大跨度跨海预应力混凝土梁桥的疲劳损伤与耐久性机理研究

本研究以跨海大跨度预应力混凝土梁桥为研究对象，针对其在反复荷载下梁体的开裂导致结构安全度的降低，研究梁桥的累积疲劳损伤，进行混凝土梁桥的疲劳损伤可靠性分析，揭示海水等腐蚀介质对混凝土梁桥疲劳损伤与耐久性的影响。通过对跨海大跨度梁桥交通荷载的调研和统计分析，确定其疲劳荷载谱。主要研究动力疲劳荷载下混凝土梁裂缝的产生和扩展历程、梁体挠度与刚度的变化、预应力钢筋应力的损失与变化、梁体的破坏形式等。运用损伤和断裂力学的原理,研究预应力混凝土梁桥疲劳的累积损伤机理，分析各因素与累积疲劳损伤之间的定性与定量关系，考虑海水等腐蚀性介质影响，研究受海水等腐蚀后对混凝土梁的承载力下降以及疲劳强度与刚度的退化，提出考虑腐蚀性介质影响的预应力混凝土梁桥疲劳损伤模型及承载力下降的计算模型，完善既有预应力混凝土梁桥的疲劳设计方法。为跨海大跨度预应力混凝土梁桥耐久性设计、施工和养护规范的修订提供技术支撑。

本研究以跨海大跨度预应力混凝土梁桥为研究对象，针对其在反复荷载下梁体的开裂导致结构安全度的降低，研究梁桥的累积疲劳损伤，进行了四年时间的六根预应力混凝土梁的制作与养生、室内模型梁的静力与循环疲劳试验研究和疲劳损伤可靠性分析，揭示了循环疲劳荷载作用下对混凝土梁桥疲劳损伤与梁刚度退化的耐久性的影响。通过对跨海大跨度梁桥交通荷载的调研和统计分析，确定其疲劳荷载谱。主要研究了在一般正常荷载与超载作用下的动力疲劳荷载作用下混凝土梁裂缝的产生和扩展历程、模型试验梁的呼吸疲劳与开裂、梁体挠度与刚度的变化与退化、预应力钢筋应力的损失与变化以及有效预应力的减少、梁体的开裂破坏形式等。运用弹塑性力学和损伤与断裂力学的原理,研究预应力混凝土梁桥疲劳的累积损伤机理，分析各因素与累积疲劳损伤之间的定性与定量关系，研究混凝土梁的承载力下降以及疲劳强度与刚度的退化，提出了预应力混凝土梁桥疲劳损伤模型及承载力下降的计算模型，利用预应力混凝土梁全过程的计算分析方法，结合预应力混凝土梁桥疲劳挠度的时变可靠度理论，建立了疲劳挠度可靠度的功能函数，并分析各变量的统计特性，对预应力混凝土梁疲劳性能和刚度退化进行时变可靠度分析，对预应力混凝土梁设计中的疲劳挠度可靠性提出建议。完善了既有预应力混凝土梁桥的疲劳设计方法。为预应力混凝土梁桥的可靠与耐久性设计、施工和养护规范的修订提供技术支撑。