貼碳纖維布加固鋼筋混凝土梁徐變后的疲勞性能研究

學(xué)號(hào)S03011Q15密級(jí) HUNANUNIVERSITY碩士學(xué)位論文貼碳纖維布加固鋼筋混凝土梁徐變后的分類號(hào)疲勞性能研究學(xué)位申請(qǐng)人姓名唐鉛雄培養(yǎng)單位湖南大學(xué)土木.T程學(xué)院導(dǎo)師姓名及職稱方志教授學(xué)科專業(yè)_結(jié)構(gòu)工程研究方向新型材料的應(yīng)用研究論文提交E1期2006年6月20H摘要碳纖維增強(qiáng)塑料（CarbonFiberReinforcedPlastics簡(jiǎn)稱CFRP)具有高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐腐燭和耐疲勞等優(yōu)點(diǎn)，再加上施工簡(jiǎn)便及其價(jià)格的下降，而被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域。目前對(duì)碳纖維加固結(jié)構(gòu)的研究主要集中在靜載抗彎、抗剪方面，對(duì)其疲勞性能的研究仍然處于起步階段，而對(duì)其徐變后的疲勞性能的研究更是空白。針對(duì)這一現(xiàn)狀，本文主要進(jìn)行了以下幾方面的研究：進(jìn)行了徐變加固梁與未徐變加固梁及徐變未加固梁的對(duì)比疲勞試驗(yàn)。試驗(yàn)表明：徐變加固梁混凝土應(yīng)變?cè)谄诤奢d循環(huán)的前20萬(wàn)次發(fā)展速度慢于未徐變加固梁，鋼筋應(yīng)變發(fā)展速度則恰好相反；疲勞荷載作用過(guò)程中，混凝土和鋼筋應(yīng)變的發(fā)展出現(xiàn)波動(dòng)；徐變加固梁疲勞后的混凝土和鋼筋極限應(yīng)變均要遠(yuǎn)小于未徐變加固梁，而碳纖維布在靜載破壞時(shí)的應(yīng)變要遠(yuǎn)大于未徐變加固梁；徐變加固梁疲勞后的極限變形能力不如未徐變加固梁；徐變加固梁疲勞試驗(yàn)后的變形性能較徐變未加固梁要差，而其靜載承載力卻是徐變未加固梁的1.4倍；梁疲勞過(guò)程中的裂縫開(kāi)展主要集中在疲勞荷載循環(huán)的前20萬(wàn)次。研究了徐變加固梁與未徐變加固梁在疲勞過(guò)程中各材料殘余應(yīng)變發(fā)展規(guī)律。試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：混凝土殘余應(yīng)變發(fā)展基本上符合混凝土疲勞形變?nèi)A段規(guī)律；鋼筋殘余應(yīng)變發(fā)展基本符合延性材料的棘齒效應(yīng)和門濫效應(yīng)理論；碳纖維布?xì)堄鄳?yīng)變發(fā)展是由于膠層殘余應(yīng)變發(fā)展造成的，徐變加固梁殘余應(yīng)變發(fā)展基本呈線性，而未徐變加固梁則呈波動(dòng)發(fā)展且均值為0。根據(jù)以上發(fā)現(xiàn)，分別對(duì)各材料殘'余應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行了線性擬合，得出了殘余應(yīng)變關(guān)于荷載循環(huán)次數(shù)的變化曲線。根據(jù)擬合得到的殘余應(yīng)變曲線公式，對(duì)加固梁的最不利截面進(jìn)行了應(yīng)力應(yīng)變分析，并用FOTRAN語(yǔ)言編輯計(jì)算機(jī)程序。用試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，計(jì)算值與實(shí)測(cè)值變化規(guī)律基本吻合。關(guān)鍵詞：碳纖維布；徐變；鋼筋混凝土；疲勞；AbstractCarbonFiberReinforcedPlastics,havingthemeritsofhighstrength,lightweight，corrosionresistanceandfatigueresistance,superaddedhandyconstructinganddeclineofprice，arewildlyusedinthefieldofstructurereinforcing.Atthepresenttime,thestudiesaboutthestructurestrengthenedwithCFRPsheetmostlyfocusontheaspectsofstaticcharacteristicsofbendingresistanceandshearingresistanceetc.whilestudiesaboutfatigueperformanceareinastartingphaseandthoseoffatigueperformanceaftercreepareevenblank.Aimingattheseactualities,thispaperstudiesmainlyfollowingseveralaspects:(1)Havingmadecontrastivefatiguetestsofstrengthenedbeamswhichhadcrept,thosehadnotandgirderswhichhadcreptbuthadn'tbeenstrengthened.Testsshowedthatthedevelopingspeedofconcretestrainofstrengthenedbeamswhichhadcreptinthefront200,000timeswasslowerthanthatofstrengthenedbeamswhichhadnotcrept,whilethedevelopingspeedofthestrainofsteelbarswasindirectcontradiction;intheprocessoffatiguetests,concrete'sandsteelbars'strainsfluctuated;fortheultimatestrainsofconcreteandthatofsteelbarsafterfatiguetestswhichhappenedinthestaticdestroyperiod,thestrengthenedbeamswhichhadcreptwerelessthanthatofstrengthenedbeamswhichhadnocrept，whileforCFRPsheet'sstraininstaticdestroy,theformerwaslargelygreaterthanthelater;afterfatigueteststhelimitdeformationabilityofstrengthenedbeamswhichhadcreptwasnotasgoodastheno-crept;thestrengthenedbeamswhichhadcrepthadnobetterdeformationabilitiesthanthestrengthenedbeamswhichhadnotcrept,buttheirstaticbearingcapacitywas1.4timesthanthatofthestrengthenedbeamswhichhadnotcrept.Intheprocessoffatiguetests,cracksmainlydevelopedinthefront200,000times.(2)Havingstudiedonthedevelopingrulesofmaterials'residualstrainsofstrengthenedbeamswhichhadcreptandthatofstrengthenedbeamswhichhadnotcreptintheprocessoffatiguetests.Theanalysisoftestdatashowed:thedevelopmentofconcreteresidualstrainwasbasicallyinaccordwithconcretefatiguedistortionthreephasesrules;thedevelopmentofsteelbars'residualstrainwasbasicallyinaccordwithratcheteffectofductilematerialsandthresholdeffecttheory;carbonfibersheet'sresidualstraindevelopedasaresultofthedevelopmentinofbondline'sresidualstrain.Residualstraindevelopmentofstrengtheningbeamswhichhadcreepcollapsepresentlinearwhilethatofstrengthenedbeamswhichhadnotcreptpresentwavyandinmean“0”.Accordingtothediscoveriesabove,individuallymadelinefittingsforvariousmaterials'dataofresidualstrainsandgotthemovementcurveofresidualstrains'loadcycleindex.(3)Accordingtoresidualstrainscurveformulagotfromfitting’madestressstrainanalysisforthemostdetrimentalsectionofstrengthenedbeamsandmadeaprograminFOTRANlanguage.Totestwithtrialresultsandcalculationresults,changingrulesofcomputedvalueandmeasuredvaluetalliedonthewhole.Keywords:CFRPsheet;Creep;ReinforcedConcrete;Fatigue

湖南大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果6除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名：日期：j^i年jr月多日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)湖南大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)墀庫(kù)進(jìn)行檢索，可以釆用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于1、保密□， 在 年解密后適用本授權(quán)書。2、不保密a。(請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“V”）導(dǎo)師簽名作者簽名：辣曰期：年月？曰、__^^ 曰期：年丁月5曰

