CFL增强RC梁正截面抗弯疲劳设计

FRP材料在砼结构的加固工程中已得到广泛的应用,但现行加固规程主要采用静力作用下的极限状态设计方法,没有考虑疲劳荷载作用对结构性能的影响,在结构的使用中偏于不安全。通过对等幅循环荷载下碳纤维薄板(CFL)增强RC梁三点弯曲疲劳实验,得到CFL增强梁的刚度、挠度、混凝土裂纹扩展以及CFL与混凝土的界面的疲劳损伤演化规律,揭示了在等幅循环荷载下增强梁的疲劳破坏机理;通过对CFL增强RC梁正截面疲劳极限状态的分析,考虑施加的荷载幅值、疲劳破坏模式、FRP与混凝土的粘结应力对结构疲劳寿命的影响,提出了CFL增强RC梁在等幅循环荷载作用下的正截面抗弯疲劳设计方法。     

高温疲劳裂纹扩展规律的修正模型研究

对不同材料在高温下的疲劳裂纹扩展速率曲线进行了对比分析,采用Paris公式对不同材料在不同温度下的裂纹扩展速率曲线进行了拟合,得到了不同的材料常数C和n在不同温度下的值。研究发现,对于某种材料,在保持n不变的情况下,可以认为C在对数坐标下(即lg C)与温度T呈线性关系。据此,对Paris公式进行了修正,提出了一个包含温度项的针对不同材料在相应温度范围内的修正的高温疲劳裂纹扩展规律描述模型。利用该模型对不同材料在高温下的疲劳裂纹扩展规律进行了拟合和预测,发现拟合和预测效果较优,且由于模型形式简单,所需实验数据少,在工程中有一定的应用价值。     

CFL增强RC梁挠度分析

碳纤维薄板(CFL)加固RC梁技术已成功地应用于桥梁工程.该方法的关键科学问题之一是疲劳荷载下增强梁的变形规律.结合一系列疲劳试验,给出了挠度的发展规律,提出界面疲劳裂缝扩展寿命的预测方法.分析结果表明:构件挠度扩展主要分为三个阶段:快速增加、稳定扩展、失稳扩展,其中第二阶段是构件疲劳寿命的主要阶段,在此阶段挠度缓慢增加,增加量与加载次数成线性关系.采用理论与实验相结合的方法给出了疲劳荷载下挠度的计算公式和疲劳寿命的预测公式,可以较好地符合试验结果.     

疲劳荷载作用下抗弯加固RC梁FRP应变分析

根据一系列常幅疲劳试验,分析了抗弯加固RC梁中FRP疲劳应变的变化规律和关键影响因素.FRP疲劳应变随着荷载水平的增加而增加,与加固构件挠度变形量成较好的线性关系.在疲劳加载初期由于混凝土裂缝的出现导致加固构件挠度的增加,FRP应变快速增加;随后在大部分的疲劳寿命期内FRP应变变化很小,略有下降,表现出良好的抗疲劳力学性能.     

交通荷载对拉索钢丝疲劳寿命的影响

钢丝的疲劳寿命主要受到荷载(特别是交通荷载)作用的影响.从疲劳裂纹扩展以及临界裂纹长度两个方面研究交通荷载对疲劳寿命的影响.首先从Paris公式出发对裂纹扩展量计算公式进行简化,指出疲劳应力幅概率分布对疲劳寿命的影响主要由其均值决定;接着采用Rice公式提供的临界交通荷载分布规律对疲劳寿命的影响进行分析,给出了疲劳寿命的失效概率计算公式.通过将以上方法应用于实桥的拉索钢丝,发现应力幅的变异性对疲劳寿命的影响可以忽略.计算结果还显示,交通荷载极值对于疲劳寿命有一定影响,其标准差可达9周以上.     

随机荷载作用下疲劳裂纹扩展新算法

认为疲劳裂纹扩展的机理是惯性效应,并在断裂力学的基础上,通过引入惯性效应因子导出等幅荷载作用下疲劳裂纹扩展速率解析表达式.将随机载荷用通用的傅立叶变换转换为等幅非对称循环载荷的叠加,这一方法具有力学概念清晰、简便的特点.通过与试验数据和其它方法的对比研究,证明了该方法的有效性.成功地将等幅载荷作用下疲劳裂纹扩展新公式推广到随机载荷作用.     

