CN106323771B - 考虑荷载频率的水泥基材料疲劳寿命概率模型的建立方法 - Google Patents
考虑荷载频率的水泥基材料疲劳寿命概率模型的建立方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106323771B CN106323771B CN201610627987.9A CN201610627987A CN106323771B CN 106323771 B CN106323771 B CN 106323771B CN 201610627987 A CN201610627987 A CN 201610627987A CN 106323771 B CN106323771 B CN 106323771B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cement
- based material
- fatigue
- loading frequency
- fatigue life
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 239000004568 cement Substances 0.000 title claims abstract description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 abstract description 3
- 230000017260 vegetative to reproductive phase transition of meristem Effects 0.000 abstract description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract 1
- 240000002853 Nelumbo nucifera Species 0.000 description 2
- 235000006508 Nelumbo nucifera Nutrition 0.000 description 2
- 235000006510 Nelumbo pentapetala Nutrition 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000009661 fatigue test Methods 0.000 description 2
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000012669 compression test Methods 0.000 description 1
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 1
- 239000004035 construction material Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/32—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0001—Type of application of the stress
- G01N2203/0005—Repeated or cyclic
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0058—Kind of property studied
- G01N2203/0069—Fatigue, creep, strain-stress relations or elastic constants
- G01N2203/0073—Fatigue
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/025—Geometry of the test
- G01N2203/0252—Monoaxial, i.e. the forces being applied along a single axis of the specimen
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本发明公开了一种考虑荷载频率的水泥基材料疲劳失效概率和疲劳寿命概率模型的建立方法。基于水泥基材料的准静态加载强度和不同荷载频率下的疲劳寿命,可以简便、快速地得到水泥基材料的疲劳寿命概率模型。所述模型一方面可以通过疲劳荷载循环次数来预测水泥基材料以及使用水泥基材料的结构的疲劳失效概率,另一方面,可以通过疲劳失效概率的设定来计算水泥基材料及结构的疲劳寿命,为相应结构的疲劳性能设计和疲劳荷载下结构的服役状况检测和评定提供新途径和新方法。
Description
技术领域
本发明专利属于水泥基材料疲劳概率模型技术领域。
背景技术
水泥基材料是以水泥作为胶凝材料的工程材料。自19世纪波特兰水泥问世以来,混凝土等水泥基材被广泛用于交通、建筑、水利、海洋等工程领域,是工程建设中用量最大的材料。20世纪初,随着钢筋混凝土桥梁的建设和发展,对水泥基材料疲劳性能的相关研究也逐步开展。21世纪以来,随着高速公路、高速铁路、超高层建筑、特高大坝、跨海大桥、海洋平台等大型基础设施的建设,水泥基材料及其结构应用中的疲劳性能成为土木工程领域关注的重点之一。水泥基材料的疲劳性能参数存在离散性较大的特点,因而通常会引入概率分布的概念来表征其疲劳可靠度。然而关于如何建立水泥基材料疲劳寿命概率模型的尚未有相关研究报道。与此同时,对于使用水泥基材料的各类结构而言,所承受疲劳荷载的荷载频率也不尽相同。因此,提出一种考虑荷载频率的水泥基材料疲劳寿命概率模型,可以为相应结构的疲劳性能设计和疲劳荷载下结构的服役状况检测和评定提供新途径和新方法。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种考虑荷载频率的水泥基材料疲劳失效概率模型的建立方法。为此,本发明采用以下技术方案:
