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活性粉术混凝土(Reactive Powder Concrete,简称为RPC)作为一种新型混凝土材料,与常规混凝土相比,具有超高强度、高韧性、高耐久性等特点,若将RPC用于工程实际中,可以很好地改善结构或构件的耐疲劳性能。但目前国内外对其疲劳性能、损伤演化机理和构件疲劳验算方法等方面的研究还几乎是空白,鉴于此,本文在开展试验研究的基础上,对这些内容进行了研究。主要工作如下:
1.进行了RPC试件的静载试验和等幅循环荷载试验,观查了试件的破坏模式和宏观裂纹的发展演变情况,测量了循环加载下试件变形随循环次数的发展及试件疲劳寿命随应力水平的变化;对试验数据进行分析,给出了RPC疲劳变形、应变演化率和疲劳模量的发展规律,并给出了相应的经验公式。
2.通过对RPC的疲劳寿命进行统计分析,证明了RPC的疲劳寿命服从两参数的威布尔分布;给出了可用于确定等幅荷载下RPC疲劳寿命的S-N曲线和考虑存活率的p-S-N曲线及曲线方程:通过方程得到了RPC的疲劳强度,并与普通混凝土、纤维混凝土和高强混凝土进行了疲劳强度的比较,结果说明RPC有优越的抗疲劳性能。
3.由断裂力学的能量释放理论出发,分析了RPC的疲劳内部损伤机理,对试验观察到的现象和获得的规律作出了合理的解释;在此基础上,结合疲劳试验结果,以残余应变的变化来定义损伤变量,给出了RPC的疲劳损伤演变曲线。
4.利用连续介质力学的方法给出了描述RPC疲劳损伤演变规律的数学模型;通过严格的推导,将该模型推广到两级和多级变幅疲劳加载情况下,利用该模型,结合S-N曲线,可进行RPC的疲劳损伤和剩余寿命的计算;结合多轴静载作用下RPC的破坏准则,还给出了将该模型用于多轴疲劳损伤计算的方法。
5.为了便于工程应用,提出了预应力RPC受弯构件正截面和斜截面的疲劳验算方法,确定了构件中RPC和钢筋的疲劳强度容许值;用文中给出的方法对24m铁路预应力RPC简支T形梁进行了疲劳验算,验算结果表明,本文的验算方法可用于RPC结构的工程验算与疲劳设计,并为制定相关规范提供了依据。