随机载荷下CFL增强RC梁疲劳试验研究

摘要

近年来，碳纤维增强复合材料(carbonfiberreinforcedpolymer，CFRP)因其在性能和施工工艺等方面的优势被越来越广泛地应用到桥梁的加固工程中，目前对CFRP加固混凝土结构的静力学性能的研究已经比较系统，对CFRP加固混凝土结构的抗疲劳性能则局限于常幅疲劳性能方面的研究。由于在实际情况中，桥梁所受的活载都是随机载荷，因此研究CFRP加固RC梁在随机载荷下的疲劳性能具有重大的科学意义和广泛的应用前景。该文在前期工作的基础上，对作用于桥梁上的实际载荷(随机载荷)进行模拟与编制，通过MTS系统进行疲劳试验，对碳纤维薄板(carbonfiberlaminate，CFL)加固RC梁的随机疲劳性能进行了试验研究和理论分析。研究内容和结果如下： 1)对模拟得到的载荷～时间序列通过设置置信区间、确定平均值等步骤进行处理，得到符合实桥受载情况的随机载荷谱，并依据改进的雨流—倒雨流计数法在Matlabel软件的平台上编程对载荷谱进行分析，得到随机载荷谱幅值的概率密度函数，为构件的寿命预测、疲劳损伤分析等提供必要的基础。 2)制备了10根CFL增强RC梁，根据载荷水平将试件分为4组，在MTS机上实施了随机载荷作用下的三点弯曲疲劳试验。试验中，实时记录试验载荷、跨中挠度以及各测点的应变数据，并量测疲劳裂缝宽度和间距及长度等数据。 通过对随机疲劳试验数据的分析和处理，得到CFL增强RC梁的疲劳寿命曲线(S-N曲线)，给出了S-N曲线的经验公式。利用该公式可以有效地预测CFL增强RC梁在随机载荷作用下的疲劳寿命。 对试验过程中梁的跨中挠度变化、刚度变化进行观察分析，结果表明，随机载荷下CFL增强RC梁的疲劳损伤破坏与常幅载荷作用下的破坏过程相同，都可以分为疲劳损伤三阶段。 3)定义了能量吸收的表征量，对随机载荷下CFL增强RC梁损伤破坏过程的能量吸收进行计算，并通过对疲劳裂缝的分析探讨了裂缝的性状与能量吸收之间的关系。分析结果表明，试件的能量吸收总量随着载荷水平的降低而增加，随着疲劳寿命的增加而增加；在增强梁中疲劳裂缝出现的区间及数量同样随着载荷水平的降低而分别增大和增加。同时，通过对能量吸收计算结果的分析提出了用能量表示的线性疲劳累积损伤模型，较好地描述了随机载荷下CFL增强RC梁的疲劳损伤演化过程。 4)按载荷水平的分组对裂缝的间距和裂缝的亚临界扩展长度进行了分析。结果表明，裂缝的间距随载荷水平的提高而增大，裂缝的亚临界扩展长度Lc则基本不变(Lc/h=0.85，式中，h为RC梁的高度)。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1研究背景

1.1.1引言

1.1.2碳纤维增强复合材料

1.1.3 CFRP在加固工程中的应用

1.2国内外研究现状

1.2.1 CFRP增强RC构件疲劳性能

1.2.2随机载荷试验研究现状

1.3本论文工作的目的、意义

1.4论文的主要内容

第二章随机疲劳理论

2.1引言

2.2随机疲劳

2.2.1疲劳基本概念

2.2.2疲劳性能的测定

2.2.3随机疲劳累积损伤理论

2.2.4随机载荷谱计数法

2.2.2随机疲劳寿命的概率统计方法

2.3本章小结

第三章随机载荷谱的模拟与处理

3.1引言

3.2数据采集与载荷谱模拟

3.2.1调查对象的交通运输情况

3.2.2调查结果及分析

3.2.3随机载荷谱的转换

3.3载荷谱的分析

3.3.1雨流计数法

3.2.2载荷谱的概率密度函数

3.4本章小结

第四章随机载荷下的疲劳试验研究

4.1试验概况

4.1.1试件制作

4.1.2试验梁加固

4.2试验方案

4.2.1试验梁类型

4.2.2试验载荷谱

4.2.3应变测点布置

4.2.4加载方式和测试内容

4.3试验结果与分析

4.3.1挠度曲线

4.3.2刚度曲线

4.3.3疲劳寿命曲线

4.4本章小结

第五章能量吸收与裂缝性状

5.1.疲劳损伤过程的能量吸收

5.1.1疲劳损伤与能量吸收的关系

5.1.2能量吸收的计算方法

5.1.3 CFL增强RC构件的能量吸收

5.1.4 CFL增强RC梁疲劳累积损伤的能量法

5.2疲劳裂缝性状研究

5.2.1疲劳裂缝分布

5.2.2疲劳裂缝宽度

5.2.2疲劳裂缝长度

5.3本章小结

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及已整理成文拟投稿的学术论文

致 谢