混凝土桥梁占国内桥梁总数的90%以上，普遍处于长期超载运营状态、存在较重的安全隐患，是现阶段国内桥梁管养工作的重点；而现有混凝土桥梁安全评定方法没能抓住结构疲劳破坏的本质，其检测内容和评定指标均不能有效反映结构的疲劳状态，造成了近五年内混凝土桥梁脆性坍塌事故屡见不鲜，甚至出现混凝土桥梁在加固后几年内仍发生脆性坍塌的案例。鉴于此，本项目以钢筋混凝土桥梁为突破口，基于断裂理论展开对混凝土桥梁疲劳损伤机理深入研究。重点研究混凝土内部裂纹状态在疲劳荷载作用下的扩展过程，分析裂纹总体分布和主裂纹扩展状态对混凝土疲劳性能的影响；研究开裂截面处钢混粘结面疲劳滑移性能，分析钢筋滑移长度对梁体疲劳性能的影响；并提出基于疲劳状态的混凝土桥梁安全评定方法。本项目的研究成果将在基础理论层面上，对国内日趋严峻混凝土桥梁管养工作起到推动作用，具有重大的现实意义和经济价值。

混凝土桥梁占国内桥梁总数的90%以上，普遍处于长期超载运营状态、存在较重的安全隐患，是现阶段国内桥梁管养工作的重点；而现有混凝土桥梁评定方法没能抓住结构疲劳破坏的本质，其检测内容和评定指标不能有效反映结构的疲劳状态，造成了近五年内混凝土桥梁脆性坍塌事故屡见不鲜，甚至出现混凝土桥梁在加固后几年内仍发生脆性坍塌的案例；鉴于此，本项目以钢筋混凝土桥梁为突破口对混凝土桥梁疲劳损伤机理进行深入研究。本项目进行混凝土试件抗压疲劳试验，验证了混凝土疲劳应力限值，随着混凝土疲劳应力幅值的增大，混凝土疲劳性能有所衰减；并对混凝土裂纹扩展过程进行了数值仿真分析，分析结果与既有混凝土断裂性能相一致。完成了钢筋与混凝土粘结力测试试验，通过实测钢筋内的拉应力分布和钢筋自由端的变形情况，获得了钢筋与混凝土的平均滑移剪应力，并建立了剪应力随钢筋锚固深度的分布曲线；最终，基于断裂理论对一座混凝土桥梁的疲劳剩余寿命进行预测计算。本项目是在理论层面对混凝土疲劳性能进行的基础研究，其成果能够对国内日趋严峻混凝土桥梁管养工作起到推动作用，具有重大的现实意义和经济价值。 2100433B

结构断裂和疲劳理论是研究因工程结构内部不可避免地存在裂纹，裂纹会在外载荷作用下扩展而引起断裂破坏，也会在幅值较小的交变载荷作用下扩展而引起疲劳破坏的学科。

结构断裂和疲劳理论是研究因工程结构内部不可避免地存在裂纹，裂纹会在外载荷作用下扩展而引起断裂破坏，也会在幅值较小的交变载荷作用下扩展而引起疲劳破坏的学科。现在我们对断裂和疲劳的研究历史还不长，还不完善，但断裂和疲劳理论目前得发展很快。 　在结构力学对于各种工程结构的理论和实验研究中，针对研究对象还形成了一些研究领域，这方面主要有杆系结构理论、薄壁结构理论和整体结构理论三大类。整体结构是用整体原材料，经机械铣切或经化学腐蚀加工而成的结构，它对某些边界条件问题特别适用，常用作变厚度结构。随着科学技术的不断进展，又涌现出许多新型结构，比如20世纪中期出现的夹层结构和复合材料结构。2100433B

疲劳是零件由于循环载荷引起的局部损伤的过程，是一个由包括零件裂纹萌生、扩展和最终断裂等组成的累积过程所导致产生的综合结果。在循环加载期间，在最高应力区域发生局部塑性变形，这种塑性变形引起零件的永久损伤和裂纹扩展。随着零件所承受的加载循环次数不断增加，裂纹长度(损伤)随之增加。在达到一定循环次数之后，裂纹将导致零件失效(断裂)。

通常，疲劳过程可以观察到裂纹成核、微观裂纹扩展、宏观裂纹扩展和最终断裂四阶段。

裂纹在接近高应力集中的局部剪切面上开裂，如稳定滑移带、夹杂物、疏松或晶粒不连续分布等，局部剪切面通常发生在晶粒表面或边界之内。在这一阶段，裂纹成核是疲劳过程的第一步。一旦裂纹成核并且持续施加循环载荷，裂纹就会沿着最大切应力面并通过晶粒边界扩展。

在工程应用中，将零件在裂纹成核和微观裂纹扩展期间的寿命长度称为裂纹萌生阶段，而将零件在宏观裂纹扩展期间的寿命长度称为裂纹扩展阶段。通常，对从萌生到扩展的过渡阶段无法做出精确的定义。钢制零件的裂纹萌生阶段一般占其疲劳寿命的大部分，特别是在高周疲劳状态下(约大于10000次循环)。在低周疲劳状态下(约小于10000次循环)，疲劳寿命的大部分时间耗费在裂纹扩展。

一旦裂纹形成或者发生完全失效，就可以检查到疲劳失效的表面。弯曲或轴向疲劳失效通常会留下蛤壳状或海滩状斑纹，这些斑纹的名称源自断裂表面的形貌特征。裂纹成核区域位于壳的中央，裂纹像是从裂纹成核所在区域扩展开来的样子，通常呈辐射状，留下一个半椭圆形的图案。在某些情况下，通过检测裂纹部位所遗留海滩斑纹的尺寸和位置，可以识别裂纹扩展开始或者结束的不同阶段。海滩斑纹的线条呈条纹状与树干横断面的年轮线相似。这些条纹状呈现出在一个加载循环期间裂纹扩展的范围。与树类似，树每年长一圈，而疲劳损伤则在每个加载循环产生一个圈。在发生疲劳失效时，会出现一个最终的剪切裂痕，这是材料在失效之前对载荷的最后一点支撑。切变裂痕的尺寸取决于加载的类型、材料和其他条件。

随着我国经济快速发展，近海交通运输建设规模不断扩大，近海桥梁数量不断增多。对于近海桥梁，全寿命周期内更为突出的问题是其处于海腐蚀环境的同时又在地震多发带。本课题以我国近海在役桥梁全寿命周期内面临的耐久性损伤及地震安全问题为背景，以钢筋混凝土桥梁为对象，研究了近海耐久性损伤桥梁时变易损性。本项目基于不同荷载模式下锈蚀钢筋力学性能试验，分析了单调拉伸荷载、低周反复荷载作用下锈蚀钢筋的力学性能，对锈蚀钢筋力学性能在不同荷载模式下退化程度进行了对比研究，并给出了锈蚀钢筋力学性能退化计算模型。通过碳化混凝土棱柱体试件单调及反复荷载试验，得到各试件应力应变曲线及骨架曲线，考虑到碳化混凝土构件的截面尺寸效应，从混凝土碳化率的角度对比分析了单调及反复荷载下碳化对试件力学性能的影响，并给出了碳化混凝土力学性能退化计算模型。建立近海桥梁精细化有限元模型，通过的锈蚀钢筋混凝土桥墩试件抗震性能试验验证有限元模型的有效性，分析了不同服役期内桥墩抗震性能的演化过程。考虑混凝土碳化与氯离子侵蚀的耦合作用，通过模拟近海腐蚀环境，进行了近海环境下钢筋混凝土材料力学性能的退化过程的时变性分析。确定近海在役桥梁耐久性损伤分析边界条件，考虑桥梁全寿命周期内地震作用的时变性，采用时变地震易损性分析方法研究了近海桥梁全寿命周期内抗震性能演化过程及时变规律。建立了全寿命周期内近海RC桥梁在主余震及多次地震作用下的时变地震易损性模型，根据服役年限及耐久性损伤，构造主余震及多次地震序列，研究不同服役阶段桥梁时变地震易损性。基于理论易损性、可靠度理论以及构件的概念移除法提出了一种适用于全寿命周期内算例桥型的抗倒塌分析方法, 并进行了基于时变易损性的近海桥梁主余震作用下的鲁棒性分析,从而为全寿命周期内近海在役桥梁地震风险评估提供理论依据。 2100433B