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原文传递随机载荷下CFL增强RC梁抗弯疲劳性能研究

论文题名：	随机载荷下CFL增强RC梁抗弯疲劳性能研究
关键词：	随机载荷;增强梁;疲劳寿命;载荷作用;桥梁结构;裂缝宽度;加固;计算方法;可靠性分析模型;功率谱密度函数;随机过程;疲劳载荷;模拟;增强构件;损伤过程;承载力不足;Reinforced Polymer;纤维增强复合材料;疲劳强度;车辆荷载
摘要：	由于设计标准偏低、结构老化、以及施工质量和超载等原因，目前我国仍存在为数不少的承载力不足或者带有严重病害的桥梁。为了确保桥梁结构及交通运输安全，必须对这些运营公路和铁路桥梁进行加固和维修。作为桥梁结构加固的新技术，采用粘贴纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer，简称FRP)对旧危桥或承载力不足的桥梁进行加固以提高其承载能力，是交通领域的一个前沿课题。桥梁承受的活载是随机载荷，采用FRP加固桥梁结构件，应该考虑随机载荷作用下FRP加固件的力学性能。为此，本文以本课题组发明的碳纤维薄板(Carbon FiberLaminte，简称CFL)加固RC梁为对象，通过试验研究和理论分析等方法，率先研究FRP增强构件在随机载荷作用下的疲劳性能。本文工作的主要内容和结论如下： 1)为了模拟桥梁所受活载的真实情况，收集和统计了G321国道某路段在一个月内的车流量，并通过对车流量的等效折算、概率分布及其功率谱密度函数等的统计分析，得到了服从威布尔分布的随机过程。根据随机过程的分布函数和功率谱密度函数，采用“分布变换”的方法实现了非高斯过程的数值模拟，提出了一种非高斯平稳随机过程“桥梁所受活载”的载荷谱模拟方法。模拟结果表明，本文所示方法很好地将桥梁所受车辆荷载转换为随机疲劳试验的载荷谱。 2)通过随机载荷作用下CFL增强RC梁的三点弯曲疲劳试验，率先得到了随机载荷作用下增强梁的S<,max>～N曲线，并推定出其极限疲劳强度约为静载极限强度的68％。对比分析常幅疲劳和随机载荷下的S<,max>～N曲线和△S～N曲线的结果表明，常幅载荷下增强梁的疲劳寿命比随机载荷下的寿命长，如果采用随机载荷的最大载荷平均值或是等效等幅载荷来预测疲劳寿命会偏于不安全。为了比较准确地预测随机载荷下增强构件的疲劳寿命，本文提出了一种修正的等效等幅载荷的计算方法。 3)将车辆荷载及构件的疲劳强度视为随机变量，提出了基于极限应力的疲劳可靠性分析模型，并结合模拟荷载数据与加固梁的疲劳试验数据，进行了疲劳可靠度评估。计算结果表明，该可靠性分析模型可以比较准确地评估构件的可靠性。 4)通过分析CFL增强RC梁在疲劳载荷下的刚度衰减规律，将加固梁的剩余抗弯刚度定义为损伤变量，提出了一种可以同时考虑钢筋和混凝土损伤的动态刚度计算方法。该方法在正截面应力分析的基础上，运用分段线性原理，考虑了由于组成材料损伤机制不同而造成的疲劳损伤过程中的应力重分布现象，能够较好地模拟常幅和随机载荷下CFL增强RC梁受弯构件的疲劳损伤过程，并能比较准确地对增强梁的疲劳寿命进行了预测。 5)通过分析CFL加固RC梁在静载和疲劳载荷作用下的变形，再考虑试验梁在疲劳荷载作用下的残余变形和瞬时变形，率先提出了常幅疲劳和随机载荷下CFL加固RC梁挠度的计算方法，计算结果与试验结果吻合较好。 6)对疲劳裂缝宽度的变化规律进行分析，提出了基于静载初始裂缝宽度和CFL的应变增长系数的疲劳裂缝宽度的计算方法。该方法不仅可以计算常幅疲劳载荷下的裂缝宽度，也可以计算随机载荷下的疲劳裂缝宽度。
作者：	赵琛
专业：	固体力学
导师：	黄培彦
授予学位：	博士
授予学位单位：	华南理工大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文