高性能混凝土杂散电流与疲劳破坏的研究.docx

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1、才涛又挈研究生学位论文开题报告登记表（专业学位）论文题目高性能混凝土杂散电流与疲劳破坏的研究姓名学号专业学位类别专业学位领域申请学位出生日期性别民族籍贯研究方向结构工程与建筑材料邮箱导师姓名导师学历导师职称论文题目高性能混凝土杂散电流与疲劳破坏的研究开题时间论文类型（）研究报告；（）规划设计；（）产品开发；（）案例分析；（）管理方案；（）其它项目来源（）纵向课题；（J）横向课题；（）自选课题；（）其它学位论文依托项目项目名称及编号西宁轨道交通工程混凝土结构关键技术研究及示范（2O13-G-QO6A）项目负责人刘连新项目来源青海省科学技术厅起止时间2013.5-2016.12项目简介：轨道交通作

2、为一种新型的城市公共交通系统，成为近年来解决城市交通问题的一个重要途径。本项目服务于工程，为西宁轨道交通的设计、施工和验收提供重要的技术支撑，重点解决西宁轨道交通设计、施工和竣工验收过程中涉及到混凝土结构耐久性和寿命的关键技术难题。青海大学课题组承担了本项目中轨道梁的疲劳性能研究工作。使用结构实验室IOooKN疲劳试验机对试验梁进行疲劳加载试验;使用干电池对钢筋混凝土梁通杂散电流使钢筋锈蚀,做腐蚀下的疲劳试验。重点分析轨道梁表面混凝土的开裂机理与防护措施、在反复荷载作用下无腐蚀疲劳试验及杂散电流-疲劳荷载之间的耦合作用下混凝土的疲劳特性与钢筋锈蚀研究，为西宁轨道交通项目的顺利实施提供可靠的技术

3、保证。学位论文研究内容简介研究目的、方法、方案等：通过配制不同配合比的4种高性能钢筋混凝土矩形梁和T形梁。对矩形梁和T形梁分别做静力试验，确定破坏荷载；并对矩形梁在无腐蚀和杂散电流腐蚀下、T形梁在无腐蚀下分别做疲劳试验；疲劳试验完成后，取出梁中的钢筋，通过钢筋锈蚀率及钢筋疲劳后的力学性能，分析杂散电流对高性能钢筋混凝土梁的腐蚀特征。本研究目的是为了探究杂散电流腐蚀对轨道梁受力性能的影响；在电流腐蚀下，不同配合比的轨道梁锈蚀率的比较与探究；探究不同强度的高性能混凝土梁的疲劳性能与疲劳特征；探究不同疲劳荷载及杂散电流耦合下，轨道梁力学性能的变化、疲劳破坏特征；同时研究结果为青海地区轨道交通高性能混

4、凝土结构的耐久性和安全性问题提供理论依据。承诺我保证开题报告内容真实可靠，无抄袭、侵犯他人知识产权等内容。研究生签字：导师签字：年月日开题报告正文一、选题依据与研究内容1.选题依据（从选题与本类别（专业领域）相关行业职业背景的关联度、社会应用价值或理论意义、国内外研究现状及发展动态分析、应用前景等方面展开论述。附主要参考文献目录）（1）研究意义1）青海省环境严酷，对混凝土工程耐久性要求很高，因此使用高性能混凝土。2）研究高性能混凝土，以满足在恶劣环境下抵抗侵蚀的工程要求，从而对六抗“特性提供理论研究依据，对延长建筑物使用寿命起到示范意义。3）青海省经济人口的增长，交通压力增大，而轨道交通能大量

5、的节省时间和能源，缓解交通压力。4）随着轨道交通建设中高性能钢筋混凝土的广泛应用，许多承载构件都处于高应力以及杂散电流腐蚀状态，使得钢筋混凝土结构的腐蚀及疲劳不容忽视。西宁地区的高海拔高寒干旱大气环境特征对轨道交通高性能混凝土的后期开裂影响严重，因此对轨道梁在疲劳下的裂缝开展规律的研究十分必要。（2）高性能混凝土国内外研究现状高性能混凝土具有强度高、耐久性好、原料来源广、制作工艺简单、每方材料成本较低、环保性能好、适合各种自然环境等优点，因此它是世界使用量最大、最为广泛的首选建筑材料。它是一种新型的高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上，是以耐久性为主要设计指标，针对不同用途和要求