一种考虑荷载频率的水泥基材料疲劳失效概率模型的建立方法,其特征是,包括以下步骤:
(1)根据多组某种水泥基材料在不同荷载频率下的疲劳寿命,得到各荷载频率下疲劳寿命的威布尔分布参数:比例参数λf,形状参数kf,f表示该组试样的荷载频率,f为0时表示准静态加载;根据所述水泥基材料的准静态加载强度,得到准静态加载强度的威布尔分布参数:比例参数λ0,形状参数k0,位置参数σ0。
此步骤中,可以得到所述各荷载频率(f1、f2、……、fn)作用下的疲劳寿命的比例参数λf1、λf2、……、λfn,形状参数kf1、kf2、……、kfn,以及所述准静态加载强度的比例参数λ0,形状参数k0,位置参数σ0。
(2)建立函数g(f)=kf/k0;建立函数h(f)=λf^g(f)/λ0。
此步骤中,通过数据点kf1/k0、kf2/k0、……、kf3/k0,可以建立关于荷载频率f的函数g(f),所述函数g(f)的形式可以是任意满足上述数据点的函数形式。在此基础上,通过数据点λf1^g(f1)/λ0、λf2^g(f2)/λ0、……、λfn^g(fn)/λ0,可以建立关于荷载频率f的函数h(f),所述函数h(f)的形式可以是任意满足上述数据点的函数形式。
(3)根据上述步骤所得参数和函数,所述水泥基材料在荷载频率f作用时,疲劳荷载循环次数N所对应的疲劳失效概率PF为:
本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种考虑荷载频率的水泥基材料疲劳寿命概率模型的建立方法,为此,本发明采用以下技术方案:
一种考虑荷载频率的水泥基材料疲劳寿命概率模型的建立方法,包括以下步骤:
(1)根据多组某种水泥基材料在不同荷载频率下的疲劳寿命,得到各荷载频率下疲劳寿命的威布尔分布参数:比例参数λf,形状参数kf,f表示该组试样的荷载频率,f为0时表示准静态加载;根据所述水泥基材料的准静态加载强度,得到准静态加载强度的威布尔分布参数:比例参数λ0,形状参数k0,位置参数σ0。
此步骤中,可以得到所述各荷载频率(f1、f2、……、fn)作用下的疲劳寿命的比例参数λf1、λf2、……、λfn,形状参数kf1、kf2、……、kfn,以及所述准静态加载强度的比例参数λ0,形状参数k0,位置参数σ0。
(2)建立函数g(f)=kf/k0;建立函数h(f)=λf^g(f)/λ0;
此步骤中,通过数据点kf1/k0、kf2/k0、……、kf3/k0,可以建立关于荷载频率f的函数g(f),所述函数g(f)的形式可以是任意满足上述数据点的函数形式。在此基础上,通过数据点λf1^g(f1)/λ0、λf2^g(f2)/λ0、……、λfn^g(fn)/λ0,可以建立关于荷载频率f的函数h(f),所述函数h(f)的形式可以是任意满足上述数据点的函数形式。
(3)根据上述步骤所得参数和函数,所述水泥基材料在荷载频率f作用时,疲劳失效概率PF所对应的疲劳荷载循环次数N(疲劳寿命)为:
式2的表达式,可以由式1通过等式变形获得。
本发明的有益效果在于:基于某种水泥基材料的准静态加载强度和不同荷载频率下的疲劳寿命,可以简便、快速地得到所述水泥基材料的疲劳寿命概率模型。所述模型一方面可以通过疲劳荷载循环次数来预测水泥基材料以及使用水泥基材料的结构的疲劳失效概率,另一方面,可以通过疲劳失效概率的设定来计算水泥基材料及结构的疲劳寿命。所述模型可以为相应结构的疲劳性能设计和疲劳荷载下结构的服役状况检测和评定提供新途径和新方法。
附图说明
图1是本发明实施例所述疲劳荷载循环次数及概率模型结果
具体实施方式
下面结合附图对本发明所提供技术方案的具体实施方式作进一步说明,本实施实例是对本发明的说明,而不是对本发明作出任何限定。
对超高韧性水泥基材料的试样进行4种荷载频率的单轴压缩疲劳实验,所述材料准静态加载抗压强度平均值为30.2MPa。疲劳试验应力水平为0.85、应力比R为0.1、荷载频率分别为8Hz、2Hz、0.5Hz、0.125Hz的疲劳试验,获得各个荷载频率下试样的疲劳寿命,如下表所示。对所述水泥基材料进行准静态单轴压缩试验,获得准静态加载强度分别为28.21MPa、28.91MPa、29.86MPa、30.45MPa、30.45MPa、30.60MPa、30.66MPa、31.07MPa、31.44MPa和31.65MPa。
根据威布尔分布得到准静态加载强度的比例参数λ0为30.87,形状参数k0为27.17,位置参数ε0为0;荷载频率为8Hz的疲劳寿命的比例参数λ8为3951,形状参数k8为2.017;荷载频率为2Hz的疲劳寿命的比例参数λ2为1868,形状参数k2为3.9245;荷载频率为0.5Hz的疲劳寿命的比例参数λ0.5为1520,形状参数k0.5为1.4926;荷载频率为0.125Hz的疲劳寿命的比例参数λ0.125为808,形状参数k0.125为1.5254。
根据上述数据,通过kf/k0得到函数g(f)=0.014ln(1+f)+0.07;在函数g(f)的基础上,通过λf^g(f)/λ0得到函数h(f)=0.01ln(1+f)+0.05。需要指出的是,函数g(f)、h(f)也可采用其他任意满足条件的表达式。
根据上述步骤所得参数和函数,超高韧性水泥基材料在荷载频率f作用时,疲劳荷载循环次数N所对应的疲劳失效概率PF为:
根据所得的上述表达式,通过等式变形,可以进一步得到超高韧性水泥基材料在荷载频率f作用时,疲劳失效概率PF所对应的疲劳荷载循环次数N为:
所得疲劳寿命概率模型计算结果与实测疲劳寿命如图1所示,所得模型可以准确反映疲劳寿命概率分布及荷载频率的影响。
Claims (2)
1.一种考虑荷载频率的水泥基材料疲劳失效概率模型的建立方法,其特征是,包括以下步骤:
(1)根据多组水泥基材料在不同荷载频率下的疲劳寿命,得到各荷载频率下疲劳寿命的威布尔分布参数:比例参数λf,形状参数kf,f表示该组试样的荷载频率,f为0时表示准静态加载;根据所述水泥基材料的准静态加载强度,得到准静态加载强度的威布尔分布参数:比例参数λ0,形状参数k0;
(2)建立函数g(f)=kf/k0;建立函数h(f)=λf^g(f)/λ0;
