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原文传递 CFL增强RC梁抗弯疲劳性能研究

论文题名：	CFL增强RC梁抗弯疲劳性能研究
关键词：	疲劳试验;碳纤维薄板;寿命预测;挠度;钢筋混凝土梁;抗弯性能
摘要：	为了满足桥梁、隧道和房屋等建筑物的加固补强、维修之需要，纤维增强复合材料(FiberReinforcedPolymer，简称FRP)片材以其比强度高、比模量大、与混凝土的粘结性良好、结构可设计性以及结构加固后维护方便等诸多优点而受到国内外的重视。与现有的FRP片材(纤维布、纤维板)相比，本课题组发明的新型FRP片材——纤维薄板(FiberLaminate)，由于它具有更好的性能价格比和施工性，采用纤维薄板加固钢筋混凝土(RC)构件已成为一种更有前途的方法。在本课题组前期研究工作基础上，本论文对三点弯曲循环载荷作用下碳纤维薄板(CarbonFiberLaminate，简称CFL)增强RC梁的常幅疲劳性能进行了比较系统的理论和实验研究。在实验研究中，制作了32条尺寸为1850×100×200mm的RC梁，其中28条RC梁通过在梁底面粘贴CFL予以加固，并在5级应力水平下测试了其疲劳力学参数；另外4条RC梁未经加固，作为“参照梁”(ControlBeam)，在4级应力水平下实施了疲劳试验，并与增强梁的疲劳性能进行对比分析。本论文的主要研究内容和结论如下： 1)根据CFL增强梁的损伤累积与演化过程，提出了容许疲劳寿命和极限疲劳寿命的概念。在疲劳试验的基础上，通过对实验数据的分析，分别得到了CFL增强RC梁的容许疲劳寿命和极限疲劳寿命的S～N曲线；根据疲劳极限的定义，得到其容许疲劳强度和极限疲劳强度分别为其在静载下极限承载力的65﹪和67﹪；通过概率分析，得到了增强梁在不同可靠度下的P～Ｓ～Ｎ曲线。 2)通过探讨载荷做功与循环数的关系，给出了载荷做功的功率H与增强梁疲劳寿命N的关系曲线(H～N曲线)。根据疲劳极限的定义，推定增强梁的容许疲劳强度和极限疲劳强度所对应的功率值分别为14.7N.m/s和20.0N.m/s。 3)通过建立力学分析模型，推导了增强梁的跨中挠度f、裂纹高度a、循环数n以及疲劳寿命N等参量之间的理论关系式。在疲劳试验研究的基础上，初步分析了裂纹的扩展规律，并定量分析了CFL增强RC梁在裂纹稳定扩展阶段和停止扩展阶段的裂纹扩展规律。研究结果表明：1)在裂纹稳定扩展阶段(0.25≤lnn/lnN≤0.8)，增强梁的疲劳主裂纹扩展速率da/dn与循环数n成反比；2)当0.8≤lnn/lnN≤0.98时，裂纹停止扩展。 4)在试验研究的基础上，分析了增强梁抗弯刚度的演化规律。通过归一化处理发现，增强梁的抗弯刚度演化规律可表示为：B=αb-βb·n/N。式中，αb，βb均为常数，且与应力水平无关。 5)三点弯曲循环载荷作用下，CFL增强RC梁的跨中最大挠度随着循环数的增加而不断增大，其演化率呈非线性递减趋势。本文在假设跨中挠度的演化率与循环数成反比例关系的基础上，依据损伤等效的原理，得到了增强梁的跨中挠度f与循环数和疲劳寿命的对数比值(lnn/lnN)之间的线性表达式。该关系式较好地描述了所有CFL增强梁的疲劳行为，并与试验结果吻合得较好。利用该关系式，在某一指定的应力水平下，只需少量循环的非破坏性疲劳试验数据(本文推荐n=[10，1000])，就能较高精度地预测在同一载荷条件下CFL增强RC梁的抗弯疲劳寿命N。在本文研究范围内，采用该新方法推定的疲劳寿命预测值与试验值的平均相对误差仅为14﹪。
作者：	牛鹏志
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：	2006
正文语种：	中文