疲劳荷载与腐蚀耦合作用下预应力杆体断裂机理及服役寿命研究

摘要

预应力混凝土结构由于力学性能良好、施工快速、安全等优点，被越来越多的应用到桥梁、隧道及边坡锚固工程中。这些工程所处外界环境一般较复杂，往往同时受到疲劳荷载与腐蚀介质的耦合作用，在此情况下预应力结构可能发生突然的疲劳断裂，从而对工程本身及人民生命财产安全造成严重威胁。本文以山东省交通科技创新计划项目“疲劳荷载与腐蚀耦合作用下预应力结构长期性能研究”(编号:2010Y08-3)为依托，通过室内试验及理论分析，对疲劳荷载与腐蚀介质耦合作用下预应力杆体的疲劳锈蚀性能进行了研究，分析了其疲劳锈蚀断裂机理，并基于神经网络算法预测了实际预应力锚固结构的服役寿命。具体研究内容如下:
　　(1)在对钢筋试件进行不同次数的轴向拉伸疲劳试验基础上，分别进行了酸性和碱性环境下的室内加速锈蚀试验，研究不同疲劳加载次数、不同腐蚀介质及腐蚀时间对钢筋单位长度腐蚀量的影响，得到了三种因素对钢筋单位长度腐蚀量的影响规律。
　　(2)选取典型钢筋试件，进行拉伸断裂试验，分析腐蚀与疲劳对钢筋力学性能的影响，并采用扫描电镜对钢筋断口进行观察，分析了腐蚀介质及疲劳荷载耦合作用下钢筋断裂的宏微观机理。
　　(3)采用两个训练函数，分别建立遗传优化BP神经网络模型，并应用室内试验数据对两个模型进行评价，从中选出适合的模型，确定了模型的结构。在此基础上结合实际工程的长期监测数据，应用神经网络预测模型，对实际预应力锚固工程杆体的服役寿命进行了初步预测。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 预应力结构技术简介

1．2．2 锈蚀钢筋耐久性研究现状

1．2．3 钢筋锈蚀对预应力混凝土结构的影响

1．3 主要研究内容及技术路线

第2章 钢筋疲劳试验及室内腐蚀试验

2．1 引言

2．2 钢筋疲劳破坏的基本理论

2．3 钢筋锈蚀原因分析

2．4 钢筋轴向拉伸疲劳试验

2．4．1 试件概况

2．4．2 试验方案

2．4．3 试验结果及分析

2．5 室内腐蚀试验

2．5．1 试验方案

2．5．2 试验结果与分析

2．5．3 腐蚀规律分析

2．6 本章小结

第3章 锈蚀钢筋疲劳断裂机理分析

3．1 引言

3．2 锈蚀钢筋疲劳断裂机理

3．2．1 疲劳断口的宏观形貌

3．2．2 疲劳断口的微观形貌

3．3 疲劳及腐蚀耦合作用下的钢筋断裂机理分析

3．3．1 试件的选择与拉伸试验

3．3．2 钢筋断裂细观及宏观机理分析

3．4 本章小结

第4章 基于神经网络的钢筋寿命预测

4．1 引言

4．2 人工神经网络预测模型

4．2．1 神经网络简介

4．2．2 BP神经网络学习规则

4．2．3 遗传优化BP神经网络学习规则

4．3 应用神经网络预测钢筋锈蚀量

4．3．1 创建神经网络预测模型

4．3．2 预测结果的分析

4．4 基于神经网络算法的杆体服役寿命预测实例

4．4．1 现场试验研究

4．4．2 杆体服役寿命预测实例

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间论文发表情况