过载谱下CFL增强RC梁疲劳性能研究.docx

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1、过载谱下CFL增强RC梁疲劳性能研究纤维增强复合材料（FiberReinforcedPolymer，简称FRP）加固钢筋混凝土（RC）结构件的疲劳性能及其耐久性是国内外土木建筑领域的一个前沿课题。对于公路桥梁的FRP加固RC结构，其承受的活载主要是车辆随机载荷。虽然我国在高速公路上采取了限制超载的措施，但超载现象仍然普遍存在。超载尤其是“过载”对桥梁结构造成的损害是有目共睹的，但“过载”对FRP加固RC结构件疲劳损伤的影响机制尚未探明，因此有必要开展“过载”下FRP加固RC结构件疲劳性能的研究。本文采用本课题组发明的新型FRP片材——碳纤维薄板（C

2、arbonFiberLaminate,简称CFL）加固RC梁，并作为试件，按照某高速公路桥梁的实际承载情况，界定了车辆的“过载”，编制了车辆“过载谱”，对“过载谱”下CFL增强RC梁疲劳性能进行了实验研究和理论分析。本文的主要研究内容和结论如下：1）根据当前公路桥梁车辆重载、超载的现状，首次提出了公路桥梁车辆过大载荷（简称过载）的概念、以及过载的界定方法，即在车辆荷载作用下，构件最大受弯截面混凝土的拉应力及裂缝宽度、受拉钢筋或钢绞线应力幅大于规范限值时的弯矩为过载弯矩，与此相对应的车辆载荷为过载。文中以20米简支预应力混凝土空心板梁为例，详细叙述了

3、过载的界定方法。2）根据在某高速公路上采集的车辆总重、轴重、轴距等数据对简支混凝土梁进行加载，以实际车辆通过简支混凝土桥梁产生的最大弯矩影响线为统计对象，将大于过载弯矩所对应的车辆载荷按照作用效应分为三个阶梯，形成车辆过载阶梯的影响线载荷谱，并按照最不利截面受力与极限承载力的比值（载荷水平）反算到实验梁上，编制了能够应用于疲劳实验的车辆过载阶梯谱，为研究过载下桥梁结构的疲劳损伤机理提供了实验方法。3）利用上述车辆过载阶梯谱，按照不同应力幅、不同应力比的两种不同方法，成功地实现了过载阶梯谱下对梁CFL增强RC梁的疲劳实验。探讨了过载阶梯谱下应力幅、应

4、力比的变化对CFL增强RC梁的疲劳寿命的影响，给出了不同应力幅、不同应力比下增强梁疲劳寿命的半经验公式，并与常幅、随机载荷作用下CFL增强RC梁的疲劳寿命进行了对比分析。4）通过对变幅疲劳实验数据的统计分析，参考课题组以往的常幅、随机载荷下的疲劳实验结果，建立了过载阶梯谱下CFL增强RC梁疲劳寿命预测的神经网络仿真计算模型，结合遗传算法对不同应力比、不同载荷水平下的CFL增强RC梁的变幅疲劳寿命进行了预测。通过预留的实验数据对模型的可行性进行了验证，结果表明在样本界限范围内预留实验数据与模型预测值的平均相对误差为39.6%；表明该神经网络预测模型基

5、本合理、可行。5）在对构件的疲劳破坏模式、构件主要组成材料失效机理分析的基础上，建立了串联疲劳失效分析模型。通过对CFL增强RC梁主要组成材料子单元的疲劳性能及最不利截面上子单元的关联性分析，建立了预测CFL增强RC梁变幅疲劳寿命的串联失效模型，并进行了初步的验证。研究结果表明，模型对构件寿命的预测结果与疲劳实验数据的平均相对误差约为35%，表明该模型基本合理、可行。6）对过载阶梯谱下CFL增强RC梁的挠度、刚度衰减规律进行了探讨，给出了变应力幅、变应力比作用下增强梁的挠度、刚度衰减公式。研究结果表明，应力幅的增大比最大载荷水平的增加对刚度衰减速率

6、的影响大、对挠度衰减速率的影响小。这说明活载的增加（例如：过载）比恒载增大对增强梁刚度衰减的影响更大。