几何特征对含切口构件疲劳寿命的影响

V形切口尖端处的应力奇异对含切口构件的疲劳寿命有着显著的影响,切口尖端的裂纹扩展速率取决于该应力奇场。文章采用边界元法研究了在疲劳荷载作用下,V形切口尖端处裂纹的扩展情况,并针对V形切口尖端处裂纹扩展到与纯裂纹具有相同的应力强度因子情形,对两者的疲劳寿命进行比较,最后得出切口深度、切口张角以及初始裂纹长度对V形切口裂纹扩展的影响规律。     

基于混凝土残余应变的CFRP布与钢板复合加固RC梁疲劳损伤研究

采用碳纤维增强复合材料(CFRP)与钢板复合加固钢筋混凝土(RC)梁,并对其开展疲劳性能试验,分析梁压区边缘混凝土的疲劳总应变和累积残余应变随循环次数的发展规律,根据实测数据提出梁压区边缘混凝土累积残余应变演化方程,最后利用压区边缘混凝土累积残余应变定义损伤变量,计算获得损伤变量演化曲线.结果表明:随着荷载幅的提高和疲劳循环次数的增加,复合加固的RC梁压区边缘混凝土疲劳总应变和累积残余应变增大,且其发展均呈现明显的三阶段规律;利用压区边缘混凝土累积残余应变所建立的损伤模型,可以较好地反映这种复合加固梁的疲劳累积损伤.研究结果为CFRP布与钢板复合加固梁的剩余疲劳寿命预测和损伤评价奠定了理论基础.     

基于数字图像技术的沥青混合料反射裂纹扩展行为

为了研究不同加载模式下的沥青混合料反射裂纹扩展行为,对复合小梁试件进行复合型和弯拉型破坏荷载试验以及不同应力比状态的疲劳试验,并基于数字图像相关技术(digital image correlation, DIC)观测反射裂纹萌生至扩展全过程,从裂纹宽度、裂纹扩展路径、裂纹扩展高度及疲劳反射裂纹扩展速率深入分析其扩展行为。结果表明：沥青混合料反射裂纹扩展行为经历微裂纹萌生、微裂纹发展阶段、微裂纹向宏观裂缝转变、宏观裂缝快速发展4个阶段。反射裂纹扩展由主裂纹扩展以及次裂纹扩展构成,且次裂纹扩展速率高于主裂纹。采用logistic函数对混合料疲劳反射裂纹扩展量进行拟合是可靠的。研究成果对于完善沥青路面设计及其耐久性评价具有重要意义。     

冲击疲劳裂纹扩展(英文)

本文综合归纳了金属材料的冲击疲劳裂纹扩展研究。讨论了冲击应力特征参量 ,如应力幅值 ,加载时间 ,2次应力峰值和过载 ,对冲击疲劳裂纹扩展速率的影响 ;对材料在冲击和非冲击疲劳载荷作用下的裂纹扩展行为进行了比较。结果表明 :冲击应力特征参量对冲击疲劳裂纹扩展速率的影响规律与其裂纹尖端的微观变形、断裂机制有关 ;材料在冲击和非冲击疲劳载荷作用下的裂纹扩展速率存在 3种不同的关系 ,并取决于材料在冲击和非冲击疲劳载何作用下的裂纹扩展机理 ;应力幅值 ,应力花样和材料的显微组织对材料的冲击疲劳裂纹扩展的影响大于对非冲击疲劳裂纹扩展的影响 ,冲击载荷常导致材料脆化并加速材料的疲劳裂纹扩展。     

CFL增强RC梁的疲劳累积损伤模型

通过碳纤维薄板(CFL)增强钢筋混凝土(RC)梁的三点弯曲疲劳试验,得到了构件疲劳寿命曲线及其跨中挠度、抗弯刚度的演化规律;采用增强梁的剩余抗弯刚度来定义损伤变量,建立了描述其损伤、断裂过程的疲劳累积损伤模型,并对CFL增强RC梁的疲劳损伤演化历程进行了数值分析.结果表明,文中提出的疲劳累积损伤模型能够准确地描述包括混凝土开裂、CFL与混凝土剥离、钢筋屈服等破坏模式在内的CFL增强RC梁的疲劳损伤、破坏过程.     