第1章緒論眾所周知，從第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束至今的50年間，建筑業(yè)大致經(jīng)歷了三個(gè)不同的發(fā)展時(shí)期，即大規(guī)模新建、新建與維修改造并舉和重點(diǎn)轉(zhuǎn)向舊建筑的維修與現(xiàn)代化改造。近幾十年來(lái)，由于舊建筑的工程事故不斷發(fā)生，各經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家正逐漸把建設(shè)的重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到舊建筑的維修、改造和加固方面。據(jù)ASCE估計(jì)，從1999至2003年美國(guó)僅用于修復(fù)混凝土基礎(chǔ)設(shè)施的費(fèi)用將達(dá)到13000億美元，約占國(guó)民生產(chǎn)總值的4%。英國(guó)在1980年建筑物維修改造工程占英國(guó)建筑工程總量的三分之一；瑞典建筑業(yè)80年代首要的任務(wù)是對(duì)己有建筑物進(jìn)行更新改造，1983年用于維修改造的投資占總投資的50%⑴。我國(guó)作為一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，改革幵放以來(lái)，建筑業(yè)發(fā)展非常迅速，各種公路、橋梁、髙層建筑、展覽中心以及大型水利工程紛紛投建。而這些結(jié)構(gòu)往往由于自然災(zāi)害，超載，腐燭以及建設(shè)質(zhì)量問(wèn)題等原因過(guò)早出退出服役。單就橋梁方面而言，公路部門目前就有5000多座危橋，而鐵路部門自1985年以來(lái)投資了15億元用于整治橋梁病害，但橋梁病害的新生速度仍然高于整治速度，橋梁病害率在1993年為16.5%而到1994年病害率增加到18.8°“，計(jì)6137座橋，其中混凝土橋梁2675座⑴。結(jié)構(gòu)病害數(shù)量如此巨大，如將其全部推倒重建，不僅投資巨大而且妨害國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展?而對(duì)這些病害結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)和加固處理，延長(zhǎng)其服役期是解決這一矛盾的合適方法。因此，如何科學(xué)的評(píng)估結(jié)構(gòu)的損傷程度，采取有效的處理措施延緩結(jié)構(gòu)的損傷進(jìn)程，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命已逐漸成為工程界關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題?結(jié)構(gòu)鑒定和加固技術(shù)已處于十分突.出的位置?，F(xiàn)有的加固方法可以分為兩類，直接加固法和間接加固法。直接加固法就是通過(guò)一些技術(shù)措施，直接提高構(gòu)件截面的承載力和剛度等，目前常用的直接加固法有：加大截面加固法，外包鋼加固法、預(yù)應(yīng)力加固法、外部粘貼加固法、注獎(jiǎng)加固法；間接加固法是根據(jù)原有結(jié)構(gòu)體系的客觀條件，通過(guò)一些技術(shù)措施，改變結(jié)構(gòu)傳力途徑，減少被加固構(gòu)件的荷載效應(yīng)，目前常用的間接加固法有：增設(shè)構(gòu)件法、增設(shè)支點(diǎn)加固法、卸載加固法等"_"]加大截面加固法是采用與原有構(gòu)件同類的材料，通過(guò)增大截面的尺寸面積，提高構(gòu)件承載能力和剛度的一種傳統(tǒng)的加固方法，也是一種非常有效的加固方法。該方法施工技術(shù)比較成熟，可靠性好，既可以用來(lái)提髙構(gòu)件抗力及構(gòu)件剛度，又可以用來(lái)修復(fù)己經(jīng)損傷的混凝土截面，提高其耐久性，廣泛地用于梁、板、柱、墻等棍凝土結(jié)構(gòu)的加固<>這種加固方法的缺點(diǎn)是使原有的使用建筑空間變小，施工周期長(zhǎng)，工程量大，對(duì)在用建筑的使用環(huán)境有較嚴(yán)重的影響，加固期間建筑物通常不能正常使用。另外，加大截面法因構(gòu)件質(zhì)量與剛度變化較大，要注意結(jié)構(gòu)固有頻率加固前后的變化，避免使結(jié)構(gòu)加固后的固有頻率進(jìn)入地震或風(fēng)振的卓越頻率的共攝區(qū)域。外包鋼加固法外包鋼加固法是用角鋼、鋼板等材料將原混凝土梁、柱等構(gòu)件包裹起來(lái)，通過(guò)外包鋼與原有構(gòu)件的共同作用，提高構(gòu)件的承載能力和剛度，達(dá)到加固的目的。按外包鋼與被加固構(gòu)件的連接情況分為干式外包和濕式外包。此方法的優(yōu)點(diǎn)是可以大幅度提高構(gòu)件的抗壓和抗彎性能，施工周期相對(duì)較短，占用空間也不大，基本無(wú)需養(yǎng)護(hù)，比較廣泛地應(yīng)用于不允許增大截面尺寸，而又需要較大幅度提高承載力的軸心受壓和小軸心受壓構(gòu)件。缺點(diǎn)是用鋼量大，加固維修費(fèi)用較高。預(yù)應(yīng)力加固法預(yù)應(yīng)力加固法是采用高強(qiáng)度鋼筋或型鋼等在被加固構(gòu)件體外增設(shè)預(yù)應(yīng)力拉桿或撐桿的加固法.加固時(shí)，通過(guò)施加預(yù)應(yīng)力，使體外的拉桿或撐桿與被加固構(gòu)件共同受力。克服被加固構(gòu)件的應(yīng)力超前現(xiàn)象，改變?cè)薪孛娴氖芰μ卣鳎岣呒庸毯篌w系的承載能力和剛度。此方法廣泛應(yīng)用于受彎構(gòu)件和受拉構(gòu)件的加固，能夠有效地提高構(gòu)件承載力、截面剛度以及加固后構(gòu)件截面的抗裂性能，減少原有構(gòu)件裂縫寬度和燒度。但該方法施工技術(shù)要求較高、預(yù)應(yīng)力拉桿或者壓桿與被加固構(gòu)件的連接處理較復(fù)雜、難度較大，另外還存在施工時(shí)的側(cè)向穩(wěn)定等問(wèn)題。粘鋼加固法 ’粘鋼加固法是在構(gòu)件表面用特制的建筑結(jié)構(gòu)膠粘貼鋼板，以提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力的一種加固方法。這種加固方法具有施工方便、周期短、占用空間不大、對(duì)環(huán)境影響小，以及加固后不影響結(jié)構(gòu)的外觀等優(yōu)點(diǎn)，是一種適用面較廣的先進(jìn)加固方法。該加固方法的缺點(diǎn)是粘結(jié)質(zhì)量的保證、鋼板的剪裁以及防腐問(wèn)題。注獎(jiǎng)加固法注衆(zhòng)加固法是采用壓力，把具有較好粘接性能的材料注入被加固構(gòu)件內(nèi)部的空隙中，以提髙被加固構(gòu)件的完整性、密實(shí)性，提高材料的強(qiáng)度0該方法應(yīng)用于混凝土或砲體結(jié)構(gòu)的裂縫等內(nèi)部缺陷的修復(fù)加固，在地基加畫中也有廣泛應(yīng)用。噴射混凝土技術(shù)?噴射混凝土技術(shù)是借助噴射機(jī)械，利用壓縮空氣或其他動(dòng)力，將一定比例配合的拌合料，通過(guò)管道輸送并以高速噴射到受噴面上凝結(jié)硬化成混凝土的一種技術(shù)。噴射混凝土具有較高的力學(xué)性能和良好的耐久性，特別是與混凝土、磚石、鋼材具有很高的粘結(jié)強(qiáng)度，可以在結(jié)合面上傳遞拉應(yīng)力和剪應(yīng)力。增設(shè)構(gòu)件加固法增設(shè)構(gòu)件加固法是在原有構(gòu)件之間增加新的構(gòu)件，以減少原有構(gòu)件的受荷面積，減少荷載效應(yīng)，達(dá)到結(jié)構(gòu)加固的目的.該方法實(shí)施時(shí)不破壞原有結(jié)構(gòu)，施工易于操作；但是由于增加了新構(gòu)件，對(duì)原有建筑的建筑功能可能會(huì)有影響，所以該方法一般適合于生產(chǎn)廠房或增加構(gòu)件后不影響使用要求的民用建筑梁柱等的加固。增設(shè)支點(diǎn)加固法增設(shè)支點(diǎn)加固法是在梁、板等構(gòu)件上增設(shè)支點(diǎn)，在柱子、屋架之間增設(shè)支撐構(gòu)件，減少結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算跨度（長(zhǎng)度），減少荷載效應(yīng)，發(fā)揮構(gòu)件潛力，增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，達(dá)到結(jié)構(gòu)加固的目的。按照支撐結(jié)構(gòu)的受力性能，增設(shè)支點(diǎn)加固法分為剛性支點(diǎn)加固法和彈性支點(diǎn)加固法.在剛性支點(diǎn)加固法中，新增支點(diǎn)的變形相對(duì)被加固構(gòu)件的變形而言非常小，可以近似視為不動(dòng)支點(diǎn)，在彈性支點(diǎn)加固法中，新增支點(diǎn)的變形較大，不能忽略不計(jì)。卸載加固法采用新型輕質(zhì)材料置換原有建筑分隔和裝飾材料，如用輕質(zhì)墻板置換原有磚隔墻等，通過(guò)減少荷載提高結(jié)構(gòu)的可靠性，達(dá)到結(jié)構(gòu)加固的目的。粘貼纖維復(fù)合材料加固法纖維復(fù)合材料加固法就是用纖維復(fù)合材料對(duì)鋼筋混凝土、鋼或其他結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)、加固和翻新的加固方法。它與傳統(tǒng)的加固方法相比，具有強(qiáng)度高、重量輕、耐腐蝕、耐久性能好、抗疲勞性能好、適用面廣、便于施工等優(yōu)異性能⑺，在混凝土結(jié)構(gòu)加固中有著廣泛的應(yīng)用前景，本文的下一節(jié)主要介紹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在土木工程中的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀。纖維增強(qiáng)聚合物(FiberReinforcedPlastics或FiberReinforcedPolymer，簡(jiǎn)稱FRP)材料萌芽于二次世界大戰(zhàn)的石油化工，是把玻璃纖維植入聚合樹脂中得到的，在20世紀(jì)60年代和70年代，由于航空航天領(lǐng)域需要高強(qiáng)度、高剛度和較低密度的高性能材料使得FRP材料商業(yè)化，但FRP材料價(jià)格太高，應(yīng)用領(lǐng)域只局限于航空航天和國(guó)防工業(yè)。20世紀(jì)70年代開(kāi)始，由于FRP價(jià)格的下降以及運(yùn)動(dòng)產(chǎn)品的需求進(jìn)一步推動(dòng)了FRP的發(fā)展。20世紀(jì)80年代后期和卯年代前期，隨著國(guó)防工業(yè)對(duì)FRP材料需求量的減小，F(xiàn)RP制造商把更多的研究放在如何減少FRP的費(fèi)用以獲得FRP工業(yè)持續(xù)的發(fā)展。當(dāng)FRP材料價(jià)格下降后，F(xiàn)RP材料在基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域獲得了迅速的發(fā)展⑻。此后，北美、日本、歐洲等對(duì)FRP復(fù)合建筑材料的研究、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用蓬勃展開(kāi)。目前，在土木工程中應(yīng)用的FRP主要包括碳纖維(CarbonFiber)、芳論纖維(AramidFiber)和玻璃纖維（GlassFiber)。其中AFRP是高分子聚合物類纖維材料。