限抗拉强度;普通钢筋的失效准则为 fy为普通钢筋的屈服强度;

3)若未失效,则增大n,重复步骤1)、2),直至一种材料失效,此时所经历的疲劳次数n即为结构的疲劳寿命。