基于断裂力学的cfrp加固桥梁疲劳裂纹扩展研究_李明

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1、第２７卷第１１期中国公路学报Ｖｏｌ．２７Ｎｏ．１１２０１４年１１月ＣｈｉｎａＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｉｇｈｗａｙａｎｄＴｒａｎｓｐｏｒｔＮｏｖ．２０１４文章编号：１００１－７３７２（２０１４）１１－００６３－０６基于断裂力学的ＣＦＲＰ加固桥梁疲劳裂纹扩展研究李明１，朱浮声１，赵云鹏２（１．东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳１１０００４；２．辽宁交通规划设计院，辽宁沈阳１１０１７９）摘要：在线性渐进叠加假定的基础上，对碳纤维增强复合材料（ＣＦＲＰ）加固钢筋混凝土桥梁的疲劳裂纹扩展速率进行理论分析，在裂纹扩展模型表达式的基础上，通过分析三点弯曲梁应力强度因子与

2、等效裂缝长度之间的关系，求得裂纹扩展速率，进而对ＣＦＲＰ加固桥梁的疲劳寿命进行预估算研究；同时进行了ＣＦＲＰ加固桥梁疲劳裂纹扩展试验研究，通过单、双层ＣＦＲＰ加固试验梁沿布长方向的应变累积分析，阐述了荷载作用下加固梁裂纹扩展速率和扩展行为。结果表明：加固梁在疲劳荷载作用下，ＣＦＲＰ充分发挥了其抗疲劳特性；从理论计算结果与试验值对比情况看，ＣＦＲＰ加固钢筋混凝土桥梁疲劳寿命估算理论计算方法误差较小，满足实际需求。关键词：桥梁工程；碳纤维布；断裂力学；疲劳；应力强度因子中图分类号：Ｕ４４５．７２文献标志码：ＡＳｔｕｄｙｏｎＦａｔｉｇｕｅＣｒａｃｋＰｒｏｐａｇ

3、ａｔｉｏｎｏｆＣＦＲＰＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＢｒｉｄｇｅＢａｓｅｄｏｎＦｒａｃｔｕｒｅＭｅｃｈａｎｉｃｓ１，ＺＨＵＦｕ－ｓｈｅｎｇ１，ＺＨＡＯＹｕｎ－ｐｅｎｇ２ＬＩＭｉｎｇ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０００４，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ；２．ＬｉａｏｎｉｎｇＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＰｌａｎｎｉｎｇａｎｄＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０１７９，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ

4、ｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆＣＦＲＰｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｂｒｉｄｇｅｆａｔｉｇｕｅｃｒａｃｋｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｒａｔｅｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｌｉｎｅａｒｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅｓｕｐｅｒｉｍｐｏｓｅｄａｓｓｕｍｐｔｉｏｎ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｃｒａｃｋｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎａｎｄｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｔｈｒｅｅｐｏｉｎｔｂｅｎｄｉｎｇｂｅａｍｓｔｒｅｓｓｉｎｔｅｎｓｉｔｙｆａｃｔｏｒａｎｄｔｈｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃ

5、ｒａｃｋｌｅｎｇｔｈ，ｔｈｅｃｒａｃｋｇｒｏｗｔｈｒａｔｅｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｔｏｅｓｔｉｍａｔｅｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅｏｆＣＦＲＰｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｂｒｉｄｇｅ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｔｕｄｙｗａｓｍａｄｅｏｎｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｃｒａｃｋｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＣＦＲＰｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｂｒｉｄｇｅ，ａｎｄｔｈｅｓｔｒａｉｎａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｂｅａｍｓｂｙｓｉｎｇｌｅａｎｄｄｏｕｂｌｅＣＦＲＰｌａｙｅｒａｌｏｎｇｔｈｅＣＦＲＰｄｉｒｅｃｔｉｏｎｗａｓａｎａｌｙｚｅ

6、ｄｔｏｅｘｐｏｕｎｄｔｈｅｇｒｏｗｔｈｒａｔｅａｎｄｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｔｈｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｂｅａｍｃｒａｃｋｕｎｄｅｒｌｏａｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔＣＦＲＰｐｌａｙｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｔｈｅａｎｔｉ－ｆａｔｉｇｕｅｆｏｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｂｅａｍｕｎｄｅｒｆａｔｉｇｕｅｌｏａｄ．ＴｈｅｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙｉｓｐｒｏｖｅｄｔｏｈａｖｅｓｍａｌｌｅｒｅｒｒｏｒｗｈｉｃｈｍｅｅｔｓｔｈｅａｃｔｕａｌｄｅｍａｎｄｏｆｔｈｅＣＦＲＰｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅ

7、ｂｒｉｄｇｅｔｈｒｏｕｇｈｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｗｉｔｈｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｒｉｄｇｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ＣＦＲＰ；ｆｒａｃｔｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｃｓ；ｆａｔｉｇｕｅ；ｓｔｒｅｓｓｉｎｔｅｎｓｉｔｙｆａｃｔｏｒ收稿日期：２０１３－１２－０３基金项目：国家自然科学基金重大项目（９０９１５００５）作者简介：李明（１９８０－），男，吉林双辽人，高级工程师，工学博士研究生，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｍｉｎｇｇｌｊ＠１２６．ｃｏｍ。６４中国公路学报２０１４年０引言碳纤维增强复合材料（Ｃ

8、ＦＲＰ）加固钢筋混凝土桥梁，充分发挥了其高强度特性，进而提高了桥梁的疲劳抗裂性能