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原文传递冻融条件下粘贴加固混凝土梁的疲劳特性研究

论文题名：	冻融条件下粘贴加固混凝土梁的疲劳特性研究
关键词：	混凝土梁;数值模拟;冻融条件;粘贴加固;疲劳特性
摘要：	粘贴钢板加固和粘贴碳纤维复合材料(CFRP)加固技术已被广泛地应用于旧桥加固改造工程中。对于采用粘贴加固的混凝土桥梁，在粘贴加固处理过程中由于存在局部应力集中等原因，可导致构件处于高应力状态下工作，并使工作应力幅越来越接近疲劳应力幅而发生破劳破坏。在我国约一半地区的混凝土桥梁工程结构在服役期间受到冻害的严重影响，而对于冻融循环作用对粘贴加固混凝土梁的疲劳受力特性的影响并不清楚，且在冻融环境条件下，即冻融循环作用的粘贴加固混凝土梁的疲劳寿命预测与一般常规环境条件下的疲劳寿命预测有所不同。因此本文采用试验研究、理论分析和数值模拟等手段，以粘贴加固混凝土梁在一般条件下的疲劳特性作为对照，研究冻融条件下的粘贴加固混凝土梁疲劳特性，并提出了一种估算冻融条件下的粘贴加固混凝土梁疲劳寿命的方法。主要内容和成果为：　　为了与冻融循环作用后的粘贴加固混凝土梁的疲劳特性相对比，本文首先进行了2根粘贴钢板加固梁及2根CFRP片材加固梁在一般环境条件下的疲劳试验，研究其在等幅循环荷载作用下的受力特性。然后进行了经受冻融循环作用后的1根CFRP片材加固混凝土梁和2根粘贴钢板加固混凝土梁的疲劳试验、以及1根钢筋混凝土梁经冻融损伤后粘贴CFRP片材加固的疲劳试验。试验结果表明：冻融循环50次作用使CFRP片材加固混凝土梁在相同疲劳荷载作用下的挠度增加了6.2％～14.9%，钢筋应变增加了2.14%～11.2%，疲劳寿命减少了1%～4.8%，刚度略有减小。一般条件下的粘贴CFRP片材加固梁和先粘贴CFRP片材加固然后经受冻融作用的梁，其破坏都是开始于受拉主筋的疲劳断裂，而粘贴CFRP片材加固已有冻融损伤的混凝土梁发生了剥离破坏，因此在粘贴加固受到冻融损伤的混凝土梁时，应采取措施避免剥离破坏的发生。由于U形箍和锚栓锚固对加固钢板剥离起到抑制作用，即使是经冻融损伤后，也显著延长粘贴钢板加固梁疲劳寿命。　　冻融循环作用后，混凝土力学性能发生退化，本文在混凝土冻融损伤理论基础上分析冻融循环50次后混凝土的力学性能，得到数值模拟的材料参数。然后在疲劳累积损伤理论基础上建立材料剩余强度模型，对冻融条件下的粘贴加固混凝土梁进行有限次疲劳加载下的数值模拟分析，得到受力最不利截面的主筋应力幅。再结合本文回归得到的钢筋S-N疲劳曲线方程，估算得到疲劳破坏开始于主筋疲劳断裂的冻融条件下的粘贴加固混凝土梁的疲劳寿命，且采用本文方法估算的疲劳寿命与试验结果吻合较好。当不考虑冻融损伤时，该方法也适用于估算发生同类疲劳破坏的一般条件下的粘贴加固混凝土梁的疲劳寿命。　　通过对受到相同疲劳荷载作用的粘贴钢板加固混凝土梁和CFRP片材加固混凝土梁疲劳特性的比较分析，可以得到：粘贴钢板加固和粘贴CFRP片材加固都增加混凝土梁的刚度。当加固钢板与混凝土粘结完好时，粘贴钢板使梁的刚度增加更明显；经过相同次数的冻融循环作用后，粘贴钢板加固混凝土梁的刚度也比CFRP片材加固混凝土梁的刚度大。在相同疲劳荷载作用下，经受或未经受冻融循环作用的CFRP片材加固梁的CFRP片材应力随疲劳循环次数增加呈增加趋势，而经受或未经受冻融循环作用的粘贴钢板加固梁的钢板应力由于粘结失效影响钢板发挥作用使得钢板应力在疲劳后期呈下降趋势。因此本次试验中，有无冻融循环作用后的CFRP片材加固效果都比钢板加固效果好；同时也说明，在粘贴钢板加固工程中，对加固钢板应采取可靠的锚固措施使钢板充分发挥作用。　　最后本文在总结分析现有文献的粘贴加固混凝土梁的疲劳试验结果和本文疲劳试验结果的基础上，得出粘贴加固混凝土梁的疲劳破坏模式主要表现为三类：1)开始于受拉主筋断裂的疲劳破坏；2)开始于粘贴加固材料的粘结失效或剥离破坏；3)开始于粘贴加固材料疲劳断裂破坏。并建议粘贴加固梁加固材料端部应采取有效的锚固措施，且每隔一段距离采用U形箍的方式来抑制加固材料端部剥离和主裂缝处的粘结失效或剥离破坏的发生。
作者：	张娟秀
专业：	土木工程;桥梁与隧道工程
导师：	叶见曙
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文