摘要：本文通過對鋼筋混凝土空心梁的多級等幅疲勞試驗來研究其疲勞性，同時就疲勞荷載作用下的鋼筋混凝土空心梁的疲勞性能試驗研究提出了初步探索。
　　關鍵詞：鋼筋混凝土空心梁；疲勞；撓度
　　引言
　　結構物在服役期內要經受若干年復雜的荷載歷程，疲勞破壞是其主要失效模式之一。國內在以往的混凝土結構疲勞設計中往往忽略了時間歷程上的隨機性，常假設荷載是一個幅值不變的等幅重復荷載。設計要求在這一等幅重復荷載作用下結構構件不發生疲勞破壞。已有的混凝土結構的疲勞試驗也主要以等幅疲勞試驗為主，少量的變幅疲勞試驗一般也只是二級或是三級變幅疲勞試驗。而實際結構構件所承受的重復荷載不是一個幅值不變的等幅荷載，而是一個大量重復的動態隨機荷載。這些疲勞試驗雖然相對比較簡單，但是與實際服役荷載譜相差較大，且試驗中不能適當地考慮不同荷載循壞之間的相互影響，因此由等幅疲勞試驗得出的試驗結果與實際情況相差很大。比較理想的是試驗荷載盡可能接近實際的工作狀態，這就需要開展多等級變幅疲勞試驗的研究。
　　1疲勞試驗方案
　　疲勞試驗在PMS-500數顯式液壓脈動試驗機上進行。先分級加載至疲勞荷載上限，然后卸載，再施加靜載到疲勞荷載上限，反復2次，以消除加載系統各部分的間隙和檢驗加載系統及數據采集系統是否正常。然后以頻率2-4hz進行疲勞試驗。疲勞荷載下限取為0.15Mu-0.2Mu(Mu為靜力極限荷載)。疲勞荷載上限分別取為0.5Mu,0.55Mu,0.577Mu,0.6Mu。當疲勞次數達到1萬、5萬、20萬、60萬、100萬、150萬、200萬次…時，停止疲勞荷載，采用靜力加載方法逐級加載至疲勞荷載上限，逐級量測混凝土和鋼筋的應變、梁的撓度和裂縫寬度等力學性能指標。
　　2試驗現象
　　對鋼筋混凝土空心梁的疲勞進行全壽命的觀測，由于在疲勞前的第一次靜載荷載上限已經超過開裂荷載，所以在純彎段和彎剪段共出現5-6條首批裂縫，純彎段最大裂縫寬度達0.2-0.3mm。長度沿梁向上延伸到約梁高的一半，裂縫在梁的兩側大致成對稱分布。荷載循環1萬次之后，原有裂縫有少許擴展，并在原裂縫之間新增1-2道裂縫，隨著振動次數的增加，裂縫的寬度和長度都隨著增加，達到50萬次左右時，底部裂縫橫向貫穿整個橫截面，而且在梁底面沿縱向也有所延伸。到80萬次之后，彎剪段以及純彎段次裂縫裂縫停止增長并且逐漸閉合，純彎段主裂縫繼續擴展，底部混凝土逐漸有脫落現象發生。到100多萬次以后靜載時最大側面裂縫寬度有1-2mm，梁的剛度逐漸下降。將近破壞時，撓度用肉眼觀察己經變化很明顯。破壞時能聽見“砰”的一聲，肉眼可見底部受拉縱筋有2-3根發生疲勞斷裂，梁底混凝土部分掉落。上部受壓區混凝土被壓碎，上部的架立鋼筋也被壓屈。受拉鋼筋發生疲勞斷裂后，裂縫寬度急劇開展，但是梁仍能承受疲勞荷載的作用。各梁破壞位置均位于加載點處。
　　試驗梁的破壞均是以鋼筋疲勞斷裂為標志，鋼筋混凝土梁的疲勞破壞與普通靜載受彎破壞的主要區別有以下幾點：
　　(1)普通靜載受彎破壞屬于延性破壞，有一定的屈服點，而疲勞破壞則是脆性破壞，鋼筋疲勞斷裂前無明顯征兆。