(3)根据上述步骤所得参数和函数,所述水泥基材料在荷载频率f作用时,疲劳荷载循环次数N所对应的疲劳失效概率PF为:
2.一种考虑荷载频率的水泥基材料疲劳寿命概率模型的建立方法,其特征是,包括以下步骤:
(1)根据多组水泥基材料在不同荷载频率下的疲劳寿命,得到各荷载频率下疲劳寿命的威布尔分布参数:比例参数λf,形状参数kf,f表示该组试样的荷载频率,f为0时表示准静态加载;根据所述水泥基材料的准静态加载强度,得到准静态加载强度的威布尔分布参数:比例参数λ0,形状参数k0;
(2)建立函数g(f)=kf/k0;建立函数h(f)=λf^g(f)/λ0;
(3)根据上述步骤所得参数和函数,所述水泥基材料在荷载频率f作用时,疲劳失效概率PF所对应的疲劳荷载循环次数N为:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610627987.9A CN106323771B (zh) | 2016-08-02 | 2016-08-02 | 考虑荷载频率的水泥基材料疲劳寿命概率模型的建立方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610627987.9A CN106323771B (zh) | 2016-08-02 | 2016-08-02 | 考虑荷载频率的水泥基材料疲劳寿命概率模型的建立方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106323771A CN106323771A (zh) | 2017-01-11 |
CN106323771B true CN106323771B (zh) | 2019-03-01 |
Family
ID=57739864
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201610627987.9A Active CN106323771B (zh) | 2016-08-02 | 2016-08-02 | 考虑荷载频率的水泥基材料疲劳寿命概率模型的建立方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106323771B (zh) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107038316B (zh) * | 2017-05-02 | 2019-12-17 | 浙江大学 | 抗折强度评估方法及装置 |
CN109522570B (zh) * | 2017-09-19 | 2020-09-18 | 浙江大学 | 一种基于指数Weibull方程的混凝土疲劳变形演化模型 |
CN109522569B (zh) * | 2017-09-19 | 2022-10-04 | 浙江大学 | 基于Weibull方程和残余变形的混凝土疲劳寿命预测方法和装置 |
CN110400608A (zh) * | 2019-06-13 | 2019-11-01 | 浙江大学建筑设计研究院有限公司 | 水泥基材料强度随龄期变化的评定方法 |
CN115112503B (zh) * | 2022-06-27 | 2024-05-07 | 广东技术师范大学 | 一种橡胶材料概率疲劳寿命曲线获取方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103778276A (zh) * | 2013-12-27 | 2014-05-07 | 河海大学 | 基于疲劳寿命分布的复合材料可靠度预测方法 |
CN105046085A (zh) * | 2015-07-30 | 2015-11-11 | 河海大学 | 一种预测混凝土构件剩余疲劳寿命的模型 |
CN105260584A (zh) * | 2014-07-01 | 2016-01-20 | 中国人民解放军空军工程大学 | 一种已服役使用过的飞机结构剩余耐久性安全寿命确定方法 |
CN105528742A (zh) * | 2016-03-03 | 2016-04-27 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种断路器失效概率评估方法 |
-
2016
- 2016-08-02 CN CN201610627987.9A patent/CN106323771B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103778276A (zh) * | 2013-12-27 | 2014-05-07 | 河海大学 | 基于疲劳寿命分布的复合材料可靠度预测方法 |
CN105260584A (zh) * | 2014-07-01 | 2016-01-20 | 中国人民解放军空军工程大学 | 一种已服役使用过的飞机结构剩余耐久性安全寿命确定方法 |
CN105046085A (zh) * | 2015-07-30 | 2015-11-11 | 河海大学 | 一种预测混凝土构件剩余疲劳寿命的模型 |
CN105528742A (zh) * | 2016-03-03 | 2016-04-27 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种断路器失效概率评估方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
Effect of the loading frequency on the compressive fatigue behavior;Arthur Medeiros等;《International Journal of Fatigue》;20151231;第342-350页 |
Frequency effect on the compressive fatigue behaviour of plain and fiber-reinforced concretes;A Medeiros 等;《 International Conference on Fracture Mechanics of Concrete and Concrete Structures》;20141231;第1-9页 |
