论文部分内容阅读
碳纤维复合材料CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)因其具有轻质高强、疲劳性能高、抗腐蚀等优点而广泛应用于加固混凝土构件。给CFRP施加预应力后再用于加固混凝土,可以更充分地利用其抗拉强度,增加加固效果。预应力CFRP加固混凝土技术可以有效减小构件开裂荷载,减小裂缝宽度增强构件耐久性,改善构件的应力分布。然而,对于预应力CFRP加固混凝土构件预应力损失的研究还不够完善,对其疲劳性能的研究也相对滞后。因此有必要对预应力CFRP加固混凝土构件的预应力损失、疲劳性能进行理论分析与实验研究。因此,本文使用课题组自行编织成型的碳纤维薄板(CFL),用先张法施加预应力后粘贴加固钢筋混凝土(RC)梁,并对其疲劳主裂纹扩展规律开展了实验研究。本文的主要内容及结论如下:1)本文使用课题组自行研发的张拉设备制作了9根8%预应力水平的CFL加固RC梁。根据已有的预应力损失实验结果,对张拉方法进行改进如减小张拉设备升降距离、预张拉、分级放张等。实验对CFL在张拉、粘贴、固化、放张、长期损失五个阶段的预应力损失进行测试,结果表明改进张拉方法后可以有效减小预应力损失。为探明CFL端部CFL箍的作用效果,实验测试了放张阶段CFL箍上的应变分布情况。2)本文采用ABAQUS软件建立了预应力CFL加固RC梁的有限元模型,对放张后的有效预应力进行分析。建模时采用了CFL-混凝土粘结滑移关系,考虑了CFL与混凝土之间的相对滑移以及端部CFL箍的作用,有限元计算的预应力损失率与实验结果比较吻合。在不考虑CFL箍的作用的情况下,本文理论推导了放张阶段考虑粘结滑移后有效预应力的计算公式,公式计算结果与不带CFL箍有限元模型计算结果吻合较好。同时,采用本文建立的有限元模型,对加固梁裂纹尖端的应力强度因子KⅠ进行计算,结果表明,KⅠ值起初随着裂纹高度的增加而增加,在裂纹高度为30mm时取得最大值,随后逐渐减小。3)对加固梁进行三点弯曲疲劳实验,结果表明加固梁的疲劳裂纹扩展可分为快速扩展、稳定扩展、失稳扩展三个阶段,第二阶段占疲劳寿命的94%以上。本文采用Paris公式描述加固梁裂纹稳定扩展阶段疲劳主裂纹扩展规律,并根据有限元计算的KⅠ值和采用DICM测量的裂纹高度,拟合出加固梁疲劳主裂纹扩展的半经验公式,并选其中一根加固梁作验证,用该公式进行疲劳寿命预测,预测结果略小于实验值,位于偏安全的一侧。