碳纤维布加固钢筋混凝土梁常幅疲劳荷载作用下的疲劳寿命预测

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发布时间：2021-10-22

资料介绍

通过粘贴碳纤维布可以有效地改善钢筋混凝
土梁的疲劳性能，提高钢筋混凝土梁的使用寿命。结合碳纤
维材料 (CFRP)~／[I固钢筋混凝土梁的疲劳破坏形式，通过分
析加固梁中受力钢筋的 S～N 曲线来预测加固梁的疲劳寿
命，以及通过疲劳累计损伤理论来预测加固梁的疲劳寿命。
关键词：碳纤维布．力口固；疲劳荷载；寿命预测
1 引言
由于碳纤维材料 (CFRP)优良的力学性能，以
及 CFRP加固技术诸多明显的技术优势，CFRP加
固技术被越来越多推广到桥梁工程加固中。对于公
路桥梁、铁路桥梁等结构，除了承受静载作用外，还
要承受重复循环荷载作用，结构常常在低于使用荷
载的情况下发生疲劳破坏。因此，桥梁结构加固后
的疲劳性能成为国内外学者广泛关注的研究热点。
近年来对碳纤维材料加固钢筋混凝土梁的疲劳试验
研究比较常见，这些研究大多是加固梁在疲劳荷载
作用下受力性能的分析研究，而在碳纤维布加固梁
的疲劳寿命方面的研究不多见。本文结合碳纤维布
加固钢筋混凝土梁常见的 4种疲劳破坏形式，加固
梁疲劳破坏始于受力钢筋屈服属于正常的破坏形
式，通过分析加固梁中受力钢筋的 S～N 曲线来预
测加固梁的疲劳寿命；运用疲劳累计损伤理论预测
加固梁的疲劳寿命。
2 Js～N 曲线经验法
2．1 加固梁疲劳破坏形式
《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》
(CECS--146：2003)和《碳纤维增强复合材料加固混
凝土结构技术规程》(DJ／T J08— 012—2002)中认
为，碳纤维布加固钢筋混凝土梁进行正截面抗弯加
固后，加固梁可能的破坏形式为：① 钢筋屈服后，纤
维布未拉断，混凝土压碎；② 钢筋屈服后，纤维布拉
断，混凝土未压碎；③ 钢筋未屈服，混凝土压碎；④
钢筋未屈服或纤维布未拉断，碳纤维布从混凝土表
面剥落。以上几种破坏形式中① 、② 均为延性破坏，
是可以接受的破坏形式；③ 、④ 为不允许出现的破坏
形式，属于脆性破坏，主要靠加强锚固和提高施工质
量来控制。
碳纤维布具有很高的强度，与钢筋有相同的弹
性模量，当承受一般疲劳荷载时，碳纤维布的疲劳强
度几乎没有降低，在正常破坏形式下，碳纤维布加固
钢筋混凝土梁的疲劳寿命由受力钢筋和混凝土的疲
劳寿命来控制，因此我们可以通过预测加固梁中受
力钢筋的疲劳寿命来预测加固梁的疲劳寿命。
2．2 加固梁中受力钢筋的 s～N 曲线
从 CFRP加固钢筋混凝土梁的疲劳破坏形式
可以看出：①、②破坏形式为延性破坏，是正常的破
坏形式，破坏始于钢筋屈服。国内外许多学者认为
钢筋混凝土构件的疲劳寿命主要取决于钢筋的疲劳
寿命，相关疲劳试验也都是以第 1根钢筋的疲劳断
裂作为构件破坏的标志。故研究 CFRP加固梁中
受力钢筋的疲劳行为非常重要。
钢筋的疲劳破坏可分为 3个阶段：① 形成初始
裂纹；② 裂纹扩展；③ 当钢筋薄弱截面的有效面积
不能承受所施加的荷载时，试件发生突然脆性断裂。
钢筋的疲劳寿命曲线表达式见式(1)[1]。
lg(N)一 A + mlg(Ao') (1)
式中，N为疲劳失效时的总循环次数；为钢筋应
力幅；A为钢筋s～ N曲线截距；为钢筋S～ N曲
线斜率。
将国内外相关试验的钢筋应力幅～寿命数据用
散点图表示，见图 1。对收集到的试验数据作回归