[发明专利]基于细宏观动态复杂应力监测的混凝土疲劳损伤分析方法

说明书

本发明公布了一种基于细宏观动态复杂应力监测的混凝土疲劳损伤分析方法，包括步骤：确定各典型混凝土单向正应力和单向剪应力的细‑宏观应力关系，用优化数量的空间应力传感器阵列测得混凝土的宏观应力值；再将空间应力传感器阵列布设待测构件中，将监测获取的混凝土的动态复杂应力等效为主应力空间的三轴应力，确定控制材料疲劳损伤行为的关键主应力，对关键主应力时程利用雨流计数将其等效为多级变幅应力；将多级变幅应力按最大应力等效为单幅应力，分析并评价混凝土的疲劳状态。本发明克服了以往混凝土应力或应变监测只能单向监测的问题，可借用现有单轴单幅疲劳的试验结果，实现对混凝土复杂应力的监测，从而实现对混凝土疲劳损伤的分析。

技术领域

本发明涉及一种混凝土疲劳损伤分析方法，具体来说，是涉及一种基于细宏观动态复杂应力监测的混凝土疲劳损伤分析方法。

背景技术

混凝土结构向轻质高强方向发展，而现行的极限状态设计理论倾向于充分利用材料强度，导致结构中的许多构件处于高应力状态，且工作应力变幅越来越接近疲劳应力幅，造成工程中普遍存在的混凝土疲劳问题。疲劳荷载下混凝土材料、构件乃至结构整体抗力衰减将引起结构维修养护成本显著增加，甚至导致无明显预兆的结构突然失效或破坏，造成严重社会影响。开展混凝土疲劳损伤监测具有重要意义。

现有理论与试验研究只能实现对单向混凝土应力或应变的监测，无法有效反映服役结构混凝土疲劳问题的复杂应力作用、随机荷载效应及多因素耦合特点，所以十分必要开展混凝土动态复杂应力监测与疲劳损伤演化研究，以此建立理想状态下理论研究与复杂状态下工程服役状态间的可靠联系。

在此之前，本发明人申请的申请号为201110226050.8的专利描述了一种埋入式混凝土结构动力损伤全过程空间应力传感器（如图1）。该传感器可监测混凝土细观动态六向复杂应力。通过平均化方法可获得混凝土各向宏观动态复杂应力。

将监测获取的混凝土的动态复杂应力等效为主应力空间的三轴应力，进而通过确定关键主应力将其等效为单轴应力。利用混凝土单轴疲劳损伤理论可分析并评价混凝土的疲劳状态。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种利用混凝土单轴疲劳损伤理论来分析并评价混凝土的疲劳状态的方法。

本发明采用如下技术方案实现：

基于细宏观动态复杂应力监测的混凝土疲劳损伤分析方法，包括步骤：

考虑混凝土强度与骨料最大粒径影响，确定各典型混凝土强度与骨料最大粒径下混凝土单向正应力和单向剪应力的细-宏观应力关系，用空间应力传感器阵列测得混凝土的宏观应力值；

再将空间应力传感器阵列布设待测构件中，将监测获取的混凝土的动态复杂应力等效为主应力空间的三轴应力，确定控制材料疲劳损伤行为的主应力，即关键主应力，对关键主应力时程利用雨流计数将其等效为多级变幅应力；

通过Corten-Dolan累积损伤准则将多级变幅应力按最大应力等效为单幅应力，利用混凝土单轴疲劳损伤理论可分析并评价混凝土的疲劳状态分析。

进一步地，所述的确定各典型混凝土强度与骨料最大粒径下混凝土单向正应力和单向剪应力的细-宏观应力关系，用空间应力传感器测得混凝土的宏观应力值具体的步骤具体包括：

对于单向正应力，制作一批和待测的混凝土构件的混凝土强度与骨料最大粒径相同的试件，试件内布设一定数量的空间应力传感器，通过线弹性加载试验，计算空间应力传感器阵列应力均值及变异系数，确定试件内最少数量的空间应力传感器，使空间应力传感器测得的细观正应力均值代表混凝土宏观正应力时的误差小于5%；

对于单向剪应力，通过有限元分析软件建立模型，同样确定试件内最少数量的空间应力传感器，使空间应力传感器测得的细观剪应力均值代表混凝土宏观剪应力时的误差小于5%；