最近，日本開(kāi)發(fā)出的PBO纖維也是一種具有高分子結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，這種新材料改變了過(guò)去高分子聚合物彈性模量低的缺點(diǎn)，具有不低于碳纖維的彈性模量和強(qiáng)度，且有非常好的能量吸收能力””。另外還有國(guó)外新開(kāi)發(fā)的DFRP(Dyneemafiberreinforcedplastic)復(fù)合材料和國(guó)內(nèi)最近投入生產(chǎn)的連續(xù)玄武巖纖維GBF(ContinuousBasaltFiber)”],與普通建筑材料相比，F(xiàn)RP材料具有抗拉強(qiáng)度高(約是鋼材的十倍）、重量輕(約是鋼材的1/4?丨/5)、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，且其施工方便，是一種很好的結(jié)構(gòu)材料，不足之處在于其抗火性能較差、顯脆性。應(yīng)用于土木工程中的FRP制品的形式多種多樣，主要有以下幾種["〗：片材根據(jù)施工工藝的不同，可分為兩種：一種是在現(xiàn)場(chǎng)制作，將一層或多層纖維布（常用碳纖維布厚度為0.丨llirnn和0.167min)用配套環(huán)氧樹脂充分浸潤(rùn)、粘合于構(gòu)件表面而形成的薄片；另一種是在工廠預(yù)制，由纖維與配套樹脂按特定的工藝復(fù)合而成的FRP薄板（常用CFRP薄板寬度為50ram，100mm;厚度為，1.4mm),片材中，由纖維布和環(huán)氧樹脂現(xiàn)場(chǎng)制作的薄片的使用量最大，應(yīng)用面最廣，但由于FRP薄板的纖維含量高，極限拉力大，且施工更為簡(jiǎn)便，所以近幾年來(lái)使用量增長(zhǎng)也很快。在一般建筑結(jié)構(gòu)中，F(xiàn)RP片材可以對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中的梁、扳、柱以及砌體結(jié)構(gòu)中的墻體等進(jìn)行抗彎、抗剪、抗壓和抗震性能加固。在橋梁方面，通過(guò)在柱形橋壊表面環(huán)繞粘合FRP,可以提高混凝土橋壤的延性、抗壓、抗剪強(qiáng)度和抗沖撞性能等。筋材作為代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼筋的材料，既可用于已有結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)加固，又可用作新建結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)筋，既可用作普通加強(qiáng)筋，又可用作預(yù)應(yīng)力筋。FRP筋材可以解決普通預(yù)應(yīng)力鋼筋的誘蝕、侵蝕及疲勞等問(wèn)題，有著很好的應(yīng)用前景。材包括多種形狀，如網(wǎng)格型、工字型、蜂窩型等，但有應(yīng)用實(shí)例的僅為用于加固鋼筋混凝土板的網(wǎng)格型材，且用量較少，4.短纖維：相對(duì)于上述三種長(zhǎng)纖維形式，通過(guò)與混凝土共同攪拌形成纖維混凝土用于新建結(jié)構(gòu)。FRP在土木工程領(lǐng)域中的應(yīng)用主要有：（1)短纖維可用于制作纖維混凝土，以改善混凝土性能；（2)制成FRP筋，用于海洋結(jié)構(gòu)或?qū)﹄姶挪ㄓ刑厥庖蟮慕Y(jié)構(gòu)；（3)制成FRP索，且可通過(guò)施加預(yù)應(yīng)力進(jìn)一步提高其性能，用作橋梁等結(jié)構(gòu)的拉索或懸索；（4)制成FRP管，用來(lái)約束混凝土，即FRP管混凝土；（5)制成FRP型材，用于FRP—混凝土組合結(jié)構(gòu)；（6)建造純FRP結(jié)構(gòu)或構(gòu)件；（7)制成FRP布、板及網(wǎng)格等，用于結(jié)構(gòu)的加固、修補(bǔ)；（8)作為建筑結(jié)構(gòu)的智能材料，用作大型結(jié)構(gòu)的安全診斷和壽命預(yù)測(cè)。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)以上各領(lǐng)域均進(jìn)行了研究和工程應(yīng)用，其中特別是纖維混凝土和FRP用于加固技術(shù)已較成熟，在工程實(shí)際中有較多應(yīng)用?這里著重介紹一下FRP材料在混凝土結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固中的應(yīng)用。FRP材料用于混凝土結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固的研究工作開(kāi)始于80年代的美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家。自80年代末至今，日本、美國(guó)、新加坡以及歐洲部分國(guó)家和地區(qū)的眾多大學(xué)、科研機(jī)構(gòu)、材料生產(chǎn)廠家等都相繼進(jìn)行了大量FRP材料用于混凝土結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固的研究開(kāi)發(fā)，并在此基礎(chǔ)上己編制形成了自己國(guó)家的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。由于良好的修復(fù)加畫效果使得FRP加固技術(shù)在日本、加拿大、美國(guó)、歐洲、臺(tái)灣等國(guó)家和地區(qū)得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的加固方法比較，F(xiàn)RP加固技術(shù)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面【n'"]:高強(qiáng)高效《由于FRP材料優(yōu)異的物理力學(xué)性能，可以充分利用其高強(qiáng)度、高模量的特點(diǎn)來(lái)提高結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的承載力和延性，改善其受力性能，達(dá)到髙效加固的目的。優(yōu)異的耐腐蝕性能及耐久性。纖維材料的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可以抵抗建筑物經(jīng)常遇到的各種酸、喊、鹽的腐蝕，這是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料難以相比的，目前在化工建筑、地下工程和水下特殊工程中其優(yōu)勢(shì)已經(jīng)得到實(shí)際工程的證明。瑞士、加拿大、英國(guó)等國(guó)家的寒冷地區(qū)以及一些國(guó)家的近海地區(qū)己經(jīng)開(kāi)始在橋梁、建筑中采用FRP結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)K筋結(jié)構(gòu)來(lái)抵抗冰鹽和空氣中鹽分的腐蝕，使得維護(hù)費(fèi)用和維護(hù)周期大大降低。不增加構(gòu)件的自重及體積。纖維布的質(zhì)量輕且厚度薄，經(jīng)加固修補(bǔ)后的構(gòu)件，基本上不增加原結(jié)構(gòu)的自重及尺寸，也就不會(huì)減少建筑物的使用空間，這在“寸土寸金”的經(jīng)濟(jì)社會(huì)無(wú)疑是重要的。適用面廣.由于纖維布是一種柔性材料，而且可以任意地裁剪，所以這種加固技術(shù)可廣泛地應(yīng)用于各種結(jié)構(gòu)類型（如建筑物、構(gòu)筑物、橋梁、降道、涵洞、煙囪等）、各種結(jié)構(gòu)形狀（如矩形、圓形、曲面結(jié)構(gòu)等）和結(jié)構(gòu)中的各種部位（如梁、板、柱、結(jié)點(diǎn)、拱、殼、壞等），且不改變結(jié)構(gòu)形狀及不影響結(jié)構(gòu)外觀。同時(shí)，對(duì)于加畫其他大型結(jié)構(gòu)和構(gòu)件，諸如大型橋梁的橋墩、橋梁和橋板，以及隨道、大型筒體及殼體結(jié)構(gòu)工程等，纖維布加固技術(shù)都能順利地解決。便于施工。該產(chǎn)品適于在工廠生產(chǎn)、運(yùn)送到工地、現(xiàn)場(chǎng)安裝的工業(yè)化施工過(guò)程。在施工現(xiàn)場(chǎng)不需要大型的施工機(jī)械，占用施工場(chǎng)地少，而且沒(méi)有濕作業(yè)，因而工效很高。彈性性能好。應(yīng)力-應(yīng)變曲線接近線性，在發(fā)生較大變形后還能恢復(fù)原形，塑性變形很小，這對(duì)于承受較大動(dòng)載和沖擊荷載的結(jié)構(gòu)比較有利。耐疲勞性能好。橋梁結(jié)構(gòu)加固中，由于經(jīng)常承受往復(fù)的移動(dòng)荷載的作用，對(duì)這類結(jié)構(gòu)加固后要考慮結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能。FRP加固試驗(yàn)研究表明，F(xiàn)RP加固混凝土經(jīng)過(guò)一定次數(shù)的疲勞循環(huán)荷載，其強(qiáng)度及剛度指標(biāo)都不降低，而普通混凝土試件經(jīng)過(guò)同樣的疲勞循環(huán)荷載后，其強(qiáng)度和延性指標(biāo)都會(huì)有不同程度的降低【13】另外，F(xiàn)RP還有透電磁波、絕緣、隔熱、熱漲系數(shù)小等有點(diǎn)，這使得FRP結(jié)構(gòu)和FRP組合結(jié)構(gòu)在一些特殊場(chǎng)合能夠發(fā)揮難以取代的作用。混凝土材料在循環(huán)荷載下的疲勞變形、疲勞強(qiáng)度、疲勞損傷研究是混凝土梁疲勞性能研究中的重要問(wèn)題[“】。鋼筋混凝土梁中的混凝土在疲勞荷載作用下受拉區(qū)的開(kāi)裂，以及受壓區(qū)的動(dòng)力徐變對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的疲勞性能影響很大。因此，我們有必要了解混凝土材料的軸心受壓疲勞性能。(1)混凝土軸心受壓疲勞性能在有關(guān)混凝土疲勞性能的研究中，針對(duì)混凝土軸心受壓疲勞性能的研究開(kāi)展的最早，研究也最深入。①混凝土軸心受壓疲勞強(qiáng)度1970年以前，對(duì)混凝土軸心受壓疲勞性能的研究相對(duì)較少，主要得到了以下幾個(gè)結(jié)論混凝土至少有107以上的疲勞壽命；200萬(wàn)次抗壓疲勞強(qiáng)度折減系數(shù)是左右；C.加載頻率在IHz和之間對(duì)疲勞強(qiáng)度幾乎無(wú)影響，但當(dāng)頻率小于1/6HZ時(shí)會(huì)降低疲勞強(qiáng)度；d.殘余應(yīng)變?cè)谝粠允嫉膸浊Т纹诤奢d作用下增長(zhǎng)較快，以后逐漸趨于平穩(wěn)：變形模量隨循環(huán)次數(shù)逐漸衰減。Aas-Jakobsen(1973)'"'提出了人們普遍采用的混凝土疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式-S^=l-l3{\-R)lgN (1.1)式中Af為荷載循環(huán)次數(shù)，R=咖?’