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        疲勞擴(kuò)展過程的阻力曲線特征探討

        2015-10-29 06:43:05鄧勇軍瀘州市交通建設(shè)工程管理中心四川瀘州646000
        中國(guó)房地產(chǎn)業(yè) 2015年10期
        關(guān)鍵詞:混凝土

        文/鄧勇軍 瀘州市交通建設(shè)工程管理中心 四川 瀘州 646000

        疲勞擴(kuò)展過程的阻力曲線特征探討

        文/鄧勇軍 瀘州市交通建設(shè)工程管理中心 四川 瀘州 646000

        研究周期荷載作用下的疲勞擴(kuò)展過程及其阻力曲線變化規(guī)律,有助于正確認(rèn)識(shí)構(gòu)件的破壞機(jī)理,進(jìn)而科學(xué)的評(píng)價(jià)橋梁構(gòu)件的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。本文在疲勞應(yīng)力應(yīng)變滯后環(huán)的理論基礎(chǔ)上,運(yùn)用能量守恒原理,分析了鋼筋混凝土試樣在確定恒幅疲勞應(yīng)力下疲勞擴(kuò)展過程中的阻力曲線變化關(guān)系特性。

        破壞機(jī)理;疲勞應(yīng)力;疲勞應(yīng)變;滯后環(huán);阻力曲線

        疲勞破壞主要是處于交變應(yīng)力荷載作用下,構(gòu)件產(chǎn)生裂紋亦或突然出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象,把此稱為疲勞。疲勞破壞具有如下所示特征:①疲勞斷裂前沒有預(yù)示征兆,而是發(fā)生突然性破壞;②引起疲勞斷裂的應(yīng)力在材料的屈服點(diǎn)下;③疲勞破壞前有一個(gè)較穩(wěn)定的擴(kuò)展過程。

        構(gòu)件疲勞交變應(yīng)力下的力學(xué)性能,是影響橋梁結(jié)構(gòu)工程安全的因素之一。研究疲勞擴(kuò)展過程及阻力曲線變化規(guī)律,有助于認(rèn)識(shí)構(gòu)件的破壞機(jī)理,科學(xué)的評(píng)價(jià)橋梁構(gòu)件穩(wěn)定性。本文在恒幅循環(huán)疲勞應(yīng)力下基于應(yīng)力應(yīng)變滯后環(huán)理論,深入研究鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁的疲勞擴(kuò)展阻力曲線特性[1-2]。

        1 疲勞擴(kuò)展的阻力曲線理論研究

        [3-4]宏觀上疲勞破壞有“彈性變形階段、彈塑性變形階段、斷裂階段”,疲勞破壞擴(kuò)展的條件是結(jié)構(gòu)在疲勞擴(kuò)展過程中釋放內(nèi)部彈性能,滿足疲勞推進(jìn)過程中疲勞應(yīng)力集中區(qū)的塑性形變功 Wp。所需塑性能值越大,疲勞擴(kuò)展就越不容易。本文把Wp視為構(gòu)件抵抗疲勞破壞擴(kuò)展的能力,稱為疲勞破壞擴(kuò)展阻力,以符號(hào)R表示,反之G促進(jìn)疲勞擴(kuò)展的主動(dòng)力。

        1.1疲勞破壞擴(kuò)展力G

        式中: ΔWp疲勞破壞擴(kuò)展中塑性變形功;

        UP塑性流動(dòng)消耗的單位應(yīng)變能;

        Δn疲勞應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加量。

        設(shè)在疲勞擴(kuò)展過程中構(gòu)件角度改變?chǔ)う?,交變?yīng)力做功MΔn,應(yīng)力集中區(qū)裂縫表面能ΔR 。

        由能量守恒理論知:

        取極限得:

        改寫為:

        G 為疲勞擴(kuò)展過程中每個(gè)循環(huán)彈性能的釋放率(推動(dòng)力)。疲勞破壞的塑性變形功遠(yuǎn)大于材料裂縫表面能,因此常常忽略裂縫表面能,試樣的疲勞破壞擴(kuò)展力G=UP。

