碳纤维布加固钢筋混凝土梁的抗剪疲劳试验研究
作者单位：武汉理工大学
学位级别：硕士
导师姓名：刘沐宇
授予年度：2005年
学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程]
摘 要：桥梁、吊车梁、轨枕、海洋结构、压力机构和核反应堆安全壳等经常承受循环次数较多而重复荷载较大的结构，在长期的反复荷载的作用下极容易发生疲劳破坏。疲劳损伤曾使铁路桥梁失效，疲劳裂缝的存在使海洋钻井台倒塌倾覆，酿成悲剧。因此，为了避免这类事故的发生，也为了避免重建的高昂费用，有必要对已有疲劳损伤的钢筋混凝土结构进行补强和加固的研究。 碳纤维材料以其优良的物理力学性能被越来越多的应用到混凝土结构的加固中，目前碳纤维材料加固混凝土结构研究已取得大量成果，对于碳纤维布加固混凝土梁的抗弯疲劳性能研究也引起了有关研究者的注意，并取得了部分研究成果，但是碳纤维布加固钢筋混凝土梁的抗剪疲劳研究在国内外还不多见。因此，研究碳纤维加固混凝土梁的抗剪疲劳性能具有重大的理论意义和现实意义。本文针对这个问题，在分析现有结构加固方法的基础上，根据结构承受疲劳荷载的特点，对碳纤维布加固混凝土梁的抗剪疲劳性能进行了较系统的试验研究和理论分析，为碳纤维布加固混凝土结构的长期疲劳性能研究提供了试验依据。 本次试验共制作了6根钢筋混凝土梁，进行了斜截面抗剪疲劳试验。试验包括裸梁、完好加固梁和损伤加固梁，分别研究了粘贴不同碳纤维布用量加固混凝土梁的抗剪疲劳性能。其中1根梁做静载试验，5根梁用于疲劳加载，其中2根梁为先疲劳一定次数使梁损伤开裂后再粘贴碳纤维加固，用于模拟实际结构疲劳损伤开裂后进行加固的情况。 论文的主要内容按章节先后包括以下几个方面： (1) 阐述了结构损伤及加固研究的现状，介绍了现有的一些加固技术和碳纤维加固的优点，以及混凝土结构的疲劳破坏及其研究现状，综述了国内外碳纤维用于提高混凝土梁疲劳性能的研究现状。 (2) 碳纤维布粘贴于钢筋混凝土梁的受剪区外侧，其结构形式和材质都发生了变化，在其进行抗剪设计计算时，传统的钢筋混凝土理论显然不再适用。在分析国内外大量试验研究和理论分析的基础上，给出了碳纤维布加固钢筋混凝土梁斜截面抗剪极限承载力的计算公式。然后介绍了一些结构疲劳的基本理论和疲劳试验的基本知识。 (3)介绍了试验的目的和意义、试件的设计与制作、加固方案及加固材料 的性能指标、试验的前期工作、试验方案和加载与测量等内容。 (4)分别研究了在疲劳荷载作用下，碳纤维布加固钢筋混凝土完好梁和损 伤梁的箍筋应变的变化情况、碳纤维应变的变化情况、碳纤维应变占箍筋和碳 纤维总应变的比例变化情况以及斜裂缝的扩展变化状况;分析了不同碳纤维布 用量对抗剪疲劳加固效果的影响;探讨了完好梁与损伤梁的加固效果的不同。 试验研究表明:在疲劳荷载作用下，钢筋混凝土梁粘贴U型碳纤维布后箍筋应 变减小了20%一50%，斜裂缝宽度减小35%一45%，且碳纤维布用量越大效果越 明显，完好梁加固效果优于损伤梁。粘贴碳纤维布可以明显提高钢筋混凝土梁 的抗剪疲劳性能，延长钢筋混凝土结构的使用寿命。 (5)分析了混凝土、钢筋、以及碳纤维布的疲劳性能，探讨了钢筋混凝土 受剪梁的疲劳性能，在此基础上对碳纤维布加固钢筋混凝土梁的抗剪疲劳性能进 行了分析，并进行了疲劳寿命预测，为今后此类规范的制定和疲劳加固的研究提 供了参考依据。 碳纤维加固混凝土结构的抗疲劳性能研究是一项综合性较强的研究领域，涉 及的相关学科较多，研究难度较大。但其工程应用前景是广泛的，社会效应和经 济效应巨大。碳纤维加固混凝土梁的疲劳性能研究是一个全新的领域，目前国内 外研究还很少。本文根据碳纤维布加固混凝土梁的抗剪疲劳试验，初步给出了一 些碳纤维布对提高混凝土梁抗剪疲劳性能的贡献数据，取得了一些成果。随着理 论研究的深入和工程应用的迫切需要，这一领域的研究也必将进一步深入。 本文得到湖北省2002年科技攻关项目《桥梁加固安全评价标准》 (2 002AA101C14)和湖北省2002年交通科技项目《纤维材料加固桥梁结构新 技术及其安全性评价方法研究》资助。 关键词:钢筋混凝土梁;疲劳性能;碳纤维布;加固;抗剪 气
同方学位论文库