预应力混凝土构件的腐蚀疲劳损伤行为与时变抗力预计

许多预应力混凝土结构须要承受疲劳荷载与腐蚀环境的共同作用，这将导致钢筋和粘结发生不收敛的腐蚀疲劳耦合损伤，结构抗力因此而不断退化。本项目之前有关腐蚀疲劳问题的研究都是基于先腐蚀再快速疲劳或同时快速腐蚀疲劳两种加速试验手段而开展的，这难以模拟实际情况下腐蚀和疲劳长期耦合、互相促进而形成的慢速进行性损伤。 本项目在深入梳理预应力混凝土结构耐久性研究体系的基础上，以氯盐腐蚀环境为主要背景，以有粘结钢绞线预应力混凝土结构（含地面预应力混凝土结构和地下预应力锚索结构）为对象，首先研发了独特的、适合于预应力混凝土构件长期腐蚀疲劳共同作用之试验模拟的成套技术及其理论支撑，在此基础上，通过长期腐蚀疲劳试验模拟和理论分析，考虑腐蚀与疲劳二者的作用强度搭配水平及耦合作用时间影响，考虑钢绞线材料特殊微观结构特征及其影响下的典型坑蚀特征和力学响应特征，获得了疲劳耦合下钢绞线的腐蚀损伤特征及演化规律、腐蚀耦合下钢绞线的疲劳损伤特征及演化规律、以及腐蚀疲劳损伤钢绞线的受拉性能退化特征；获得了腐蚀钢绞线与混凝土的静力粘结性能退化特征以及钢绞线与混凝土的粘结腐蚀疲劳寿命退化模型；获得了腐蚀钢绞线预应力混凝土梁的弯曲疲劳性能退化特征；考察了腐蚀环境下预应力锚索结构的静力工作性能退化行为，获得了氯盐环境下锚索内锚段腐蚀速率及索体受拉强度预计模型、以及氯盐环境和硫酸盐环境锚索结构锚固性能退化规律及模型；获得了氯盐环境下后张预应力锚固体系的腐蚀特征。这些成果对完善预应力混凝土结构全寿命工作性态预计及设计理论、推动混凝土结构技术应用与发展、确保重大土木工程安全使用具有理论和技术参考价值。 然而，作为基础性、先行性研究项目，时至结题仍存在一些没有很好解决的困难，主要体现在腐蚀耦合下疲劳损伤定量模型研究中，原因在于疲劳损伤定位和定量的声发射监测存在瓶颈。目前，课题组仍在努力设法克服上述困难以继续完善此项研究工作；同时，在本项目已经获得的研究成果的基础上，今后仍将进一步扩展研究对象、考虑复杂构造问题、发展试验模拟技术以及数值模拟技术，以期使该项目获得更为深入的研究成果。 2100433B

许多预应力混凝土结构须要承受疲劳荷载与腐蚀环境的共同作用，这将导致钢筋和粘结发生不收敛的腐蚀疲劳耦合损伤，结构抗力因此而不断退化。现有腐蚀疲劳问题的研究都是基于先腐蚀再快速疲劳或同时快速腐蚀疲劳两种加速试验手段，这难以模拟实际情况下腐蚀和疲劳长期耦合、互相促进而形成的慢速进行性损伤。本项目以氯盐腐蚀环境为背景，以有粘结钢绞线预应力混凝土结构为对象，基于长期腐蚀疲劳试验模拟，结合有限元分析和理论研究，考虑腐蚀与疲劳二者的作用强度搭配水平及耦合作用时间影响，考虑钢绞线材料特殊微观结构特征及其影响下的典型坑蚀特征和力学响应特征，考虑腐蚀疲劳损伤及抗力退化的随机特性，研究钢绞线及其粘结的腐蚀疲劳损伤特征和演化模型，获得钢绞线及其粘结以及受弯构件的抗力时变规律与概率模型。这将为完善预应力混凝土结构全寿命工作性态预计及设计理论、推动混凝土结构技术应用与发展、确保重大土木工程安全使用提供基础理论依据。

低合金耐候钢的耐大气腐蚀性能源于其表面在腐蚀过程中形成的致密保护性锈层。但是在钢结构的服役过程中，该保护性锈层常常受到损伤。耐候钢在锈层损伤后的继续腐蚀行为，在很大程度上决定了耐候钢的应用价值。本申请拟模拟自然过程，通过l冷冻、热震、挤压等方式，在成分不同、且在不同条件下腐蚀不同时间的耐候钢表面锈层中人为引入损伤，然后继续进行大气腐蚀。通过电化学实验、力学实验和直接观察，分析损伤处的继续腐蚀行为，特别是损伤处新形成的腐蚀产物的成分、相组成、比表面积、缺陷形态、PH值变化、腐蚀前沿推进速率以及局部腐蚀在钢基体显微组织中的发生发展规律。通过所获得的实验结果，确定影响锈层损伤处局部腐蚀行为的主导因素，为设计具备锈层损伤自修复性能的耐候钢提供支持。在锈层中制造损伤的最大难度在于损伤程度控制。本申请提出的冷冻、热震、挤压等损伤制造方式，不仅模拟了实际服役过程，还能够定量控制损伤程度。

所谓结构疲劳损伤，是指由于重复荷载作用而引起的结构材料性能衰减的过程，也就是通常所说的疲劳裂纹的发生、发展、形成宏观裂纹、发生破坏的全过程。疲劳损伤与普通损伤的最大区别在于随着荷载循环次数的增加，疲劳中的损伤存在一个累积的过程。

疲劳损伤(Fatigue Damage，FD)是由于循环载荷引起的裂纹起始及其持续扩展，这种损伤是一个累积的过程。

以飞机为例，与飞机的使用情况(飞行小时或起落次数)有关。必须制订一个检查要求，以保证在由于某种疲劳损伤造成任何飞机的剩余强度低于允许水平之前，提供探测疲劳损伤的最大可能性。

疲劳损伤评定应考虑：

(1)适用的剩余强度，包括多部位疲劳损伤的影响。

(2)适用的裂纹扩展率，包括多部位或多元件疲劳损伤的影响。

(3)与疲劳损伤扩展间隔相关的损伤检测期。疲劳损伤扩展间隔是从首次检测时间(门槛值)到所规定极限尺寸(临界的)之间的间隔。损伤检测期随着所应用的检查方法及检测概率而变化，并受结构部件或工艺的影响(如密封胶遮盖住损伤部位)。

(4)检查方法的检测标准。

(5)适用的检查等级和方法(如目视、无损检测)，方位(如外部、内部检查)及重复检查问隔。