        1.2疲勞擴(kuò)展中塑性形變率

        [9-11]在疲勞過程中,內(nèi)部應(yīng)力作周期性變化,材料變形處于非線性狀態(tài),應(yīng)力應(yīng)變必然出現(xiàn)滯后現(xiàn)象。因此,隨著變化不斷地循環(huán),可能出現(xiàn)一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的應(yīng)力應(yīng)變滯后環(huán)。應(yīng)力應(yīng)變曲線和滯后環(huán)圍成的面積為塑性流動(dòng)功消耗的單位應(yīng)變能,每次循環(huán)發(fā)生所需塑性功UP。

        解析疲勞應(yīng)力應(yīng)變滯后環(huán)得:

        又塑性流動(dòng)的單位應(yīng)變能有:

        Δεp單應(yīng)力循環(huán)的塑性應(yīng)變?cè)隽俊?/p>

        塑性單位應(yīng)變能的公式表達(dá)式:

        式中:

        在指定的循環(huán)疲勞應(yīng)力下,假設(shè)塑性單位應(yīng)

        求解:

        式中:

        得到:

        1.3疲勞擴(kuò)展阻力曲線特性

        綜上所述,疲勞破壞擴(kuò)展推動(dòng)力是疲勞塑性應(yīng)變單值函數(shù),在(G-Δεp)坐標(biāo)系中推動(dòng)力曲線是一條直線,疲勞破壞擴(kuò)展阻力R通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定,是鋼筋混凝土構(gòu)件實(shí)驗(yàn)的阻力曲線,反映疲勞擴(kuò)展過程中疲勞推動(dòng)力與疲勞抗力之間的變化關(guān)系。

        阻力曲線由(R-G)坐標(biāo)系統(tǒng)組成,阻力R與動(dòng)力G沿著試驗(yàn)曲線增長(zhǎng),阻力變化速度略大于推動(dòng)力變化速度,若不增加疲勞荷載的作用循環(huán)次數(shù)ni,疲勞將不再擴(kuò)展;

        循環(huán)次數(shù)繼續(xù)增加到一定值,阻力曲線與推動(dòng)力曲線相切與極點(diǎn),推動(dòng)力的增加速度始終大于阻力的增長(zhǎng)速度,阻力小于其疲勞破壞推動(dòng)力,即使不在增加應(yīng)力作用次數(shù),疲勞擴(kuò)展也會(huì)繼續(xù),直到疲勞斷裂破壞;疲勞的擴(kuò)展過程中擴(kuò)2結(jié)論

        展阻力與推動(dòng)力在失穩(wěn)破壞前都是相等的,此時(shí)塑性應(yīng)變極限值Δeε由構(gòu)件的特性決定。

        構(gòu)件疲勞破壞受力過程分析,提出反映疲勞擴(kuò)展過程的阻力曲線(R-G)變化特性。筆者通過閱覽疲勞知識(shí)文獻(xiàn)及討論分析而提出的關(guān)于疲勞的阻力變化過程,其研究結(jié)果有助于疲勞破壞機(jī)理的后期深入研究。若有不足的地方望各位領(lǐng)導(dǎo)專家提出評(píng)判。

        [1] 宋玉普.混凝土結(jié)構(gòu)的疲勞性能及設(shè)計(jì)原理.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006

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        gene ralized SSI reliability model

        conside ring stochas ticloading and streng th aging deg radation[J].IEEE Transac tions on Reliability,2004'53(1): 77-82.

        鄧勇軍(1989年5月出生),男,四川遂寧人,重慶交通大學(xué)碩士研究生,土木工程領(lǐng)域,

        本文通過分析疲勞擴(kuò)展過程的能量變化,說明構(gòu)件疲勞是由內(nèi)部彈性能釋放,克服塑性形變功;在基于應(yīng)力應(yīng)變循環(huán)曲線理論上,得出疲勞塑性變形能量率的表達(dá)關(guān)系式U(pΔεp) ;通過

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        DENG Yong-jun Lu Zhou Traffic Engineering Management Center, Luzhou 646000,China

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