6、，采用现代技术制作的低水胶比的混凝土。主要技术用途是采用优质的化学外加剂和矿物外加剂，前者可改善工作性，生产低水胶比的混凝土，控制混凝土的坍落度损失，提高混凝土的致密性和抗渗性；后者可参与水化，起到胶凝材料的作用，改善界面的微观结构，堵塞混凝土内部孔隙，提高混凝土耐久性。高性能混凝土能够大量充分利用现代工业废料作为胶凝材料，已达到节能、节料、降低成本、减小劳动力提高效率、减少环境污染的目的。吴中伟认为高性能混凝土针对不同用途要求，对耐久性、工作性、强度和体积稳定性等性能有重点地予以保证。针对混凝土的过早劣化，发达国家在20世纪80年代中期便开始研究高性能混凝土。美国西雅图双联广场使用C135高

7、性能混凝土（1988年）美国芝加哥水塔大厦使用C75高性能混凝土（1975年）美国纽约TrUmP塔楼使用C65高性能混凝土（1981年）加拿大多伦多NovaScotia广场中心大厦使用C80高性能混凝（1987年）日本明石海峡大桥使用C40高性能混凝土（1988年）日本是高性能混凝土研究较早、水平较高、应用较广的国家。该国科研人员研制出耐久性达500年以上的混凝土。加拿大矿产能源研究中心（CANMET）开发研究大掺量粉煤灰混凝土，并对其工作性能、物理力学性能和耐久性进行了系统的研究用。荷兰对大掺量矿渣微粉混凝土的研究和应用已有50多年的历史和相当成熟的经验，该国的海工结构大多数采用大掺量矿渣微

8、粉混凝土，设计使用寿命也均在100年以上。地铁工程钢筋混凝土抗杂散电流腐蚀模拟试验研究的结果表明，采用优化配制的复掺优质粉煤灰和矿渣微粉的高性能混凝土抗杂散电流腐蚀能力比同水胶比基准混凝土提高68倍网。越来越多的工程实例证明，高性能混凝土正以其优良的技术性能、显著的经济效益和卓越的环保意义在工程领域广泛应用，它的发展前途无比广阔，应用前景无限美好。（3）杂散电流对钢筋混凝土的腐蚀国内外研究现状由于我国经济的飞快发展，各个大城市为了满足人们快捷出行的需要，同时加快城市建设的脚步，越来越多的城市开始兴建轨道交通，而轨道交通中的杂散电流腐蚀不容忽视。国外对混凝土耐久性研究开始的比较早，国外是从20世

9、纪30年代开始重视和研究混凝土的耐久性，而国内从20世纪60年代初才开始对钢筋锈蚀进行研究。1979年北京地铁科研所进行了大规模的测量调查，证实了其存在性及危险性，从而引起了各方面的广泛关注，之后便开始有大量研究人员开始研究杂散电流对钢筋混凝土的腐蚀。我国的张誉网、樊云昌网和干伟忠等人先后对杂散电流引起的钢筋混凝土构件腐蚀进行系统的研究；杨向东“L蔺安林I、周晓军B利吴熊冈等人则深入的研究了杂散电流对混凝土性能的影响，得出了杂散电流导致的钢筋锈蚀膨胀会使混凝土强度降低的结论；贺鸿珠I、杜应吉I的研究表明矿物掺合料对杂散电流的有一定的抑制作用，并对杂散电流的防护措施提出了很多的建议。张二猛口的研

10、究表明在侵蚀介质作用下，单一氯离子作用较氯离子与硫酸根离子复合状况下的侵蚀更为严重，在同一组试验里，阴极部位的钢筋较阳极部位更容易发生锈蚀，杂散电流的存在改变了离子的迁移和吸附状况，对钢筋的锈蚀影响较大，且随电流增大而加强。杜应吉网认为混凝土的电阻可以成为衡量混凝土减少杂散电流的腐蚀的指标。混凝土开裂与杂散电流的累积电量相关，在试验中，混凝土试件开裂时的腐蚀电量在28564952mAh范围以内。丁大鹏I在对杂散电流防护研究中认为，在高架桥施工中，对梁片结构钢筋进行处理，形成钢筋网；同时，在梁端焊接连接端子，通过电缆连接使所有梁片中作为收集网的结构钢筋实现电气连通。梁、墩柱间可通过对支座进行绝缘