纤维薄板厚度对增强RC梁承载能力的影响

通过进行普通钢筋混凝土(RC)梁与碳纤维薄板(CFL)增强RC梁的三点弯曲试验,研究粘贴不同厚度的CFL对增强RC梁的破坏模式和承载能力的影响规律,试验发现普通RC梁的破坏以混凝土开裂和主筋屈服为主,CFL增强RC梁的破坏模式与CFL的粘贴厚度有关,包括CFL拉断失效、CFL与混凝土界面剥离、混凝土压碎3种基本模式及其混合模式,弯曲载荷下的极限承载力随CFL的粘贴厚度而增加,与普通RC梁相比提高了12．6％-38．9％。     

CFL加固受弯钢板中表面裂纹应力强度因子的数值分析

借助ANSYS建立了碳纤维薄板(CFL)加固钢板中半椭圆型三维表面裂纹的应力强度因子有限元计算模型,讨论了CFL厚度、裂纹形状比、裂纹面积对CFL加固受弯钢板中三维表面裂纹应力强度因子的影响.研究结果表明:CFL加固含裂纹的钢结构能够大幅度地降低裂纹的应力强度因子;应力强度因子的降低速率随CFL厚度的增加而减小;裂纹面积越大的表面裂纹,在CFL加固后其应力强度因子降低的幅度越大,加固效果越明显;对于含细长裂纹的受弯钢板,CFL正面加固的效果更为显著.     

纤维薄板厚度对增强RC梁破坏模式的影响

采用理论推导与实验验证的方法,探讨碳纤维薄板厚度对增强钢筋混凝土(RC)梁破坏模式的影响．文中首先通过理论分析,提出了增强RC梁破坏模式的判断方法及公式,随后据此对4组试验梁的破坏模式进行了推定．理论推定结果表明,碳纤维薄板增强RC梁的破坏模式随着碳纤维薄板厚度的变化而改变,4种破坏模式(纤维薄板拉断、界面剥离或钢筋保护层剥离、混凝土压碎和混合破坏模式)分别对应于碳纤维薄板的某一厚度区间．文中最后通过实验验证了上述推定结果．     

碳纤维薄板增强RC梁的弯曲疲劳寿命

纤维增强复合材料(FRP)加固钢筋混凝土(RC)梁的疲劳行为是国内外土木工程界的前沿课题.文中将18根尺寸为1850mm×100mm×200mm的碳纤维薄板(CFL)增强RC梁分为4组进行弯曲疲劳实验,探讨其疲劳性能.通过理论分析及对上述疲劳实验数据的分析和讨论,按照所提出的CFL增强梁的容许疲劳寿命和极限疲劳寿命的新概念,得到了相应的两类S-N和P-S-N曲线,发现CFL增强梁的容许疲劳寿命和极限疲劳寿命分别是其静载极限强度的65%和67%;推导了增强梁的跨中最大挠度与载荷循环数、单根梁的疲劳寿命及应力水平之间的关系式,在此基础上,提出了一种只需少量循环加载(研究中建议取n=100 ～1000)的非破坏性弯曲疲劳试验数据就能预测该增强梁疲劳寿命的新方法.最后通过另外3根CFL增强梁的疲劳试验对所提出的寿命预测方法进行了验证.     

预应力CFRP布加固梁的疲劳试验研究

应用课题组研发的预应力CFRP布加固混凝土梁技术,对加固梁的疲劳性能进行了试验研究.试验结果表明,在疲劳荷载作用下,预应力CFRP布加固梁的钢筋应变值显著减少,同时预应力CFRP布加固更为有效的改善了混凝土梁的抗裂性能.相对于未加固梁,加固梁的疲劳寿命有显著的增加,表现出良好的抗疲劳性能.     

预应力CFL增强RC梁有效预应力研究

粘贴预应力纤维增强复合材料（FRP）对土木建筑结构进行加固和修复,可以提高工程效率,改善构件的受力状况.有效预应力是预应力研究领域中最为关键的参数.本文以碳纤维薄板（CFL）加固RC梁为研究对象,进行理论研究计算有效预应力和采用间接预应力施加方法进行预应力CFL增强RC实验并测得有效预应力。并将理论计算结果与实验结果进行了比较,两结果大体上比较接近,理论计算结果较实验值偏大。     

复合砂浆钢筋(丝)网加固RC梁受弯研究

采用无机材料高性能复合砂浆钢筋(丝)网加固混凝土梁,通过10根三面U形(在梁的受拉面和侧面进行加固)加固的混凝土梁和2根没有加固的对比梁的试验,研究了这种加固技术对钢筋混凝土梁的影响和作用,并比较了一次受力和二次受力的不同.与对比梁相比,采用高性能复合砂浆钢筋(丝)网加固的试件裂缝宽度和间距有较大幅度的减小,刚度有明显的提高,受弯极限承载力有很大的增加.在平截面假定的基础上求出试件的极限承载力,与试验结果相比有较好的吻合.