[发明专利]一种快速确定预制裂缝混凝土梁疲劳寿命的方法

说明书

本发明公开了一种快速确定预制裂缝混凝土梁疲劳寿命的方法，提出S‑N曲线关系式为lgS＝lgσ_u+blgN，基于Goodman线性假设可以确定应力范围S的大小，从而该方程式中只有两个需要确定的参数，即极限应力σ_u和斜率常数b；在以上假设的基础上，对多根混凝土梁进行静态的三点弯试验，得到每根梁对应的极限应力大小，取他们的平均值作为所述S‑N曲线关系式中的极限应力σ_u；对多根混凝土梁进行振幅增加的循环荷载试验，直到混凝土梁完全破坏为止，通过数据拟合后确定斜率常数b。本发明提供的快速确定预制裂缝混凝土梁疲劳寿命的方法，与当前的其他疲劳寿命计算方法相比，简化了试验流程，结果准确性和可靠性更高。

技术领域

本发明涉及一种快速确定预制裂缝混凝土梁疲劳寿命的方法，对研究混凝土断裂性能提供了快速可靠的实验方法，属于混凝土结构与材料技术领域。

背景技术

混凝土是一种多相复合材料，在形成之初，其内部就具有随机分布的微孔洞、微裂纹等初始缺陷。混凝土材料各组分具有随机分布的特征，无论是初始的损伤分布还是后续的损伤演化过程，都不可避免地具有随机性的特征。混凝土疲劳试验的结果通常是高度分散的，为了获得有意义的结果，需要对不同的应力幅值进行大量的测试。

低应力疲劳试验可能消耗大量时间，当应力幅值相对于极限应力较小时，混凝土梁疲劳破坏的寿命是很长的，可能需要几天才能进行一次疲劳试验。此外，由于混凝土试样的随机性，不同的试样的极限应力也就存在随机性，对于给定的应力幅值，也可能会导致混凝土试样疲劳破坏的寿命变长。

在路面工程中，混凝土常作为路面基础而承受循环荷载的作用，在这种情况下，需要对混凝土材料的疲劳行为进行表征。混凝土材料的疲劳损伤的变化规律也能很好地表征混凝土的疲劳性能，故有必要设计一种快速确定预制裂缝混凝土梁疲劳寿命的方法，用以描述混凝土材料受疲劳荷载的断裂性能。

发明内容

目的：本发明提供一种快速确定预制裂缝混凝土梁疲劳寿命的方法，该方法所需试验时间比普通方法所需试验时间减少一半，预测结果稳定可靠。混凝土疲劳性能可由S-N曲线表示，该曲线给出了疲劳寿命与应力范围的关系。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种快速确定预制裂缝混凝土梁疲劳寿命的方法，

提出S-N曲线关系式为lgS＝lgσ_u+blgN，其中S为应力范围，N为疲劳寿命，σ_u为极限应力，b为斜率常数；其中极限应力σ_u通过位移控制的静态三点弯测试得到；斜率常数b值可以通过疲劳三点弯试验的数据拟合得到。

进一步地，对多根混凝土梁进行静态的三点弯试验，得到每根梁对应的极限应力大小，取他们的平均值作为所述S-N曲线关系式中的极限应力σ_u。

进一步地，所述极限应力σ_u通过公式计算，其中F为试验过程中施加的最大荷载，d为两个支座之间的距离，即梁的跨度，w为混凝土梁的宽度，h为混凝土梁的高度，a₀为预制裂缝长度。

进一步地，基于Goodman线性假设确定应力范围S的大小，所述应力范围其中σ_a为交变应力的振幅，σ_m为平均应力，σ_u为极限应力，σ_max为交变应力(同一个应力水平下)的最大值，σ_min为交变应力(同一个应力水平下)的最小值。

进一步地，对多根混凝土梁进行振幅增加的循环荷载试验，直到混凝土梁完全破坏为止。