11、处理，实现两者钢筋的非电气连接。关于防护杂散电流的方法，现在的主流设计思想是“以防为主，以排为辅，防排结合,加强监测“3】。1.HSchwalm等人最早发现杂散电流会使地下金属构件产生严重的加速腐蚀作用】。S-Muralidharan等人认为土壤中的金属构件中交流杂散电流所产生的腐蚀作用要比直流杂散电流小得多31。ZGChenmi等对上海地铁线路附近的埋地天然气管线进行现场测试，结果发现管地电位被扰动达到200mV,土壤电位梯度也达到了62mVm,已远超我国相关规范的规定。S-Srikanth等人研究表明，土壤表面的电位梯度和管地电位差在不同的位置测量的结果随时间变化，说明了杂散电流的影响，管

12、线迅速失效主要是由于杂散电流的腐蚀导致阴,GSantiQ.ZhuK.ZakowskiJ.Fitzgerald等通过现场试验验证了杂散电流对管线局部区域具有强烈的腐蚀作用.董志君等人对运行了5年的深圳地铁系统中的21个区间上的轨道纵向电阻和轨地过渡电阻进行现场实测293叫结果表明走形轨纵向电阻和轨.地过渡电阻发生劣化而产生了杂散电流。1.Sandrolini对意大利Ticino高铁高架桥不同截面的绝缘电阻进行现场测量小】，结果表明支座.跨及跨.跨之间的绝缘电阻具有空间异性和时变性。1.Bertolini等对钢筋混凝土构件的杂散电流腐蚀过程进行了试验研究】，研究表明杂散电流能够使混凝土中钢筋的阳极

13、区发生加速腐蚀，并且在氯离子存在时的腐蚀液中加速腐蚀作用更加明显。杂散电流的腐烛防护主要分为防、排、测三个方面。目前我国在研究如何提高轨地绝缘的措施、排流网的设置及监测系统方面已经有了很大的进展，并应用于工程中，如青岛蓝色硅谷轨道交通快线工程、上海轨道交通明珠线、天津地铁一号线等等。（4）混凝土梁疲劳试验研究国内外研究现状陈梦成M等人认为在相同应力水平下，氯盐、杂散电流等单因素状况对钢筋混凝土构件存在不同程度的损伤，相对于空气状态下疲劳构件都有较显著的提高，且在氯盐和杂散电流耦合下构件损伤最为显著。朱红兵网在对T形梁的疲劳试验研究中发现裂缝的宽度，高度及裂缝数目在整个疲劳试验过程中大致可以分为

14、快速发展阶段、稳定阶段、破坏阶段。杨德滋的认为残余挠度随着荷载循环次数N的增加，初期增长也较快，后期增长也较快，而中间发展较慢，中间段的发展类似于混凝土的徐变。孙晓东阳则认为随着疲劳循环次数的增加，累积塑形变形越来越小，加载应力应变曲线接近直线。构件在疲劳时刚度降低是梁挠度逐渐增大的主要原因。构件刚度降低的主要原因有口%（1）疲劳荷载作用下，受拉区混凝土疲裂以及钢筋与混凝土之间粘结的逐渐破坏；（2）受压区混凝土在疲劳荷载作用下动力徐变的逐渐增加；（3）在疲劳荷载作用下，钢筋周期应变软化以及在疲劳过程中其截面的不断削弱。孙俊祖网等人的研究表明在疲劳反复荷载作用下，试验梁开裂后随循环次数的增加跨中