超高韧性水泥基复合材料单轴压缩疲劳性能研究;李庆华等;《建筑结构学报》;20160131;第37卷(第1期);第135-142页 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN106323771A (zh) | 2017-01-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106294953B (zh) | 一种考虑应力水平的水泥基材料疲劳失效概率和疲劳寿命概率模型的建立方法 | |
CN106323771B (zh) | 考虑荷载频率的水泥基材料疲劳寿命概率模型的建立方法 | |
CN106294967B (zh) | 一种考虑荷载频率的水泥基材料疲劳失效概率和疲劳应变概率模型的建立方法 | |
Gholampour et al. | Performance of sustainable concretes containing very high volume Class-F fly ash and ground granulated blast furnace slag | |
Ohno et al. | A feasibility study of strain hardening fiber reinforced fly ash-based geopolymer composites | |
Topark-Ngarm et al. | Setting time, strength, and bond of high-calcium fly ash geopolymer concrete | |
Ghafari et al. | Influence of nano-silica addition on durability of UHPC | |
Thomas et al. | Hydration kinetics and microstructure development of normal and CaCl2-accelerated tricalcium silicate pastes | |
CN106250636B (zh) | 一种考虑应力水平的水泥基材料疲劳失效模型和疲劳应变概率模型的建立方法 | |
Ahmad et al. | Properties of self-consolidating concrete made utilizing alternative mineral fillers | |
Adewole et al. | Determination of appropriate mix ratios for concrete grades using Nigerian Portland-limestone grades 32.5 and 42.5 | |
Jayapalan et al. | Nanoparticles and apparent activation energy of Portland cement | |
CN109231917A (zh) | 一种抗裂缝抗渗透高耐久性混凝土及其制备方法 | |
Shah et al. | An experimental study on durability and water absorption properties of pervious concrete | |
CN103601455A (zh) | 一种速凝时间可控注浆材料及其制备方法 | |
Gao et al. | Flexural behavior of fiber and nanoparticle reinforced concrete at high temperatures | |
CN104817310B (zh) | 用复合胶凝材料制备低热高抗裂水工混凝土定量设计方法 | |
Castel | Bond between steel reinforcement and geopolymer concrete | |
Athiyamaan et al. | Statistical and detailed analysis on fiber reinforced self-compacting concrete containing admixtures-A state of art of review | |
Yang et al. | Influence of Alternation of Sulfate Attack and Freeze‐Thaw on Microstructure of Concrete | |
Ravindra et al. | Mechanical Properties of Concrete with Marine Sand as Partial Replacement of Fine Aggregate | |
Ramya et al. | Experimental investigation of polypropylene fiber in engineered cementitious composites | |
Laskar et al. | Behaviour of geopolymer concrete under static and cyclic loads | |
Shendge et al. | Effect of Mixed Fibre Reinforced Concrete Exposed to Different Exposure Condition | |
Jeyasehar et al. | Development of fly ash based geopolymer concrete precast elements |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |