CFL增強RC梁抗彎疲勞性能研究.pdf

1、為了滿足橋梁、隧道和房屋等建筑物的加固補強、維修之需要，纖維增強復(fù)合材料(FiberReinforcedPolymer，簡稱FRP)片材以其比強度高、比模量大、與混凝土的粘結(jié)性良好、結(jié)構(gòu)可設(shè)計性以及結(jié)構(gòu)加固后維護方便等諸多優(yōu)點而受到國內(nèi)外的重視。與現(xiàn)有的FRP片材(纖維布、纖維板)相比，本課題組發(fā)明的新型FRP片材——纖維薄板(FiberLaminate)，由于它具有更好的性能價格比和施工性，采用纖維薄板加固鋼筋混凝土(RC)構(gòu)件已成為

2、一種更有前途的方法。 在本課題組前期研究工作基礎(chǔ)上，本論文對三點彎曲循環(huán)載荷作用下碳纖維薄板(CarbonFiberLaminate，簡稱CFL)增強RC梁的常幅疲勞性能進行了比較系統(tǒng)的理論和實驗研究。在實驗研究中，制作了32條尺寸為1850×100×200mm的RC梁，其中28條RC梁通過在梁底面粘貼CFL予以加固，并在5級應(yīng)力水平下測試了其疲勞力學參數(shù)；另外4條RC梁未經(jīng)加固，作為“參照梁”(ControlBeam)，在4級

3、應(yīng)力水平下實施了疲勞試驗，并與增強梁的疲勞性能進行對比分析。本論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下： 1)根據(jù)CFL增強梁的損傷累積與演化過程，提出了容許疲勞壽命和極限疲勞壽命的概念。在疲勞試驗的基礎(chǔ)上，通過對實驗數(shù)據(jù)的分析，分別得到了CFL增強RC梁的容許疲勞壽命和極限疲勞壽命的S～N曲線；根據(jù)疲勞極限的定義，得到其容許疲勞強度和極限疲勞強度分別為其在靜載下極限承載力的65﹪和67﹪；通過概率分析，得到了增強梁在不同可靠度下的P～Ｓ～

4、Ｎ曲線。 2)通過探討載荷做功與循環(huán)數(shù)的關(guān)系，給出了載荷做功的功率H與增強梁疲勞壽命N的關(guān)系曲線(H～N曲線)。根據(jù)疲勞極限的定義，推定增強梁的容許疲勞強度和極限疲勞強度所對應(yīng)的功率值分別為14.7N.m/s和20.0N.m/s。 3)通過建立力學分析模型，推導(dǎo)了增強梁的跨中撓度f、裂紋高度a、循環(huán)數(shù)n以及疲勞壽命N等參量之間的理論關(guān)系式。在疲勞試驗研究的基礎(chǔ)上，初步分析了裂紋的擴展規(guī)律，并定量分析了CFL增強RC梁在裂

5、紋穩(wěn)定擴展階段和停止擴展階段的裂紋擴展規(guī)律。研究結(jié)果表明：1)在裂紋穩(wěn)定擴展階段(0.25≤lnn/lnN≤0.8)，增強梁的疲勞主裂紋擴展速率da/dn與循環(huán)數(shù)n成反比；2)當0.8≤lnn/lnN≤0.98時，裂紋停止擴展。 4)在試驗研究的基礎(chǔ)上，分析了增強梁抗彎剛度的演化規(guī)律。通過歸一化處理發(fā)現(xiàn)，增強梁的抗彎剛度演化規(guī)律可表示為：B=αb-βb·n/N。式中，αb，βb均為常數(shù)，且與應(yīng)力水平無關(guān)。 5)三點彎曲循

6、環(huán)載荷作用下，CFL增強RC梁的跨中最大撓度隨著循環(huán)數(shù)的增加而不斷增大，其演化率呈非線性遞減趨勢。本文在假設(shè)跨中撓度的演化率與循環(huán)數(shù)成反比例關(guān)系的基礎(chǔ)上，依據(jù)損傷等效的原理，得到了增強梁的跨中撓度f與循環(huán)數(shù)和疲勞壽命的對數(shù)比值(lnn/lnN)之間的線性表達式。該關(guān)系式較好地描述了所有CFL增強梁的疲勞行為，并與試驗結(jié)果吻合得較好。利用該關(guān)系式，在某一指定的應(yīng)力水平下，只需少量循環(huán)的非破壞性疲勞試驗數(shù)據(jù)(本文推薦n=[10，1000])