為混凝土圓柱體抗壓強(qiáng)度；為材料常數(shù)，Aas-Jakobsen給出0=0.064;0?|?和￡7?(?分別為循環(huán)應(yīng)力的最大應(yīng)力值和最小應(yīng)力值。后來(lái)Tepfers等（1979)["j根據(jù)自己完成的輕骨料混凝土和普通混凝土的疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)及已有的疲勞試驗(yàn)結(jié)果共475組，回歸得到；3=0.0685,為工程界廣泛應(yīng)用，Matsushita(1972)[i"采用混凝土圓柱體試件進(jìn)行了大樣本疲勞試驗(yàn)，從而分析了混凝土疲勞壽命的概率分布，并給出了考慮最小疲勞應(yīng)力水平的S-N方程：-+(1.2)式中JV/為試件的疲勞壽命?文中還比較了以往一些學(xué)者研究的混凝土S-N曲線方程和疲勞極限強(qiáng)度，得到混凝土抗壓疲勞強(qiáng)度折減系數(shù)為0.624~0.683。姚明初（1990)_在總結(jié)我國(guó)鐵道部科學(xué)研究院對(duì)混凝土等幅疲勞性能研究成果的基礎(chǔ)上得到判斷混凝土失效的S-N曲線方程-5腿傾》 (1.3)吳佩剛等（1994)丨由試驗(yàn)得到高強(qiáng)混凝土(/;?=76.4MPa,為混凝土立方體極限抗壓強(qiáng)度)受壓疲勞S-N曲線方程；0.9213-0.0424(1-iOlgJV,(S^^ =0.10) (1.4)并得出高強(qiáng)混凝土疲勞強(qiáng)度折減系數(shù)比普通強(qiáng)度混凝土有所降低的結(jié)論。Kim(1996)["〗通過(guò)對(duì)4種抗壓強(qiáng)度為26MPa、52MPa、84MPa和lOSMPa的160個(gè)圓柱體試件進(jìn)行了最大應(yīng)力水平為75%、80%、85%和95%的疲勞試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)混凝土疲勞壽命隨強(qiáng)度的增大而減小，并在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了考慮混凝土強(qiáng)度影響的統(tǒng)一疲勞方程：S恤=一 +126(4)""°" (1.5)J\ f\式中/尸，/c為圓柱體軸心抗壓強(qiáng)度。同時(shí)得出：疲勞破壞時(shí)總應(yīng)變大約與單調(diào)受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線下降段對(duì)應(yīng)的應(yīng)變相等；疲勞荷載作用下高強(qiáng)混凝土比普通混凝土的脆性更為嚴(yán)重。②混凝土在軸心受壓疲勞下的變形性能研究20世紀(jì)70年代以來(lái)，隨著電液伺服試驗(yàn)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，以及結(jié)構(gòu)使用期內(nèi)對(duì)混凝土疲勞變形性能的需求，關(guān)于混凝土的單軸受壓疲勞性能，除了建立大量的S-N曲線以獲得疲勞極限強(qiáng)度，還對(duì)疲勞應(yīng)變演化規(guī)律等力學(xué)性能進(jìn)行了深入研究。Sinha等（1964)""首先提出混凝土“變形唯一性”假設(shè)：不管以前承受的重復(fù)荷載的歷程如何，只要?dú)堄嘧冃蜗嗤?，則在此基礎(chǔ)上再施加相同的重復(fù)荷載，其荷載和變形的關(guān)系將保持不變《Whaley和Nevilka973)"4i較早地系統(tǒng)研究了疲勞非彈性應(yīng)變演化規(guī)律，通過(guò)改變上限應(yīng)力水平、應(yīng)力幅值和平均應(yīng)力等三組疲勞試驗(yàn)（76X76><203mm棱柱體試件），得到疲勞非彈性應(yīng)變的演化規(guī)律方程為：1-e=129<T^(l+3.87AV5 (1.6)式中，￡為周期攝變應(yīng)變，單位為平均應(yīng)力A為應(yīng)力幅值A(chǔ)=a?J/_/:,_；^’為棱柱體軸心抗壓強(qiáng)度；/為疲勞加載時(shí)間（小時(shí)Balaguru(1981)"3i在此基礎(chǔ)上，建議當(dāng)<0.45/;時(shí)可采用下式來(lái)預(yù)測(cè)周期暢變應(yīng)變：11￡= (1.7)式中，N表示加載地循環(huán)次數(shù)，其他符號(hào)同（1.6)。Sparks(1973)【"]通過(guò)碎石、石灰石和粉煤灰三種骨料的混凝土單軸受壓疲勞試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)最大疲勞應(yīng)變第二階段增長(zhǎng)率和疲勞壽命之間具有較好的線性關(guān)系，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分別給出了三種混凝土的指數(shù)形式相關(guān)方程。后來(lái)?他在進(jìn)一步總結(jié)的基礎(chǔ)上得到了疲勞壽命與應(yīng)變第二階段增長(zhǎng)率關(guān)系的統(tǒng)一方程：IgJV.=-2.66-0.94lg& (1.8)dnHolinen(1982)【2']系統(tǒng)地研究了混凝土在等幅和變幅重復(fù)荷載作用下的受壓疲勞變形性能。試驗(yàn)結(jié)果表明等幅疲勞應(yīng)變（￡??和￡?；?)隨循環(huán)次數(shù)的發(fā)展呈三階段規(guī)律變化：在第一階段疲勞應(yīng)變發(fā)展很快，約占疲勞壽命的10%左右；在第二階段應(yīng)變隨循環(huán)次數(shù)的增長(zhǎng)基本呈線性關(guān)系，該階段約占疲勞壽命的75%~80%;進(jìn)入第三階段應(yīng)變迅速發(fā)展直至破壞。即現(xiàn)在的學(xué)者普遍承認(rèn)的混凝土疲勞形變?nèi)A段規(guī)律。而變幅疲勞應(yīng)變（￡_和￡?；?)則不受加載順序的影響，疲勞破壞時(shí)的總應(yīng)變與等幅疲勞破壞時(shí)基本一致。Holmen根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)給出了最大疲勞應(yīng)變的計(jì)算公式：’

TOC\o"1-3"\h\z丄[S她郵X^ytga N+0.4135^'"ln{r+l)(o<—<0.1) (1.9)N=—P+0.677—]+0.4135''"+1)(0.1<—<0.8)(1.10)tga N N式中為卸載割線模量；為特征應(yīng)力等級(jí)；t為加載時(shí)間。e刺⑴+王瑞敏等（1991產(chǎn)"在研究混凝土棱柱體試件（100X100X300WHW)單軸受壓疲勞的基礎(chǔ)上，得到疲勞應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)與應(yīng)力水平上限成正比，而與應(yīng)力水平下限成反比的結(jié)論，并據(jù)此得到縱向殘余應(yīng)變和總應(yīng)變演化規(guī)律的經(jīng)驗(yàn)公式：0-00105^(1-.^a.ll)= 氣仏廣0<^<0.1(1.12)^unstab ^f=e咖咖(0.岡(^0.1)0.1<^<1(1.13)N Nj式中^和為應(yīng)力水平下限和上限對(duì)應(yīng)的初始瞬時(shí)應(yīng)變；￡,(1)為第一次應(yīng)力循環(huán)引起的殘余應(yīng)變；為第三階段開(kāi)始時(shí)的總應(yīng)變；《為荷載循環(huán)次數(shù)。姚明初等人（1990)""給出了混凝土棱柱體在軸心等幅重復(fù)應(yīng)力作用下縱向總應(yīng)變最大值為-+ (1.14)式中，混凝土彈性應(yīng)變值；為混凝土在等幅重復(fù)應(yīng)力下的疲勞變形增量。通過(guò)試驗(yàn)分析，提出-(1.15)K式中，廣-<7廣)/(/。-是混凝土的應(yīng)力程比；X是混凝土靜載軸心抗壓強(qiáng)度；五,為混凝土的初始彈性模量：ar^trf■分別為等幅重復(fù)應(yīng)力的上、下限；存和Z?為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，對(duì)于C20?C60浪凝土，，/=0.298。李朝陽(yáng)等（2001)u'l根據(jù)對(duì)混凝土單軸受壓疲勞形變?nèi)A段規(guī)律的分析，得到了殘余應(yīng)變隨應(yīng)力水平的變化規(guī)律，并給出了實(shí)用兩階段疲勞變形方程：

^義是格ax+211.97^-47.367)(0<^<0.1)fUax+21147.367+(是-(0.1<^<0.9)(】?⑷格狀-37.21格ax+26.496Smax"6.421)‘ ‘鋼筋是鋼筋混凝土梁中的重要組成部分，在受彎疲勞過(guò)程中，鋼筋的疲勞性能直接關(guān)系到梁的疲勞性能。試驗(yàn)研究表明，影響鋼筋疲勞性能的主要因素有應(yīng)力幅值、最小應(yīng)力值、鋼筋表面類型、彎起鋼筋的彎曲半徑、煌接以及腐燭等。本文后續(xù)試驗(yàn)主要使用了變形鋼筋作為受力鋼筋，應(yīng)此在這里只對(duì)變形鋼筋的S-N曲線的研究狀況作簡(jiǎn)介。美國(guó)AASHTO"°〗，ACI和ASCE[3I〗統(tǒng)一規(guī)定（1997)，在混凝土橋梁的使用階段，由可變荷載加沖擊力產(chǎn)生的普通鋼筋的應(yīng)力變程不得超過(guò)下述允許值：[Aa,]=145-0.33a^+55r/A (1.17)式中[Aa,]為應(yīng)力變程的允許值，r為橫肋根部半徑，A為凸肋高度，在缺乏具體資料的情況下，r//?可取為0.3。Hdgason和Hanson(1976廣根據(jù)大量的試驗(yàn)結(jié)果，給出了考慮更多影響因素的變形鋼筋S-N曲線方程：=6.1044-591x10-'Aff,-200X10-V^+I03xl0-V?-“工名）8.77x10^'^,+0.0127</(r//i) ‘式中，_/；為鋼筋極限強(qiáng)度，為為鋼筋面積，rf為鋼筋直徑。我國(guó)目前還沒(méi)有關(guān)于變形鋼筋疲勞壽命表達(dá)式的規(guī)范。盧樹圣等（1990)㈣對(duì)34根016T2OMnSi螺紋鋼筋試件在高頻疲勞機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，其疲勞強(qiáng)度較高，考慮到一般情況下按倍的折減比例之后，給出了鋼筋的疲勞允許應(yīng)力幅值為：[A(r]=l70-0.459cr^ (1.19)曾志斌等（1999)【"】通過(guò)對(duì)兩批共計(jì)19個(gè)有效試驗(yàn)樣本進(jìn)行回歸分析，得到了國(guó)產(chǎn)變形鋼筋的S-N曲線方程：A%N,=\{N,<MP)ilgAr,=l8.8471-6.38271gA(T (1.20)據(jù)中科院武漢力學(xué)巖土所的試驗(yàn)，在一般使用荷載下，碳纖維布經(jīng)過(guò)200萬(wàn)次循環(huán)加載后，碳纖維布的強(qiáng)度沒(méi)有明顯降低。我們可以不考慮碳布各力學(xué)性能在疲勞過(guò)程中的變化【”。