15、挠度的变化具有明显的两阶段特征，即缓慢增大并趋于稳定；与之相应，也间接反映出试验梁的刚度变化同样具有两阶段的变化特征，即缓慢减小并趋于稳定。董福星I叫等的研究表明，在疲劳荷载下，混凝土变形逐渐增大，材料性能逐渐劣化，疲劳损伤不断积累。袁迎曙等人研究表明的钢筋锈蚀导致混凝土结构劣化的原因有3种：（1）由于钢筋锈蚀使钢筋有效截面减小、钢筋与混凝土粘结力下降，从而降低了结构的承载能力；（2）由于钢筋锈蚀体积膨胀，使得混凝土产生顺筋胀裂，从而降低了结构的刚度,增大了变形，甚至使混凝土保护层剥落，影响结构的正常使用；（3）由钢筋锈蚀在混凝土中产生相当大的拉应力，使混凝土承受双向或三向的应力。冯蕴雯等人研

16、究表明的与空气环境下材料的疲劳极限试验对比，在腐蚀环境中，金属试件的疲劳寿命将有很大程度的降低。在淡水环境下，低碳钢的疲劳寿命将降至原来的70%75%,不锈钢降至原来的25%-65%;在海水中，不锈钢降至原来的20%-55%oRodrigUeZ通过对不同配筋率、箍筋间距以及不同锈蚀率的钢筋混凝土梁的抗弯试验发现：钢筋锈蚀率小的梁一般为受弯破坏，而钢筋锈蚀率和箍筋间距较大时，往往会发生剪切破坏5叫钢筋混凝土梁的强度和刚度随着纵筋锈蚀程度的增加而不断下降，文献卬通过对Ill根低配筋梁进行的快速锈蚀试验，发现钢筋锈蚀后混凝土梁的弯曲能力和变形能力明显降低，钢筋直径损失10%时，弯曲承载力降为对照组的

17、25%。TienS.ChangffClydeE.KeSlerI521做了钢筋混凝土梁的疲劳试验，认为荷载应力水平可决定疲劳破坏形态，低应力水平（高应力水平）的重复荷载将导致弯曲疲劳破坏和剪切疲劳破坏。MaXSChlafli等人倒利用27块钢筋混凝土桥面板的疲劳试验，研究了钢筋和混凝土应变、跨中挠度等与循环次数的关系。PritpalSKMahmoudS.以通过9组共Ul根锈蚀钢筋混凝土梁的静力试验，得到了荷载挠度曲线，指出钢筋截面积的减小对承载力的影响很小，而粘结强度的减小才是承载力下降的主要原因。且CaStel恪56通过对暴露长达14年之久的锈蚀钢筋混凝土梁进行试验研究，建议计算锈蚀钢筋混凝土

18、梁的承载能力时应考虑钢筋截面损失和钢筋与混凝土之间粘结力的下降。EzioCiuriani等附根据梁式试验结果和锈蚀钢筋拔出试验，根据锈蚀钢筋与混凝土之间粘结滑移关系的变化，在低锈蚀率下分析了锈胀裂缝宽度与附近位置横向裂缝宽度之间的关系，计算结果考虑了箍筋的影响，为锈蚀钢筋混凝土梁短期刚度提供了新的计算思路。E.H.Khor58以荷载作用下节点曲率变化为基点，运用概率分析方法，对锈蚀钢筋混凝土梁在随机荷载作用下的长期挠度计算进行了研究，该方法可以对截面尺寸和材料性能进行修正，较传统计算方法有较大突破。JoanR.Case59的研究证实预应力钢筋混凝土梁疲劳破坏主要是因为预应力筋和孔道之间产生滑移

19、导致锚具失效而引起的，并且建立了考虑疲劳荷载、材料本构关系、支座的不均匀沉降和温度变化等非线性因素的预应力钢筋混凝土梁的疲劳损伤模型。APoStOk)PoUIoS网研等人进行了锈蚀钢筋的低周疲劳试验研究，研究指出锈蚀钢筋的低周疲劳性能与锈蚀率的关系非常密切，在低周循环荷载作用下，锈蚀钢筋的耗能能力逐渐减小，并且随着锈蚀率的增大，疲劳寿命缩短。参考文献：1王潘劳，刘连新，张伟勤.青藏高原高海拔、高寒地区建筑材料使用寿命研究.青海大学学报，2005(1).21吴中伟.高性能混凝土一绿色混凝土J.混凝土与水泥制品，2000(1)：3-5.3冯乃谦.高性能混凝土M.北京：中国建筑工业出版社，1996：