　　(2)普通靜載受彎破壞時鋼筋的應力一般能達到或超過屈服強度，而疲勞破壞時鋼筋一般小于屈服強度。
　　(3)鋼筋疲勞斷裂的斷裂面與普通靜載拉斷的斷面形式不同，普通靜載拉斷時鋼筋斷面有明顯頸縮現象，鋼筋有一定的伸長率，而疲勞破壞的鋼筋則是突然斷裂，截面較平滑，無頸縮現象。
　　3撓度結果及其分析
　　對一根梁而言，試驗表明在疲勞荷載作用下構件的撓度隨著荷載重復次數的增加而不斷增大。在循環初期撓度增加速度很快，在中期趨于緩和，到臨近破壞時撓度增加速度再次稍微變快，每根梁疲勞破壞時的最大跨中撓度都跟靜載破壞時的撓度比較接近。
　　實驗結果表明，梁在壽命中期剛度變化不明顯，跨中撓度的增加更多是來自于殘余撓度的貢獻。當構件承受的應力幅比較大時撓度增加也較大，這說明在高應力幅下，構件的剛度降低的更快。由此可見應力幅對撓度的影響是很大的。在荷載循環初期，不同應力幅下的梁的撓度區分不是特別明顯，但隨著荷載循環次數的增加，撓度增加越快。各條荷載撓度曲線間隔越來越大。
　　4應變結果及其分析
　　4.1混凝土應變
　　鋼筋混凝土梁受壓區混凝土應變隨疲勞荷載循環次數的增多而增大，其發展變化規律和混凝土在軸心受壓疲勞荷載作用下的應變變化規律基本相同。在初始的2-5萬次內，受壓區混凝土應變發展變化顯著：隨著疲勞荷載循環次數的增加，增長速率逐漸減緩而進入相對穩定的發展階段。反復荷載作用下鋼筋混凝土梁的混凝土受壓邊緣的峰值應變值的變化規律呈三個階段：即初始階段、平穩發展階段和加速發展階段，這說明以往國內外學者普遍認同的混凝土疲勞損傷累積的三階段發展規律在鋼筋混凝土構件中仍然成立。
　　鋼筋混凝土梁正截面混凝土應變在疲勞荷載作用下基本呈線性分布。受壓區混凝土應變隨疲勞荷載循環次數N增加而增大。壓區混凝土的波峰值應變不斷遞增，反映了在循環荷載作用下，混凝土變形逐漸增大，材料性能逐漸劣化，疲勞損傷逐漸積累。
　　4.2鋼筋應變
　　在重復荷載作用下，鋼筋的應變在初期增長比較大，變化比較顯著;隨著疲勞荷載循環次數的增加，增長速率趨緩而進入相對穩定的發展階段;臨近破壞時鋼筋應變又發生了較大幅度的增長。當構件第一次加卸荷載后鋼筋已經存在著殘余變形，且在重復荷載下這種殘余變形不斷積累使總的變形有所增加。這個應變變化過程說明了構件經過重復荷載作用后鋼筋和混凝土之間的粘結力有了較大程度的退化。這是由于受壓區混凝土的塑性發展和彈性模量的降低從而導致裂縫的發展，受拉區混凝土不斷退出工作等引起的內力重分布的結果。鋼筋中的平均應變增長實際上也包括了相當部分的殘余應變的增長。
　　結束語
　　一般情況下，試件梁的跨中撓度在疲勞試驗初始階段增長較快，此后隨著循環次數的增加，施加荷載相對較大的試件梁的跨中撓度繼續增長，施加荷載相對較小的試件梁的跨中撓度增長緩慢，但都隨著循環次數增加而增長。反映了在循環荷載作用下，混凝土材料的彈性模量逐漸減小，材料性能逐漸劣化，疲勞損傷逐漸積累。
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