目前對(duì)鋼筋混凝土梁疲勞性能的研究主要集中在以下幾個(gè)方面：普通鋼筋混凝土梁的疲勞性能。主要成果包括鋼筋混凝土梁正截面抗彎和斜截面抗剪的等幅及變幅疲勞性能，以及鋼筋腐蝕后的疲勞性能?？梢钥吹剑瑢?duì)普通鋼筋混凝土梁疲勞性能的研究已經(jīng)比較完備預(yù)應(yīng)力及部分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁的疲勞性能研究。主要研究成果包括梁的疲勞性能與預(yù)應(yīng)力度之間的關(guān)系，變幅疲勞與等幅疲勞之間的差異，燒度計(jì)算方法，正截面應(yīng)力增長(zhǎng)規(guī)律和計(jì)算方法，裂縫的開(kāi)展規(guī)律等_4"〗。特種混凝土梁的疲勞性能研究。包括了高強(qiáng)度混凝土梁和鋼纖維混凝土梁的疲勞性能研究【4|]。加固鋼筋混凝土梁疲勞性能研究。包括了貼鋼板加固鋼筋混凝土梁疲勞性能研究，貼FRP板、布材加固鋼筋混凝土梁疲勞性能研究。本文關(guān)注的是貼FRP加固鋼筋混凝土梁的疲勞性能研究。其研究概況如下-Inoue,Shoichi(1995)研究了碳纖維板加固鋼筋混凝土梁的疲勞強(qiáng)度和變形特征，試驗(yàn)結(jié)構(gòu)表明：與未加固梁相比，加固梁燒度和裂縫寬度減小；混凝土梁的靜載極限強(qiáng)度和疲勞極限強(qiáng)度得到提高。Inoue(1996)[通過(guò)試驗(yàn)研究了貼鋼板和CFRP板加固鋼筋混凝土梁的疲勞性能，闡述了端部不同描固方式對(duì)加固梁破壞形式、燒度及疲勞強(qiáng)度的影響，Papakonstantinoue,Balaguru和Petrou(2002)【"]對(duì)貼復(fù)合材料加固混凝土梁的疲勞性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究及理論分析，文中沿用了Balaguru提出的混凝土塑性應(yīng)變計(jì)算公式，并用En=。艦 (1.21)來(lái)計(jì)算混凝土瞬間變形模量。式中，為混凝土塑性應(yīng)變，為初始狀態(tài)下混凝土的變形模量，iV為荷載循環(huán)第AT次時(shí)混凝土的變形模量。Ferrier和Hame丨in(2000)【"]對(duì)貼FRP加固鋼筋混凝土梁在疲勞荷載作用下的抗彎剛度進(jìn)行了試驗(yàn)研究，與Papakonstantinoue等人一樣，他用公式（丨.21)計(jì)算混凝土瞬間變形模量。并給出了FRP的彈性模量衰減經(jīng)驗(yàn)公式：EN=m-n-\gN (1.22)式中，m=50000，rt=1100。CapozuccaR，Cerri等（2001〉["】研究了損傷幵裂鋼筋混凝土梁經(jīng)貼碳纖維布加固后的靜載及疲勞性能。試驗(yàn)結(jié)果表明：碳纖維布加固損傷梁承載力提髙，燒度減小，且剛度增加：貼兩層碳布比貼一層碳布具有更高的承載能力和較低的延性。Toutanji等（2002)""研究了貼碳纖維布加固鋼筋混凝土梁的疲勞性能。共制備了33根試件，試件尺寸110X160X1800WW,每根加固梁貼了3層CFRP布，加載上限分別為靜載承載力的50%，60°乂，70%和李開(kāi)兵等（2003)[4-〗研究了貼碳纖維布鋼筋混凝土的疲勞性能。試驗(yàn)結(jié)果表明：貼碳纖維布加固混凝土梁能較大幅度提高梁的疲勞壽命，降低梁疲勞后的燒度；裂縫開(kāi)展變得密而細(xì)；提出了混凝土、鋼筋和碳纖維布的疲勞應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系；提出了動(dòng)態(tài)剛度與動(dòng)態(tài)撓度的計(jì)算公式。國(guó)內(nèi)目前對(duì)碳纖維加固鋼筋混凝土梁的疲勞性能研究極少，世界范圍來(lái)看，對(duì)加固梁的疲勞性能研究也只集中在短期制作的梁，對(duì)于長(zhǎng)期徐變之后的加固梁的疲勞基本上還是空白。而實(shí)際工程中，需要加固的結(jié)構(gòu)大多數(shù)都已經(jīng)有過(guò)很長(zhǎng).的徐變過(guò)程。因此有必要對(duì)加固鋼筋混凝土梁徐變后的疲勞性能進(jìn)行研究。早期的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的疲勞驗(yàn)算方法都假定疲勞荷載為等幅荷載，如ACI215委員會(huì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)['°】等。到丨9卯年，才由CEB-FIP在歐洲模式規(guī)范（MC90)上首次寫入混凝土結(jié)構(gòu)按照變幅荷載設(shè)計(jì)的有關(guān)條款。我國(guó)現(xiàn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010-2002)t"]中的疲勞驗(yàn)算僅考慮了疲勞荷載對(duì)承載能力的影響，而未考慮疲勞荷載對(duì)結(jié)構(gòu)裂縫、曉度及耐久性的影響。我國(guó)現(xiàn)行的鐵路橋規(guī)(TB10002.3-99)㈣和鐵路可靠度統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（GB50216-94)【"]中規(guī)定對(duì)鐵路混凝土結(jié)構(gòu)按“等效等幅應(yīng)力法”進(jìn)行疲勞承載能力極限狀態(tài)的驗(yàn)算?而基于有限元的疲勞分析國(guó)內(nèi)目前主要應(yīng)用于機(jī)械領(lǐng)域而土木工程領(lǐng)域只有宋玉普等（丨993)㈣基于試驗(yàn)結(jié)構(gòu)分析，對(duì)鋼筋混凝土板的疲勞性能進(jìn)行了非線性有限元分析。但是由于現(xiàn)階段對(duì)疲勞荷載作用下的混凝土的本構(gòu)關(guān)系及鋼筋混凝土粘結(jié)界面特性研究尚不深入，使得非線性有限元分析比較復(fù)雜，不便于工程應(yīng)用。疲勞荷載作用下的燒度計(jì)算方法主要有以下幾種-(l)Ba丨aguru等（1979)"6〗采用下式來(lái)預(yù)測(cè)疲勞荷載作用下的燒度：7= (1.23)式中，r=nmr?為給定的循環(huán)次數(shù)；7為疲勞荷載作用下的燒度值；A為最大荷載作用下的初始燒度值；5為試驗(yàn)確定的參數(shù)。Lovegn)ve等（1982)〖"〗采用下式描述疲勞荷載作用下燒度的發(fā)展規(guī)律：■A?=Aolgn (1.24)式中，A?，A?分別為最大荷載作用下的初始燒度值和重復(fù)作用《次后的燒度值。呂海燕和戴公連（1998)["]通過(guò)將受彎件靜載剛度S乘以疲勞折減系數(shù)a來(lái)考慮疲勞荷載作用下的曉度增長(zhǎng)。并通過(guò)對(duì)32根預(yù)應(yīng)力混凝土梁的疲勞試驗(yàn)結(jié)果的回歸分析得到了梁的剛度折減系數(shù)a的計(jì)算公式："= (1.25)式中，A為預(yù)應(yīng)力度，在之間；3=0.624;5=0.423。鐵路橋規(guī)【“】也采用上式的形式來(lái)計(jì)算剛度折減系數(shù)，取乂=0.60;5=0.40。本文主要進(jìn)行一下幾個(gè)方面的工作：進(jìn)行了徐變加固梁、未徐變加固梁、徐變未加固梁和未徐變未加固梁的疲勞對(duì)比試驗(yàn)（徐變加固梁指徐變后的碳纖維布加固梁，加固過(guò)程在徐變前；未徐變加固梁指未經(jīng)歷徐變過(guò)程的碳纖維布加固梁；徐變未加固梁即經(jīng)歷徐變過(guò)程卻未進(jìn)行碳纖維布加固的鋼筋混凝土梁；未徐變未加固梁即一般鋼筋混凝土梁）主要研究梁各材料在疲勞荷載下的應(yīng)變發(fā)展規(guī)律。疲勞試驗(yàn)后對(duì)各梁進(jìn)行靜載破壞試驗(yàn)，研究疲勞荷載對(duì)各材料靜載性能的影響。對(duì)在等幅疲勞荷載作用下的混凝土殘余應(yīng)變、鋼筋殘余應(yīng)變和碳纖維布的殘余應(yīng)變發(fā)展規(guī)律進(jìn)行了研究，并采用線性擬合的方法獲得殘余應(yīng)變的計(jì)算公式。根據(jù)各材料殘余應(yīng)變的發(fā)展規(guī)律，針對(duì)最不利截面在疲勞過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)進(jìn)行非線性分析。

第2章拭驗(yàn)研究概況疲勞是十分復(fù)雜的損傷問(wèn)題，目前為止還沒(méi)有人提出完善的理論模型來(lái)分析疲勞過(guò)程的受力變形特性以及預(yù)測(cè)構(gòu)件的疲勞壽命。因此進(jìn)行疲勞試驗(yàn)獲得經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)是研究疲勞問(wèn)題的基本手段。結(jié)構(gòu)在工程應(yīng)用中的真實(shí)疲勞過(guò)程一般是隨機(jī)荷載下的疲勞過(guò)程，但由于設(shè)備能力限制，我們單就等荷載幅疲勞進(jìn)行研究，通過(guò)對(duì)等幅疲勞的研究，了解疲勞過(guò)程中梁的受力變形性能變化。其實(shí)隨機(jī)荷載下的疲勞從短期看也是由N個(gè)等幅疲勞過(guò)程組成，只是存在如何將各等幅疲勞過(guò)程組合起來(lái)的問(wèn)題，所以進(jìn)行等幅疲勞研究是具有一定實(shí)際意義的。碳纖維材料以其高強(qiáng)度，耐腐燭，質(zhì)量輕，易施工等優(yōu)點(diǎn)在工程加固方面已得到較廣泛的應(yīng)用。因此我們有必要對(duì)碳纖維布的加固效果進(jìn)行試驗(yàn)研究。現(xiàn)階段對(duì)于貼碳纖維布加固鋼筋混凝土梁的研究主要集中在靜載性能方面，對(duì)于疲勞性能的研究尚處于初級(jí)階段，而對(duì)于徐變后的疲勞性能研究更是空白?本章對(duì)碳纖維加固鋼筋混凝土梁徐變后的疲勞性能做了較系統(tǒng)的研究。試驗(yàn)包括了3組共10根梁，主要的研究?jī)?nèi)容包括：(1)通過(guò)對(duì)加固徐變梁與未加固徐變梁之間的對(duì)比試驗(yàn)，研究碳纖維布徐變后對(duì)梁的疲勞性能的影響。⑵通過(guò)對(duì)加固徐變梁與加固未徐變梁之間的對(duì)比試驗(yàn)，研究徐變對(duì)加固梁的疲勞性能的影響。⑶通過(guò)對(duì)疲勞過(guò)程中的裂縫開(kāi)展情況，研究疲勞過(guò)程中梁的各材料所經(jīng)歷的疲勞歷程，為選擇合適的方法分析梁的疲勞響應(yīng)做準(zhǔn)備。?⑷對(duì)混凝土、鋼筋及碳纖維布塑性變形的試驗(yàn)研究，詳見(jiàn)第三章。本文共制作10根鋼筋混凝土梁，幾何尺寸相同，均為：；)x/ixL=l00xl80x2200/nw其中為截面寬度，；！為截面高度，i為梁身總長(zhǎng)度。計(jì)算跨徑/=2000/ww。鋼筋配置情況：縱向鋼筋2$5+2$12，箍筋梁詳圖及截面配筋圖分別667如圖和2.1.b。試件中加固梁貼兩層碳纖維布，總厚度0.222/wn。梁中所用鋼筋除$12為HRB335其余均HRB235，其材性如表2.2。碳纖維布材性由材料供應(yīng)商提供，如表2.3?；炷僚浜媳葹椋篊50用料配合比為水：水泥：砂：碎石=0.395:1:1.94:2.86(0.8%減水劑）；C30為水：水泥：碎石：沙：3.56。材性由實(shí)測(cè)得到，具體數(shù)值見(jiàn)表2.4。梁在饒筑混凝土后在自然環(huán)境下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)7—14天時(shí)粘貼碳纖維布，并貼好混凝土應(yīng)變片。粘合劑采用湖南大學(xué)固特邦公司提供的結(jié)構(gòu)膠.試件加固、加載分組具體情況如表2碳纖維布粘貼方法見(jiàn)下節(jié)。