20、12.4AlanBiIodeau&MohanMalholra,High-VblumeFlyAshSystem!ConcreteSolutionforSustainableDevlopmenlJ.ACIMaterialsJournal,2000,97(1)：4148.5JanB.BlastfurnaceslagcementfordurablemarinestructureC.AssociationoftheNetherlandscementIndustry,Netherlands1998.652-661.(6包乃文，杨树才.地铁工程中高性能混凝土抗杂散电流腐蚀模拟试验研究J.建筑科学，2006(

21、04):47-50.71李威.地铁杂散电流腐烛监测及防护技术M.北京.中国矿业大学出版社.2004.81张誉，蒋利学，张伟平.等.混凝土结构耐久性概论M.上海：上海科学技术出版社，2003.(91樊云昌，草兴国，陈怀荣.等.混凝土中钢筋腐蚀的防护与修复M.北京：中国铁道出版社，2002.101干伟忠，高明赞.杂散电流对钢筋混凝土结构耐久性的影响J.混凝土,2009,(6):21-23.111杨向东，曲学兵，周晓军.外加直流电腐蚀钢筋引起混凝土破坏机理的研究J.西部探矿工程(岩土钻掘矿业工程)，1999,11(4):92-96.1121蔺安林，周晓军.地铁迷流对混凝土中钢筋的腐蚀及混凝土强度影响

22、的实验研究J.世界隧道，1311141511611718192021222312425周晓军，高波，郭建国.等.混凝土中钢筋受外直流电腐蚀对其强度影响的试验研究J.地铁与轻轨，2001,(4):17-23.吴雄.杂散电流和氯离子共同作用下钢筋混凝土的劣化特征研究D.武汉：武汉理工大学，2008.贺鸿珠，史美伦，陈志源.粉煤灰对地铁杂散电流的抑制作用Jl混凝土与水泥制品，2001,(1):21-23.杜应吉，李元婷.活性掺合料对地铁混凝土杂散电流的抑制作用J.混凝土，2005,(6次7-79.张二猛，朱洪亮.杂散电流与侵蚀介质复合作用下地铁混凝土中钢筋的腐蚀机理J广东建材，2013(12):32

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24、fluenceofAlternating,DirectandSuperimposedAlternatingandDirectCurrentontheCorrosionofMildSteelinMarineEnvironmentsIJ.Desalination,2007,216(3)：103-115.ChenZG,QinCK,TangJX,etal.ExperimentResearchofDynamicStrayCurrentInterferenceonBuriedGasPipelinefromUrbanRailTransit(J.JournalofNaturalGasScienceandEng

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26、odsandMaterials,2009,56(6)：330-333.26FitzgeraldJH.StrayCurrentTestingonaGasDistributionPipingFollowingStart-upofaNew1.ightRailTransitLineJ.ProceedingsofCorrosion,2(X)5：1463-1468.27SantiG,SandroliniL.StrayCurrentInterferencesonHigh-speedRailTransitSystemsandSurroundingBuriedMetallicStructuresC.Procee

27、dingsofthe6thInternationalCongressonCorrsoion.GiardiniNaxos,2003：659-664.28 ZhuQ,CaoA,ZaifendW，etal.StrayCurrentCorrosioninBuriedPipelinefJ.Anti-CorrosionMethodsandMaterials,2011,58(5)：234-237.(29董志君.滨海环境盾构地铁隧道耐久性影响因素研究清华大学博士后出站报告R.清华大学，2014：56-97.30 CharalambousCA,AylottPD.DynamicStrayCurrentEvalua

28、tionsonCut-and-CoverSectionsofDCMetroSystemsfJ.IEEETransactionsonVehicularTechnology,2014,63(8)：3530-3538.31 SandroliniL.AnalysisoftheInsulationResistancesofaHigh-speedRailTransitSystemViaductfortheAssessmentofStrayCurrentInterference.Part2:ModeIlingfJ.ElectricPowerSystemsResearch,2013,103：248-254.3

