凍融條件下粘貼加固混凝土梁的疲勞特性研究.pdf

1、粘貼鋼板加固和粘貼碳纖維復(fù)合材料(CFRP)加固技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用于舊橋加固改造工程中。對(duì)于采用粘貼加固的混凝土橋梁，在粘貼加固處理過(guò)程中由于存在局部應(yīng)力集中等原因，可導(dǎo)致構(gòu)件處于高應(yīng)力狀態(tài)下工作，并使工作應(yīng)力幅越來(lái)越接近疲勞應(yīng)力幅而發(fā)生破勞破壞。在我國(guó)約一半地區(qū)的混凝土橋梁工程結(jié)構(gòu)在服役期間受到凍害的嚴(yán)重影響，而對(duì)于凍融循環(huán)作用對(duì)粘貼加固混凝土梁的疲勞受力特性的影響并不清楚，且在凍融環(huán)境條件下，即凍融循環(huán)作用的粘貼加固混凝土梁的疲勞壽

2、命預(yù)測(cè)與一般常規(guī)環(huán)境條件下的疲勞壽命預(yù)測(cè)有所不同。因此本文采用試驗(yàn)研究、理論分析和數(shù)值模擬等手段，以粘貼加固混凝土梁在一般條件下的疲勞特性作為對(duì)照，研究?jī)鋈跅l件下的粘貼加固混凝土梁疲勞特性，并提出了一種估算凍融條件下的粘貼加固混凝土梁疲勞壽命的方法。主要內(nèi)容和成果為：
　　 為了與凍融循環(huán)作用后的粘貼加固混凝土梁的疲勞特性相對(duì)比，本文首先進(jìn)行了2根粘貼鋼板加固梁及2根CFRP片材加固梁在一般環(huán)境條件下的疲勞試驗(yàn)，研究其在等幅循環(huán)

3、荷載作用下的受力特性。然后進(jìn)行了經(jīng)受凍融循環(huán)作用后的1根CFRP片材加固混凝土梁和2根粘貼鋼板加固混凝土梁的疲勞試驗(yàn)、以及1根鋼筋混凝土梁經(jīng)凍融損傷后粘貼CFRP片材加固的疲勞試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：凍融循環(huán)50次作用使CFRP片材加固混凝土梁在相同疲勞荷載作用下的撓度增加了6.2％～14.9%，鋼筋應(yīng)變?cè)黾恿?.14%～11.2%，疲勞壽命減少了1%～4.8%，剛度略有減小。一般條件下的粘貼CFRP片材加固梁和先粘貼CFRP片材加固然后經(jīng)

4、受凍融作用的梁，其破壞都是開始于受拉主筋的疲勞斷裂，而粘貼CFRP片材加固已有凍融損傷的混凝土梁發(fā)生了剝離破壞，因此在粘貼加固受到凍融損傷的混凝土梁時(shí)，應(yīng)采取措施避免剝離破壞的發(fā)生。由于U形箍和錨栓錨固對(duì)加固鋼板剝離起到抑制作用，即使是經(jīng)凍融損傷后，也顯著延長(zhǎng)粘貼鋼板加固梁疲勞壽命。
　　 凍融循環(huán)作用后，混凝土力學(xué)性能發(fā)生退化，本文在混凝土凍融損傷理論基礎(chǔ)上分析凍融循環(huán)50次后混凝土的力學(xué)性能，得到數(shù)值模擬的材料參數(shù)。然后在疲

5、勞累積損傷理論基礎(chǔ)上建立材料剩余強(qiáng)度模型，對(duì)凍融條件下的粘貼加固混凝土梁進(jìn)行有限次疲勞加載下的數(shù)值模擬分析，得到受力最不利截面的主筋應(yīng)力幅。再結(jié)合本文回歸得到的鋼筋S-N疲勞曲線方程，估算得到疲勞破壞開始于主筋疲勞斷裂的凍融條件下的粘貼加固混凝土梁的疲勞壽命，且采用本文方法估算的疲勞壽命與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。當(dāng)不考慮凍融損傷時(shí)，該方法也適用于估算發(fā)生同類疲勞破壞的一般條件下的粘貼加固混凝土梁的疲勞壽命。
　　 通過(guò)對(duì)受到相同疲勞荷

6、載作用的粘貼鋼板加固混凝土梁和CFRP片材加固混凝土梁疲勞特性的比較分析，可以得到：粘貼鋼板加固和粘貼CFRP片材加固都增加混凝土梁的剛度。當(dāng)加固鋼板與混凝土粘結(jié)完好時(shí)，粘貼鋼板使梁的剛度增加更明顯；經(jīng)過(guò)相同次數(shù)的凍融循環(huán)作用后，粘貼鋼板加固混凝土梁的剛度也比CFRP片材加固混凝土梁的剛度大。在相同疲勞荷載作用下，經(jīng)受或未經(jīng)受凍融循環(huán)作用的CFRP片材加固梁的CFRP片材應(yīng)力隨疲勞循環(huán)次數(shù)增加呈增加趨勢(shì)，而經(jīng)受或未經(jīng)受凍融循環(huán)作用的粘貼

7、鋼板加固梁的鋼板應(yīng)力由于粘結(jié)失效影響鋼板發(fā)揮作用使得鋼板應(yīng)力在疲勞后期呈下降趨勢(shì)。因此本次試驗(yàn)中，有無(wú)凍融循環(huán)作用后的CFRP片材加固效果都比鋼板加固效果好；同時(shí)也說(shuō)明，在粘貼鋼板加固工程中，對(duì)加固鋼板應(yīng)采取可靠的錨固措施使鋼板充分發(fā)揮作用。
　　 最后本文在總結(jié)分析現(xiàn)有文獻(xiàn)的粘貼加固混凝土梁的疲勞試驗(yàn)結(jié)果和本文疲勞試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，得出粘貼加固混凝土梁的疲勞破壞模式主要表現(xiàn)為三類：1)開始于受拉主筋斷裂的疲勞破壞；2)開始于粘