4-分組梁號(hào)混凝土繞搗日期設(shè)計(jì)混凝土等級(jí)實(shí)測(cè)混凝土強(qiáng)度(MPa)試件徐變期（天）族纖維布粘貼情況梁的試驗(yàn)類型笛1#C30—不貼弟2#C30—貼靜載試aa9#C50924不貼驗(yàn)10#C50924貼5#C50924貼弟C50924不貼疲勞試la7#C50924不貼驗(yàn)mC50924貼第3#C30—不貼疲勞試組4#C30—貼驗(yàn)鋼筋型號(hào)鋼筋直徑(mm)屈服強(qiáng)度(MPa)抗拉強(qiáng)度(MPa)斷裂伸長(zhǎng)(*)彈性模量(GPa)HRB235S2106HRB33512200表2.3CFRP布材的基本力學(xué)性能項(xiàng)目名義厚度(mm)屈服強(qiáng)度(MPa)抗拉強(qiáng)度(MPa)彈性模量(GPa)斷裂伸長(zhǎng)(X)CFRP>3500235表混凝土立方體抗壓強(qiáng)度和彈性模量泡怒4"里扭混凝土抗壓強(qiáng)度（MPa)彈性模量（GPa)ilffi餓工守圾7天14天28天924天28天365天730天924天C30C50在碳纖維布加固結(jié)構(gòu)中，要使碳纖維布發(fā)揮良好的加固效能，其粘貼工藝是否完善起著決定性的作用。本試驗(yàn)碳纖維布粘貼工藝如下-基面處理和清洗：對(duì)混凝土粘貼面的劣化層用角磨機(jī)、砂紙認(rèn)真清除和打磨。然后用丙酮擦拭表面，并待其充分干燥后進(jìn)行下道工序。粘貼面修補(bǔ)：對(duì)粘貼面上的凹入部分和孔洞，用環(huán)氧砂衆(zhòng)修補(bǔ)，以保證粘貼面平整，確保加固效果。帶環(huán)氧砂獎(jiǎng)干燥后進(jìn)入下道工序。涂刷底膠：⑴將底膠組分按3: 1的比例放入容器進(jìn)行低速撥拌直至均勻。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)氣溫決定用量并嚴(yán)格控制使用時(shí)間（一般情況下小時(shí)硬化），（2)刷膠要均勻。<3)底膠硬化后，凸起部分用角磨機(jī)和砂紙打磨平整。粘貼CFRP布：⑴按設(shè)計(jì)要求裁剪碳布。注意碳布的環(huán)向搭接長(zhǎng)度不小于lOOmm。⑵調(diào)配粘貼用膠，均勻涂抹于梁底，搭接部位要多涂。⑶在確定碳布粘貼無(wú)誤的情況下，用毛刷反復(fù)沿環(huán)向壓刷，去除粘貼面氣泡，保證碳布與混凝土粘貼密實(shí)。⑷碳布粘貼后，須放置30分鐘以上，此期間若發(fā)生浮起、錯(cuò)位

現(xiàn)象必須進(jìn)行處理。（5)2層碳布的粘貼須等到第一層布表面干燥方可進(jìn)行。其工序同第一層碳布的粘貼過(guò)程。（6)在碳布都貼好后在最外層碳布上均勻涂抹一層FR膠作為保護(hù)層。5.在自然狀態(tài)下養(yǎng)護(hù)3天即可。<b)試件加載采用3分點(diǎn)加載，加載裝置如圖2.2。在跨中位置梁兩側(cè)面頂端混凝土上貼各有一個(gè)電阻應(yīng)變片，用以測(cè)量混凝土壓應(yīng)變；兩根受力縱向鋼筋上均貼有一個(gè)電阻應(yīng)變片，測(cè)量鋼筋拉應(yīng)變；在跨中梁底碳布上貼有一個(gè)電阻應(yīng)變片，測(cè)量碳纖維布受彎拉應(yīng)變；燒度測(cè)點(diǎn)在跨中和三分之一跨位置用電阻式位移計(jì)測(cè)量跨中位移和三分點(diǎn)位移。燒度及混凝土應(yīng)變測(cè)點(diǎn)見(jiàn)圖2.3。燒度及應(yīng)變均采用全程機(jī)錄，用位移傳感器和電阻應(yīng)變片來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量，數(shù)據(jù)采集均用動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀及配套軟件。對(duì)于裂縫的觀測(cè)集中在停機(jī)靜載試驗(yàn)的時(shí)候，用裂縫觀測(cè)儀來(lái)觀察裂縫開(kāi)展及裂縫寬度《<a)試驗(yàn)裝置示意圖II(a)位移計(jì)布置照片酵貪，.<b>混凝土應(yīng)變測(cè)點(diǎn)位置照片(b)數(shù)據(jù)采集軟件(a)動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀及數(shù)據(jù)采集儀(a)液壓脈動(dòng)疲勞機(jī)控制柜(b)疲勞機(jī)lot作動(dòng)器試驗(yàn)中使用的加載設(shè)備是國(guó)產(chǎn)液壓脈動(dòng)疲勞機(jī)，作動(dòng)器最大加載能力lOOkN，加載頻率范圍0—丨OHZ，力的大小由電阻式力傳感器控制。由于該疲勞機(jī)從0加載至疲勞荷載上限值為手動(dòng)點(diǎn)擊按鍵操縱且疲勞上限值與下限值互相影響，加載精度不高?？刂乒窦白鲃?dòng)頭見(jiàn)圖2.5。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為北京波譜世紀(jì)科技發(fā)展生產(chǎn)的配套系統(tǒng)，包括：數(shù)據(jù)采集軟件Vib’SYS振動(dòng)信號(hào)采集，處理和分析軟件，如圖2.4(b).該軟件能讀取16通道的數(shù)據(jù)，它不能直接讀出應(yīng)變、位移與力數(shù)值，而是得到相應(yīng)的電壓信號(hào)，需要將電信號(hào)標(biāo)定為所需物理量，本試驗(yàn)采集頻率：疲勞試驗(yàn)時(shí)為250Hz，采集試件間隔為600秒，靜載試驗(yàn)時(shí)為50Hz，連續(xù)采集；動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀為BZ22210多通道動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀，如圖⑷，存在的0點(diǎn)漂移量約為5%，共8個(gè)接口，分別接2個(gè)混凝土應(yīng)變片，2個(gè)鋼筋應(yīng)變片，1個(gè)碳纖維布應(yīng)變片，1個(gè)力傳感器，2個(gè)動(dòng)態(tài)位移計(jì)；數(shù)據(jù)采集儀為WS_USB型數(shù)據(jù)采集儀。靜載試驗(yàn)r靜載試驗(yàn)分成兩種類型，一種采用千斤頂分級(jí)加載，加載前先預(yù)壓三次荷載布超過(guò)觀察儀器是否正常。開(kāi)裂前每級(jí)荷載為2kN，開(kāi)裂后每級(jí)荷載為4kN，在鋼筋屈服后，用跨中位移控制，每級(jí)5mm左右直至破壞。另一種采用脈動(dòng)疲勞機(jī)連續(xù)加載，荷載、應(yīng)變及位移采用全程機(jī)錄，并作荷載一位移滯回曲線。疲勞試驗(yàn)：本試驗(yàn)為等荷載幅疲勞，加載頻率為5Hz。疲勞加載前先進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓力控制在疲勞荷載上限值以下，預(yù)壓次數(shù)為三次，用來(lái)檢測(cè)各設(shè)備是否正常運(yùn)行，然后設(shè)備調(diào)0，進(jìn)行0次時(shí)靜載，靜載上限為疲勞荷載上限值，記錄應(yīng)變、燒度及裂縫數(shù)據(jù)，接著卸載加疲勞荷載。在荷載循環(huán)次數(shù)達(dá)到20萬(wàn)，50萬(wàn)，80萬(wàn)，100萬(wàn)，120萬(wàn)，150萬(wàn)，180萬(wàn)次時(shí)，停機(jī)做靜載試驗(yàn)。靜載試驗(yàn)時(shí)先卸載至0,測(cè)量混凝土、鋼筋和碳纖維布的殘余應(yīng)變，然后加載至疲勞上限值，讀取應(yīng)變、力及燒度，并測(cè)量裂縫。當(dāng)荷載循環(huán)至200萬(wàn)次時(shí)作靜載破壞試驗(yàn)并作荷載一位移的滯回曲線.疲勞荷載的上限值選取，由于本試驗(yàn)無(wú)疲勞破壞要求，疲勞荷載上限值不超過(guò)梁承載能力的試驗(yàn)前選取該值為40%,實(shí)際值約為35%。荷載下限值由于MTS液壓機(jī)的精度限制，我們?nèi)樯舷拗档?.2。表疲勞試驗(yàn)中各梁的設(shè)計(jì)加載情況梁號(hào)疲勞荷載上限值疲勞荷載下限值荷載循環(huán)次數(shù)3#-8#OAFu0.08F?200萬(wàn)次試驗(yàn)數(shù)據(jù)分成動(dòng)態(tài)過(guò)程試驗(yàn)數(shù)據(jù)及靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)。動(dòng)態(tài)過(guò)程試驗(yàn)數(shù)據(jù)代表著疲勞荷載作用下的梁的反應(yīng)，而靜載數(shù)據(jù)反映疲勞荷載作用后梁及其材料的靜載性能變化《下面分別進(jìn)行介紹。

混凝土應(yīng)變平均值動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)疲勞荷載屬于動(dòng)態(tài)荷載，它使梁體產(chǎn)生彎曲變形的同時(shí)使得梁體具有一定的速度與加速度。使得混凝土實(shí)際應(yīng)力與靜載下有所區(qū)別，且動(dòng)態(tài)荷載會(huì)使混凝土發(fā)生循環(huán)婦變，因此我們不能像靜載試驗(yàn)?zāi)菢油ㄟ^(guò)理論方法來(lái)預(yù)測(cè)混凝土應(yīng)變的相應(yīng)變化。試驗(yàn)測(cè)得實(shí)際混凝土應(yīng)變一荷載循環(huán)次數(shù)分區(qū)段圖如下-4#和8#梁混凝土前20萬(wàn)次動(dòng)態(tài)應(yīng)變對(duì)比圖0?D0tDQD -萬(wàn)次）圖2.77#和梁混凝土前20萬(wàn)次動(dòng)態(tài)應(yīng)變對(duì)比圖圖和圖所示的是受壓區(qū)混凝土的I-JV曲線。試驗(yàn)結(jié)果表明徐變加固梁的混凝土動(dòng)態(tài)應(yīng)變?cè)谇?0萬(wàn)次變化幅度相當(dāng)小基本不變，而徐變未加固梁混凝土動(dòng)態(tài)應(yīng)變變化幅度較大。這是由于混凝土在徐變過(guò)程中大部分微裂縫的開(kāi)展已經(jīng)完成，它的動(dòng)態(tài)應(yīng)變發(fā)展來(lái)源于微裂縫的貫穿和少量新生裂縫的開(kāi)展，而很明顯的由于碳布的作用大大約束了裂縫的增生與幵展。而未徐變加固梁由于混凝土較新，微裂縫尚未發(fā)展完成，在疲勞荷載作用下，裂縫不斷增生和開(kāi)展，混凝土應(yīng)變相應(yīng)不斷增大，它的應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)幅度是最大的。窗圖和圖所示的是受壓區(qū)混凝土在荷載循環(huán)次數(shù)20_50萬(wàn)次之間時(shí)的