29、2 SandroliniL.AnalysisoftheInsulationResistancesofaHighSpeedRailTransitSystemViaductfortheAssessmentofStrayCurrentInterference.Part1:MeasurementJ.ElectricPowerSystemsResearch,2013,103：241-247.33 BertoliniLCarsanaM,PedeferriP.CorrosionBehaviourofSteelinConcreteinthePresenceofStrayCurrentJ.CorrosionSc

30、ience,2007,49(3)：1056-1068.34陈梦成，秦臻，王凯，谢力.杂散电流与氯盐耦合作用下钢筋混凝土梁疲劳刚度衰减规律研5J高速铁路技术，2012,02(04):25-29.351朱红兵，余志武，孙杰.钢筋混凝土T梁疲劳性能试验研究J.公路交通科技，2013,30(12)：5456.(36杨德滋.部分预应力混凝土梁疲劳性能研究D.成都：西南交通大学，1990.37孙晓东，易建伟.主筋锈蚀钢筋混凝土梁疲劳试验研究D.硕士学位论文，2006:21-24.38赵国藩.高等钢筋混凝土结构学M.北京:中国电力出版社，1999.39|孙俊祖，黄侨，任远.疲劳加载下锈蚀钢筋混凝土梁抗弯刚度

31、的试验研究J.华南理工大学学报(自然科学版)，2015,43(08):114-118.40董福兴.钢筋锈蚀混凝土构件疲劳性能的试验研究D.硕士学位论文，2007:46-50.41袁迎曙，李果.锈蚀钢筋混凝土柱的结构性能退化特征J.建筑结构，2002,(10):18.42惠云玲.锈蚀钢筋性能试验研究分析fJ.工业建筑，1997,(6):10-13.43A.CastehR.Francois,G.Arliguie.MechanicalBehaviorofReintbrcedConcreteBeams-Paxt2:BondandblotchEffectsUl.MaterialsandStructure

32、s,2000,(3):545-551.44惠云玲，李荣，林志伸，全明研.混凝土基本构件钢筋锈蚀前后性能试验研究J.工业建筑，1997,(6):14-18.451赵羽习，金伟良.锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的试验研究J.浙江大学学报,2002,(4):352-356.46袁迎曙，贾福萍，蔡跃.锈蚀钢筋的力学性能退化研究J.工业建筑，2000,(1):43-46.47冯蕴雯，冯元生.腐蚀疲劳可靠度分析方法J.中国机械工程，1994,(4):451-453.48李志义，丁信伟.金属材料的腐蚀疲劳J.化工机械.1994,(4):53-62.491刘建中，谢里阳，35钢循环应力应变特性的实验研究J.机械强度

33、，1995.(4):10-13.50DrJRodriguez,L.M.OmegaJ.Casal.LoadingcarryingofconcretestructureswithreinforcementJ.ConstructionandBuidingMaterials1997,(4):239-248.51P.S.MangatM.Elgart.FlexuralStrengthofConcreteBeamswithCorrodingReinforcementJ.ConstructionandBuidingMaterials*1997(4):239-248.52 TienSChang,ClydeEKe

34、sler.Fatiguebehaviorofreinforcedconcretebeams.ACIJournalProceedings,1958,55(8):245-254.53 MaxSchlftfliandEugenBruhwiler.FatigueOfExistingReinforcedConcreteBridgeDeckSlabs.EngineeringStructures,1998,20(11):991-998.54 PritpalS,MahmoudS.FlexuralStrengthofConcreteBeamswithCorrodingReinforcement-ACIStruc

35、turalJournal,1999,96(1):149-158.55 ACasteLMechanicalBehaviorofCorrodedReinforcedConcreteBeam：Partl-ExperimentalStudyofCorrodedBeams.MaterialsandStructures,2(X)0；33(11):539-544.56 ACasteLMechanicalBehaviorofCorrodedReinforcedConcreteBeam：Part2-BondandNotchEffects.MaterialsandStructures,2000,33(11):54

36、5-551.57 EzioGiuriani,GiovanniA.InterrelationofsplittingandflexuralcracksinRCbeams.JournalofStructuralEngineering,1998,124(9):1032-103858 EHKhor,DVRosowsky,MGStewart.ProbabilisticanalysisoftimedependendeflectionsofRCflexuralmembers.Computers&Structures2001,79(16)：1461-1472.59 JoanRCaseCesarCM.Probab

