关于纤维聚合物混凝土在周期荷载作用下性能的实验研究

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1、关于纤维聚合物混凝土在周期荷载作用下性能的实验研究L.Bizindavyi1;K.W.Neale2;andM.A.Erki3摘要：采用外贴纤维聚合物加强钢筋混凝土结构（简称FRPs），是现有升级混凝土结构的比较具有吸引力的一种方法。虽然以前的实验研究表明：通过这种方法，梁的弯曲能力可以明显增强，纤维聚合物过早的失效往往会限制其有效性。观察脱粘现象以及各种实验和分析调查，聚合纤维物和钢筋混凝土的结合处连接特征已经被发现，然而，这些研究一般都是在有限的单调静力加载条件下进行，在本文中，我们从聚合物混凝土在循环

2、荷载作用下的实验调查中得出了结论。首先，我们描述了实验装置和测试参数，接下来，联系起来讨论聚合物混凝土界面滑移，裂纹开口，循环加载，应变分布的特征。受力规律的表达图就是所谓的“S-N”图（循环应力范围和失败的周期数），该表达式中的参数是根据实验中的数据而确认的，各种参数受到的影响因素很多，例如：粘结长度的影响，粘结宽度的影响，并且讨论了循环粘结水平应力的疲劳行为。日期：2003年10月16日/(美国土木工程协会)1090-0268（127）主题词：梁；纤维复合材料；混凝土；循环荷载；疲劳；焊接接头。引言：

3、采用外贴钢板或纤维复合材料加强钢筋混凝土结构（FRP）的方法是严重依赖于板和混凝土之间的粘结能力。这种粘结在静力（单调的）加载下的反应被证明是充分可靠的，表面制做和FRP的粘贴方法如下。例如：观察已经制作好了的FRP材料与混凝土之间的粘结强度，附和了FRP材料的钢筋混凝土能承受更强的剪切力。一个典型的例子就是钢筋混凝土桥面在7×108KN循环应力作用下可能存在120年的寿命（BarnesandMays1999）,同时，在一个典型的设计寿命为40年的公路立交桥上至少可以承受58×108KN的循环荷载（Hef

4、fernan1997）。在循环荷载作用下，材料与结构总是表现出其中较低的静力强度。这些强度降低，取决于各种因素，如加载速度，应力幅度，最大应力和循环加载次数。混凝土梁的疲劳强度可以减少高达25%，例如：循环加载次数从5×106变为5×107（Tilly1979）。据报道，经过相当广泛的实验和研究，相比较之下，FRP钢筋混凝土无损坏现象少于钢筋混凝土梁疲劳现象。然而，一些关键的调查（例如：Meieretal.1992;Heffernan1997;ShahawyandBeitelman1998;Barnesa

5、ndMays1999）已经清楚地表明：FRP钢筋混凝土梁在屈服方面比非加固钢筋混凝土表现的好一点，大多数情况下，FRP钢筋混凝土梁的屈服是由一个或几个位置上的钢筋张力的连续屈服而开始的，最终在钢筋的疲劳处断裂（Meieretal.1992;Hefferman1997）。当FRP钢筋混凝土层复合板发生脱离时，由于钢筋的屈服和断裂以及裂缝的过度扩大，所以它被认为是一个典型的失效模式（Meieretal.1992;Heffernan1997）。从Heffernan（1997）的报道结果中看出，混凝土梁的屈服部分

6、大多集中在钢筋断裂处，并且证明了该梁的可适用性是可以忽略的（在受拉区开裂）。Barnes和Mays（1999）建议：一个合理的规范，应该表明出相比之下非加固混凝土梁在相同应力幅度的钢筋张力下的疲劳寿命。然而，他们强调：至于疲劳性能而言，可能疲劳模型是从主要加固钢筋的疲劳（加固构件）或因为主要挠度和剪切力而超筋的钢筋的转变而开始的。加强FRP钢筋混凝土梁的疲劳性能研究主要集中在证明该加固技术的整体效益。在大多数调查数据中表明，在梁的负载或偏转范围内所产生的应变均低于钢筋屈服应变。在这种情况下，FRP加固的粘

7、结性能不是一个主要的问题，因为疲劳反应基本上是由钢筋的疲劳而产生的。然而，这或许是在钢筋截面或部分钢筋截面加强使用缀板的效果。此外，鉴于粘合剂的难以相容性以及混凝土的脆性性质，不同的环境和不同的荷载条件，也会使这一结构在其生命周期里慢慢被改变。其他失效模式的可能性也是粘贴FRP材料时必须考虑的。在界面上的现象能清楚的认识到混凝土与FRP之间的粘结必须满足这些加强要求。Bizindavyi和Neale（1999）以前对FRP混凝土的接头进行静态、无变化的加载研究。使用一个特别设计的单面结合装置测试FRP混凝

8、土的直接剪力，对界面应力、应变分布和粘结接头的强度进行研究。关于FRP混凝土接缝的循环运转状态，除了Ferrier等人的研究成果（1990）以外非常少的信息被报道，对于双层碳纤维混凝土接头处的研究方面，很明显没有公布其他关于接头疲劳性能的数据。在这篇文章里，我们报告的结果是从单面搭接玻璃和碳纤维混凝土的循环运转实验中得出的。环状粘结应力和滑移关系，裂纹张开大小和循环应变分布，在FRP混凝土接头的介绍和讨论中阐明。分析S-N之间