1530354047號(hào)梁線性回歸8號(hào)梁線性[el歸253035404550荷載循環(huán)次翻仿如荷載循環(huán)次觸(萬(wàn)4#和8#梁20—50萬(wàn)次混凝土動(dòng)態(tài)應(yīng)變對(duì)比圖9070504030圖2.97#和8#梁20—50萬(wàn)次混凝土動(dòng)態(tài)應(yīng)變對(duì)比圖F-iV圖?各梁混凝土動(dòng)態(tài)應(yīng)變?nèi)匀辉谠黾樱菑木€性回歸方程來(lái)看，8#梁和7#梁混凝土動(dòng)態(tài)應(yīng)變變化速率基本不變，而4#梁混凝土動(dòng)態(tài)應(yīng)變變化速率下降很多?我們知道徐變過(guò)程對(duì)于混凝土實(shí)際是一種損傷，它使得混凝土微裂縫不斷開(kāi)展，而這一損傷形式與疲勞損傷的損傷形式是一致的?也就是說(shuō)，徐變梁混凝土在疲勞之前已經(jīng)具備一定的損傷值，而未徐變梁卻沒(méi)有。根據(jù)混凝土疲勞變形三階段理論，徐變梁混凝土很可能在疲勞前就已經(jīng)進(jìn)入疲勞變形的第二階段，即變形平穩(wěn)發(fā)展階段，其特征是混凝土應(yīng)變隨荷載循環(huán)次數(shù)緩慢增加，其增長(zhǎng)速度基本一致?而未徐變梁在疲勞前期將經(jīng)歷混凝土疲勞變形的第一和第二階段,即將經(jīng)歷變形快速發(fā)展階段。這也就是在疲勞荷載循環(huán)的前20萬(wàn)次4#梁混凝土應(yīng)變發(fā)展速度遠(yuǎn)快于7#和梁的原因。fflO-j260240梁』I號(hào)號(hào)號(hào)號(hào)觀§腳湖腳蜜圖2.10?圖2.丨2所示是混凝土動(dòng)態(tài)應(yīng)變?nèi)^(guò)程圖。從圖中我們看到，混凝土動(dòng)態(tài)應(yīng)變并非是全過(guò)程增長(zhǎng)，而是呈波動(dòng)狀態(tài)。而理想狀態(tài)下，由于荷載循環(huán)oj50150閨(萬(wàn)次）4#混凝土動(dòng)態(tài)應(yīng)變?nèi)^(guò)程圖50100150次數(shù)N(萬(wàn)次）2.117#梁混凝土動(dòng)態(tài)應(yīng)變?nèi)^(guò)程圖a0■W100150次數(shù)N(萬(wàn)次）2.128#梁混凝土動(dòng)態(tài)應(yīng)變?nèi)^(guò)程圖作用，混凝土的損傷量不斷增大，它的應(yīng)變應(yīng)該是不斷增大的。當(dāng)然這是在理想狀態(tài)下，實(shí)際上梁是由混凝土，鋼筋及碳纖維布組成。鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)部位會(huì)是應(yīng)力集中區(qū)，當(dāng)應(yīng)力集中區(qū)出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)就會(huì)破壞，從而造成梁內(nèi)應(yīng)力重分配。而這一現(xiàn)象是造成混凝土應(yīng)變波動(dòng)的主要原因?？梢?jiàn)，影響混凝土疲勞動(dòng)態(tài)應(yīng)變發(fā)展的因素主要有混凝土本身的特性，混凝土越致密其裂縫開(kāi)展越少，其應(yīng)變發(fā)展越緩慢，徐變使得混凝土內(nèi)部化學(xué)構(gòu)成，分子排列發(fā)生變化，混凝土變得致密，從而能減緩混凝土疲勞動(dòng)態(tài)應(yīng)變的發(fā)展；另一個(gè)影響因素是混凝土與鋼筋的粘結(jié)界面，該界面越可靠，混凝土應(yīng)變發(fā)展越平穩(wěn)，疲勞性能越好：還有一個(gè)影響因素是碳布與梁的粘貼界面。250200-020406080100120140160荷載循環(huán)次艦萬(wàn)W圖2.134#、5#、7#和8#梁混凝土靜載應(yīng)變圖圖2.13所示是混凝土靜載應(yīng)變圖。從圖中可以看到，7#、8#、5#和4#梁中期靜載試驗(yàn)中測(cè)得的混凝土應(yīng)變均緩慢增加。另外7#和8#梁混凝土應(yīng)變要明顯小于4#和5#,而4#梁混凝土應(yīng)變稍大于5#梁，7#梁應(yīng)變稍大于8#梁，大約是8#梁的1.12倍?？梢钥闯鲂熳兒蠹庸塘涸谄诤?，其混凝土的靜力性能仍然優(yōu)于徐變后的未加固梁，碳布加固效果明顯；徐變加固梁前期貼碳布時(shí)的荷載也直接影響著疲勞中混凝土靜載應(yīng)變的大小，梁貼碳布時(shí)荷載越小其靜載時(shí)混凝土應(yīng)變?cè)酱?。梁中混凝土在疲勞過(guò)程中的靜力表現(xiàn)受疲勞荷載的影響很小.圖2.14?圖2.19所示是各梁荷載一混凝土應(yīng)變圖。從圖中看到，徐變后的加固梁疲勞后的混凝土極限應(yīng)變要小于未徐變加固梁；相對(duì)于未疲勞的徐變加固梁，其混凝土極限應(yīng)變下降了20%。從能量角度看，徐變后梁混凝土吸收能梁

2.159#梁荷載一泡凝土應(yīng)變圖SO的能力要低于未徐變梁，而徐變梁疲勞后混凝土吸收能量的能力更低。這說(shuō)明徐變加固梁在疲勞后的抗震性能較未徐變加固梁大幅降低，從這個(gè)角度看徐變后的加固梁的加固性能不如未徐變加固梁。02004006008001000應(yīng)變e圖2.丨4丨0#梁荷載一混凝土應(yīng)變圖605020108#梁荷-混凝土應(yīng)變圖.17?混凝土應(yīng)變圖1明0J0i一混凝土應(yīng)變圖2.193號(hào)梁荷載一鋼筋應(yīng)變動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)號(hào)號(hào)號(hào)號(hào)m荷載循環(huán)次iitN(萬(wàn)iw2.208#和3#梁前20萬(wàn)次鋼筋動(dòng)態(tài)應(yīng)變圖700650呈550謝5004504001015203號(hào)梁線性回歸25次?[N(萬(wàn)次）2.214#和梁前20萬(wàn)次鋼筋動(dòng)態(tài)應(yīng)變圖700650550500‘4504003503540‘次數(shù)N(萬(wàn)次）2.223#和8#梁20—50萬(wàn)次鋼筋動(dòng)態(tài)應(yīng)變圖對(duì)比圖圖2.20和圖2.21所示是鋼筋前20萬(wàn)次圖，可以很看出，其變化規(guī)律與混凝土前20萬(wàn)次動(dòng)態(tài)應(yīng)變變化規(guī)律相似。梁鋼筋動(dòng)態(tài)應(yīng)變變化率比4#梁和梁應(yīng)變變化率要小。這是由于其混凝土裂縫開(kāi)展較慢，從而造成鋼筋應(yīng)變變化速率較低《而4#梁鋼筋應(yīng)變的發(fā)展速度快于3#梁，這是由于4#梁碳纖維布膠層不斷發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，使得鋼筋應(yīng)力增大，這一應(yīng)力增大的影響要遠(yuǎn)大于鋼筋應(yīng)力大小對(duì)鋼筋應(yīng)變動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)的影響。V。勿640620§；580；5605405205008號(hào)梁4號(hào)梁線t8號(hào)梁線t203040452,234#和8#梁20-暫萬(wàn)次鋼筋動(dòng)態(tài)應(yīng)變對(duì)比圖480150次數(shù)N(萬(wàn)次>圖梁鋼筋動(dòng)態(tài)應(yīng)變?nèi)^(guò)程圖圖2.：22和圖2.23是鋼筋20—50萬(wàn)次時(shí)的圖，3#梁鋼筋應(yīng)變線性擬合混凝土裂縫開(kāi)展完成，鋼筋應(yīng)力穩(wěn)定，鋼筋應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)減緩。梁鋼筋應(yīng)變線性擬合斜率減小，混凝土裂縫寬度增長(zhǎng)，截面發(fā)生應(yīng)力重分配，碳纖維布應(yīng)力增大，而鋼筋應(yīng)力下降，動(dòng)態(tài)應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)減慢。4#梁鋼筋應(yīng)變線性擬合斜率減小，其原因與8#梁相同。但是由于8#梁碳布及膠層經(jīng)歷過(guò)徐變過(guò)程，其膠層在粘貼面上與混凝土底面的相對(duì)滑移很小，碳布與梁身粘貼緊密：而4#梁膠層較軟，在荷載的循環(huán)作用下，它與梁底混凝土之間有滑移發(fā)生.8#梁與#相比，其碳纖維布對(duì)鋼筋疲勞過(guò)程中的變形發(fā)展的限制作用更加明顯。5400(萬(wàn)次）2.254#梁鋼筋動(dòng)態(tài)應(yīng)變?nèi)^(guò)程圖70005rt65-h窗0 50100150200荷載循環(huán)次數(shù)N(萬(wàn)次>圖2.265#梁鋼筋動(dòng)態(tài)應(yīng)變?nèi)^(guò)程圖圖2.24~圖2.26所示是鋼筋應(yīng)變疲勞全過(guò)程圖。很顯然，鋼筋應(yīng)變的增長(zhǎng)也呈波浪形，這也是由于粘結(jié)破壞的發(fā)生造成的。在發(fā)生粘結(jié)破壞時(shí)，鋼筋應(yīng)變減小，然后在疲勞應(yīng)力作用下，鋼筋應(yīng)變又逐漸增大，如此反復(fù)形成波浪形應(yīng)變曲線。貼碳纖維布本身無(wú)法影響這一現(xiàn)象的發(fā)生，但是徐變加固梁的波動(dòng)幅度較小而未徐變加固梁波動(dòng)幅度卻較大。這也是碳布膠層徐變帶來(lái)的效果。由上可見(jiàn)，影響鋼筋動(dòng)態(tài)應(yīng)變發(fā)展的一個(gè)重要因素是碳纖維布膠層與梁體的粘結(jié)程度。粘結(jié)越緊密，膠層越薄，碳布的加固效果越好。徐變對(duì)加固梁在鋼筋動(dòng)態(tài)應(yīng)變發(fā)展方面的影響是有利的。另一個(gè)影響因素是鋼筋與混凝土之間的結(jié)合部位是否具有足夠的抗疲勞能力，這一能力越強(qiáng)，鋼筋應(yīng)變發(fā)展越穩(wěn)定。還有一

個(gè)因素就是混凝土的開(kāi)裂。S—鋼筋應(yīng)變圖鋼筋的靜態(tài)應(yīng)變指在疲勞過(guò)程中停機(jī)靜載時(shí)測(cè)得的應(yīng)變值。它反映了疲勞荷載對(duì)梁體受力及鋼筋性能的變化。-20020406080100120140160180200mm次_(萬(wàn)如圖鋼筋靜態(tài)應(yīng)變圖圖2.27所示是鋼筋靜態(tài)應(yīng)變一荷載循環(huán)次數(shù)圖，可以看到幾乎所有梁在荷載循環(huán)20萬(wàn)次時(shí)，鋼筋的靜態(tài)應(yīng)變較初始狀態(tài)增大很多，而20萬(wàn)次以后，靜態(tài)應(yīng)變緩慢增加直至基本保持穩(wěn)定。即疲勞過(guò)程對(duì)靜載時(shí)鋼筋應(yīng)變的影響最大的階段集中在疲勞甜期，這一階段也是混凝土裂縫開(kāi)展最迅速的階段，說(shuō)明梁的整體性能下降最快也是在這一階段。在疲勞中期，由于混凝土裂縫發(fā)展減緩，鋼筋靜態(tài)應(yīng)變的變化基本上是由于自身的疲勞損傷造成的。另外，徐變加固梁5#梁和8#梁鋼筋靜態(tài)應(yīng)變變化較小，而未加固梁及未徐變加固梁鋼筋靜態(tài)應(yīng)變變化較大。這說(shuō)明碳纖維布膠層徐變后能更好地約束梁體混凝土的開(kāi)裂，而未徐變的膠層約束作用不太理想。20004000?000SOOO10000梁鋼筋應(yīng)變-