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38、ingsteelbarsS500stemporeunderlowcyclefatigue.ConstructionandBuildingMaterials2007,21（4）:1447-1456.2,研究内容、研究目标以及拟解决的关键科学问题（1）研究内容1）制备高性能混凝土梁（矩形和T形）；2）探究矩形和T形钢筋混凝土梁的静力性能；3）探究矩形梁和T形梁在无腐蚀条件下疲劳荷载作用梁的破坏特征；4）分析杂散电流对梁钢筋的腐蚀特征及耦合下梁与钢筋力学性能的变化情况。（2）研究目标通过试验研究，分析轨道梁在无杂散电流腐蚀和有杂散电流腐蚀下在反复荷载作用下的疲劳性能及其表面混凝土的开裂机理。（3）拟

39、解决的关键科学问题西宁地区的高海拔高寒干旱大气环境特征对高性能混凝土高架桥的后期开裂影响严重，拟解决的关键技术问题之一是：开发出高性能混凝土在青藏高原气候条件下后期开裂的抑制与控制技术。轨道交通杂散电流及疲劳破坏不容忽视，拟解决的关键技术问题之二是：轨道交通的杂散电流、钢筋锈蚀、疲劳荷载等因素耦合作用下，解决重大工程高性能混凝土结构的耐久性和安全性问题。3 .拟采取的研究方案及可行性分析（包括有关方法、技术路线、研究手段、关键技术等说明）研究方案（1）梁体尺寸总共制作8片T形梁，30片矩形梁，梁体尺寸及编号见表1及图1。表1梁体尺寸试验梁类型试验梁编号试验梁尺寸截面bh(mm)长(mm)T形梁

40、18见图12000矩形梁93885mm100mm500（2）材料选定T形梁受拉钢筋采用HRB335（二级）螺纹钢筋，其余钢筋均采用HPB235（一级）光圆钢筋混凝土的采用具体分配见表2。表2混凝土材料混凝土Ca30Ca50Ca50zCa60z试验梁编号7、89155、616-233、424-301、231-38（3）配筋形式试验梁的配筋：18号T形梁具有相同的配筋形式，如图2所示；938号梁只在梁体下部配置两根受拉钢筋，如图3所示。47。Iiw加51m46030r1.TZImIiSLGIM脑洛ifIY-I图3矩形梁配筋图配筋图(4)试验工况本次试验总共设计六种工况，分别为：工况一：静载；工况二

41、：抗弯疲劳(矩形梁0.2-0.65MU)(T形梁0.43-0.63MU)；工况三：抗弯疲劳杂散电流1(020.8MU)；工况四：抗弯疲劳杂散电流2(0.2-0.65Mu);工况五：抗弯疲劳杂散电流3(0.2-0.45Mu):工况六：备用。18号梁按四种配比分类分别进行工况二与工况三的加载、938号梁按四种配比分类分别进行工况一至工况五的加载，具体加载方式见下表30表3加载工况试验工况一二三四五八1、32、414-15、试验梁5、76、821-23、9、1610、1711、1812、1913、2029-30、24、3125、3226、3327、3428、3536-38（5）测点布置在钢筋笼及梁体

42、混凝土表面布置应变片，钢筋应变片布置在18号梁体支座截面、L/4截面及跨中截面受压、受拉钢筋处；938号梁的跨中截面受拉钢筋处，混凝土应变片布置在梁体表面。（6）试验加载1）加载装置静载试验在疲劳试验机上完成。疲劳试验，试验装置由加载架、疲劳试验机、分配梁、支座组成。静荷载和疲劳动荷载全部由天水红山试验机厂生产的IOooKN电液伺服疲劳试验机提供，疲劳试验机由控制系统，油压系统和IoOoKN伺服作动器组成。试验中将作动器压头与分配梁接触实现对试验梁的弯曲加载。分配梁采用H型钢，并加焊加劲肋以保证其强度和刚度满足要求。支座由两根热轧无缝钢管加焊正方形端板组成，两个支座钢管的底部与一个大型钢板焊接

43、，大型钢板通过地脚螺栓与试验室地板连接以确保疲劳加载时支座的稳固。2）加载方式本试验采用等幅正弦波加载方式。考虑到试件较大，如果疲劳加载频率过大则会使振动幅度过大，同时还要保持一定的频率以防止低频蠕变疲劳影响。所以本试验的加载频率选定为5Hzo（7）试验流程1）试验梁制作a.钢筋骨架的绑扎试验梁中的钢筋骨架委托施工单位进行人工绑扎以保证质量。b.纵向受力钢筋应变片的粘贴在受力钢筋表面粘贴电阻应变片。粘贴前先用打磨机和砂纸将测点部位的钢筋表面打磨光滑，然后用丙酮将打磨过的钢筋表面擦拭干净，用502胶水将电阻应变片粘贴在钢筋表面，保证应变片与钢筋轴向平行。用电烙铁将电阻应变片的导线与外部导线焊接起

44、来，用融化的松香和石蜡将应变片保护好，并用纱布缠好，以免在浇筑混凝土时电阻应变片受潮而影响后期的测量。c.模板的制作本试验试件浇筑时采用木质模板，以保证浇筑成型后的混凝土表面平整，尺寸标准。在制作模板是严格控制模板的尺寸以及侧模与底模的位置，因为这些因素直接影响着梁的尺寸。板与板用钉子牢靠连接，避免振捣时模板变形或解体，导致试件浇筑失败。然后将绑扎好的钢筋骨架放入模板中，保证钢筋骨架的底面与底模的上表面之间留有20mm的混凝土保护层厚度。d.混凝土浇筑本试验混凝土由商混站提供，将搅拌好的混凝土倒入模板中，进行浇筑。同时利用插入式振捣棒进行充分振捣。浇注和振捣时应注意保护钢筋表面的电阻应变片及其

45、导线。浇注梁的同时,制作9块尺寸为15OmmXl50mmX150mm混凝土立方体试块,与梁同期同条件养护，并分别测3天、7天、28天的抗压强度。已试件的养护试件浇注完成24小时后拆模，拆模后进行自然养护。养护期间注意对试件洒水以满足湿度要求。f.混凝土应变片的粘贴2）试验梁加载a.静载试验每根试验梁在进行静载试验前都要做1到2次预加载，一般预加载值都不超过计算初裂荷载的70%,目的是为了消除试件与支座的接触不良，同时检验系统各仪器是否正常。然后进行正式加载，正式加载前将力调整为零，此时平衡电阻应变仪，同时记录百分表初始数值。本次试验以每IKN为一级进行分级加载，每级加载完成暂停作动器5到10分

46、钟，进行挠度、应变、裂缝等内容的测量。如此加载直至试验梁计算破坏破坏荷载80%时，降低加载速度，仔细观察试验梁的变化。加载至钢筋屈服后，转换为位移控制模式，缓慢加载。为保护加载设备，并且得到破坏形态，在钢筋屈服后待裂缝和挠度达到一定程度即停止加载，收起作动器压头，静载试验结束。b.疲劳试验试验梁进行疲劳试验前同样要做1到2次的预加载。然后将荷载调整为零，平衡电阻应变仪，记录百分表初始数值。根据静载试验结果确定疲劳试验中荷载上限值，下限值和中间值。利用疲劳试验机静载模式，将荷载加至疲劳荷载中间值。然后启动动载模式，进行疲劳加载。因本次试验需要记录试验进行到某些特定次数时的钢筋、混凝土应变。所以在试验进行到这些特定次数时要将疲劳机转换为静载模式。现以第一次的测量过程为例说明，疲劳循环荷载的第一次加载采用静载模式将荷载加至疲劳荷载上限值，暂停作动器，记录电阻应变仪数值，观察裂缝。然后卸载至零，记录电阻应变仪、百分表的读数，观察裂缝。得到第一次循环荷载测量结果。然后继续加动载进行疲劳试验，到前述特定次数后将疲劳机转换为静载模式，重复第一次加载时所做的记录工作。如此这般，直至试件破坏，疲劳试验结束，若循环荷载加至200万次梁仍未破坏，则认为在此应力水平下梁不会发生疲劳破坏。