2.318#梁荷載一4圖2.32梁荷載一鋼筋應(yīng)變圖 圖2.3310#梁荷載一鋼筋應(yīng)變圖圖?圖所示是各梁作靜載破壞試驗(yàn)時(shí)荷載一鋼筋應(yīng)變曲線圖。從圖中可以看到徐變后的加固梁5#和8#梁疲勞后鋼筋能發(fā)揮的最大應(yīng)變?cè)?500—3000評(píng)，而未徐變未加固梁3#梁和未加固徐變梁10#梁則在2000—2500/i￡左右，未徐變加固梁4#梁在lOOOO^ie左右，未疲勞徐變加固梁11#梁在5000^￡左右，可見(jiàn)徐變過(guò)程影響了加固梁疲勞后的鋼筋變形能力的發(fā)揮。疲勞對(duì)徐變加固梁鋼筋應(yīng)變的發(fā)揮有一定影響但是對(duì)未徐變加固梁影響不大。30-鋼筋應(yīng)變圖圖和圖所示是碳纖維布動(dòng)態(tài)應(yīng)變—荷載循環(huán)次數(shù)圖。4#梁應(yīng)變起伏較多，穩(wěn)定性差，而5#梁我們看到大約只有一次波動(dòng)發(fā)生在100萬(wàn)次左右。起伏越多，加固梁中的缺陷越多，它主要包括了鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)破壞、碳布膠層的錯(cuò)動(dòng)等，而這些缺陷是設(shè)計(jì)時(shí)未考慮進(jìn)去的，他們都會(huì)影響到梁的疲勞性能，要引起設(shè)計(jì)者的足夠重視。特別是對(duì)于新貼碳布加固梁，在承受反復(fù)荷載的情況下建議對(duì)碳纖維布進(jìn)行錨固，另外在刷膠時(shí)應(yīng)盡量薄，在加固后要等待膠層硬化后方能承受循環(huán)荷載的作用，本試驗(yàn)使用的自然養(yǎng)護(hù)3天進(jìn)行靜載試驗(yàn)是足夠了，進(jìn)行疲勞試驗(yàn)卻并不理想。從整體來(lái)看，4#梁碳纖維布應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)較慢而5#梁碳纖維布應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)較快<300?W'^ygfI250100150次數(shù)N(萬(wàn)次）2.344#梁碳纖維布動(dòng)態(tài)應(yīng)變?nèi)^(guò)程圖800780760740720700680100150次數(shù)N(萬(wàn)次）圖2.355#梁碳纖維布動(dòng)態(tài)應(yīng)變?nèi)^(guò)程圖樹進(jìn)2.6碳纖維布應(yīng)變靜態(tài)數(shù)據(jù)100120140J60180200■次to(萬(wàn)次）圖2.36碳纖維布靜態(tài)應(yīng)變圖圖2.36所示是4#、5#和8#梁碳纖維布靜態(tài)應(yīng)變圖。從圖中看出5#和8#梁均在20萬(wàn)次前碳布應(yīng)變發(fā)生突變，而4#梁卻是平穩(wěn)增加。這也表明4#梁碳布與梁身粘結(jié)不太密實(shí)，對(duì)混凝土的幵裂不敏感，而5#和8#梁碳布與梁身緊密粘結(jié)，混凝土裂縫開(kāi)展直接影響到了碳布的應(yīng)變。從這點(diǎn)看，徐變對(duì)于加固梁在疲勞中發(fā)揮碳纖維布的抗拉能力是有利的。梁碳纖維布應(yīng)變一i40005#梁碳纖維布應(yīng)變-?.圖2.3910#梁碳纖維布應(yīng)變一荷載圖圖2.37?圖2.39所示是4#梁、5#梁和11#梁碳纖維布應(yīng)變一荷載圖。從圖中我們看到，碳纖維布的應(yīng)變一荷載曲線在較小的情況下，基本上呈線性，這反映了碳纖維布具有良好的線彈性。在荷載較大的情況下，由于膠層的開(kāi)裂，碳.纖維布應(yīng)變急劇增大，直到碳纖維布與梁身剝離破壞為止。另外4#梁曲線在荷載較小時(shí)出現(xiàn)的斜率變化要大于8#梁和11#,梁碳纖維布膠層與梁底發(fā)生錯(cuò)動(dòng)?？梢?jiàn)疲勞過(guò)程對(duì)膠層有一定的影響，對(duì)于新膠層其影響更大更明顯。圖2.40和圖2.41所示是各梁在疲勞荷載循環(huán)前20萬(wàn)次荷載循環(huán)次數(shù)一平均位移曲線，可以看到對(duì)于加固梁前5萬(wàn)次時(shí)，位移增長(zhǎng)速度比較快，5萬(wàn)次到20萬(wàn)次卻增長(zhǎng)緩慢甚至停止增長(zhǎng)。對(duì)于非加固梁，則在整個(gè)20萬(wàn)次內(nèi)保持一定的增長(zhǎng)速度?？梢?jiàn)，碳纖維布號(hào)號(hào)號(hào)(V-荷載循環(huán)次數(shù)N(萬(wàn)次》梁和梁前20萬(wàn)次位移曲線對(duì)比圖次數(shù)N(萬(wàn)次>6#梁和7#梁前20萬(wàn)次位移曲線對(duì)比圖號(hào);i號(hào)雄2533404424#次數(shù)N(萬(wàn)次）5#梁和3#梁20-50萬(wàn)次位移曲線對(duì)比圖加固使得梁體截面剛度變化集中在初期較短的時(shí)間內(nèi)，在剛度要繼續(xù)減小時(shí)它起到了限制作用，徐變過(guò)程與這一作用無(wú)關(guān)?！钐?hào)3540A次數(shù)N(萬(wàn)次）圖2.435#梁、6#梁和7#梁20—50萬(wàn)次位移曲線對(duì)比圖圖2.42和圖2.43所示是各梁20—50萬(wàn)次荷載循環(huán)次數(shù)一平均位移曲線?？梢钥吹轿醇庸塘涸谶@一階段跨中位移基本不變，即使有變化也出現(xiàn)突變形式,這是混凝土開(kāi)裂突然貫穿造成的，而加固梁則出現(xiàn)上升下降兩部分，且其變化平滑，突變不明顯，說(shuō)明碳纖維布加固能改善梁的截面性能的延性。另外徐變加固梁上升段比較短，而未徐變加固梁上升段比較長(zhǎng)，這也是未徐變加固梁碳纖維布粘貼膠層較新，碳纖維布與梁發(fā)生相對(duì)滑移造成的結(jié)果。N50 100150荷載循環(huán)次數(shù)N(萬(wàn)次）23/443#梁位移全過(guò)程圖雄趙50 1001505f載循環(huán)次數(shù)N(萬(wàn)次）54#梁位移全過(guò)程圖0維J?f\VWw50 100150荷載循環(huán)次數(shù)N(萬(wàn)次）.465#梁位移全過(guò)程圖(s￡)絕050100150荷載循環(huán)次數(shù)N(萬(wàn)次）2.476#梁位移全過(guò)程圖100150次數(shù)N(萬(wàn)次）4444433655447#梁位移全過(guò)程圖150200次數(shù)N(萬(wàn)次） “0圖2.498#梁位移全過(guò)程圖圖2.44到2.49所示是各梁跨中平均位移全過(guò)程變化圖。很顯然所有梁的燒度變化呈明顯的波動(dòng)狀，這是截面剛度發(fā)生波動(dòng)變化的結(jié)果。而造成截面剛度波動(dòng)的主要原因就是鋼筋與混凝土之間發(fā)生粘結(jié)破壞。另外從全局來(lái)看，所有梁燒度均保持較緩慢地增長(zhǎng)，未加固梁的波動(dòng)較加固梁發(fā)生得更晚一些，但到200萬(wàn)次疲勞加載結(jié)束時(shí)其波動(dòng)幅度仍未減小，而加固梁燒度波動(dòng)開(kāi)始較早，在疲勞的后50萬(wàn)次其波動(dòng)幅度明顯減小。所有梁疲勞過(guò)程中燒度最大波動(dòng)幅度基本相同約為左右。未徐變加固梁撓度變化總量要明顯小于徐變加固梁。這說(shuō)明了用碳纖維布加固使得鋼筋與混凝土的粘結(jié)面發(fā)生局部破壞的時(shí)間較早，但是卻能很好地限制局部破壞產(chǎn)生的數(shù)量；新貼的碳纖維布能很好地改善梁的疲勞剛度，而徐變后的碳纖維布卻達(dá)不到改善疲勞剛度的效果。8梁燒度靜態(tài)數(shù)據(jù)0306090120150ISO210荷載循環(huán)次觸(萬(wàn)如圖2.503#—8#梁位移靜態(tài)數(shù)據(jù)圖圖2.50所示是3#—8#梁疲勞過(guò)程中靜態(tài)位移數(shù)據(jù)對(duì)比圖?？梢钥吹轿醇庸塘何灰谱兓偭恳笥诩庸塘?，說(shuō)明碳纖維布加固對(duì)梁剛度的疲勞損傷程度降低。但是我們也看到，徐變加固梁位移總量要大于未徐變加固梁，徐變使得加固梁截面剛度抗疲勞能力降低圖2.51到圖2.58是各梁作靜載破壞試驗(yàn)時(shí)的荷載一位移曲線。就加固梁于未加固梁之間，可以看到，加固梁最大位移量往往只是稍大于未加固梁（3#和4#梁，和8#梁），甚至小于未加固梁（5#和梁，10和11#梁），加固梁饒度約為未加固梁燒度的0.9?1.2倍：且各加固梁發(fā)生的都是碳纖維布剝離，混凝土壓碎破壞。從以上現(xiàn)象看出，碳布加固梁的變形性能取決于碳布的粘貼質(zhì)量，質(zhì)量好，破壞形式呈碳布拉斷，混凝土壓碎，梁整體變形性能好，而質(zhì)量差，破壞形式如上述形式，則梁整體變形性能差。徐變加固梁于未徐變加固梁之間，501020103330101520S—位移曲線2.513#梁荷載一位移曲線6#梁荷載一位移曲3015IJ02010303：s—位移曲線徐變加固梁的最大跨中位移稍小于未徐變加固梁，說(shuō)明徐變過(guò)程對(duì)加固梁的變形性能造成一定的影響。位移^niO在試驗(yàn)中，我們進(jìn)行了對(duì)裂縫寬度及深度開(kāi)展的觀察，得到裂縫的部分?jǐn)?shù)據(jù)如表2.5所示。從表中可以看出，徐變加固梁與未徐變加固梁疲勞裂縫間距相同；加固裂縫較未加固梁分布要密集；裂縫平均長(zhǎng)度加固梁要比未加固梁大，而徐變

加固梁要比未徐變加固梁裂縫長(zhǎng)度更長(zhǎng)；前20萬(wàn)次產(chǎn)生的裂縫數(shù)量占總數(shù)量的70%—84%，而裂縫長(zhǎng)度是疲勞結(jié)束時(shí)的0.82—1.07倍?；诹芽p的幵展規(guī)律，我們提出一個(gè)假設(shè)：20萬(wàn)次前梁身各材料是處于變幅疲勞階段，20萬(wàn)次后各材料處于較好的等幅疲勞階段。這一假設(shè)對(duì)于研究梁的疲勞過(guò)程有一定的簡(jiǎn)化作用02.603#梁破壞形式照片?#梁破壞形式照片表梁號(hào)平均裂縫長(zhǎng)度(cm)平均裂縫間距(cm)可見(jiàn)裂縫總1數(shù)20萬(wàn)次裂縫數(shù)20萬(wàn)次時(shí)平均裂縫長(zhǎng)度（cm)3#7.310.61074井15115#12101397#1198#118梁的破壞都是由混凝土壓碎造成的，加固梁全部都出現(xiàn)了碳纖維布剝離的現(xiàn)象。在這里，筆者認(rèn)為進(jìn)行碳纖維布加固除貼箍外應(yīng)另設(shè)錨固，以增強(qiáng)碳纖維布與混凝土梁之間的結(jié)合作用，從而更好地發(fā)揮碳纖維布的加固效果。各梁破壞形式見(jiàn)下列各圖。圖2.594#梁破壞形式照片5#梁破壞形式照片碳纖維布加固鋼筋混凝土梁能很好的改善鋼筋混凝土梁的靜載性能及疲勞性能，而本