碳纤维布加固的钢筋砼吊车梁的抗弯疲劳性能.docx

碳纤维布加固的钢筋砼吊车梁的抗弯疲劳性能碳纤维布加固的钢筋砼吊车梁的抗弯疲劳性能摘要：为研究碳纤维布(CFRP)对加固后钢筋混凝土梁的抗弯疲劳性能的影响，进行了三根CFRP加固梁及一根对比梁的抗弯疲劳试验。研究了碳纤维布加固方式、构件使用荷载等参数对碳纤维布加固钢筋混凝土吊车梁抗弯疲劳性能的影响。试验研究表明：采用碳纤维布加固后，构件裂缝的宽度减小了5O.2～66，发展速度也得到控制，钢筋应力减小24.1～28.2，构件的刚度提高14.9～16.1。依据试验结果，从现有规范中关于构件刚度计算以及寿命分析的方法出发，进行了CFRP加固钢筋混凝土吊车梁的疲劳刚度、寿命的计算分析，理论分析结果表明，用这种方法计算得到的结果可以满足工程上对精度的要求。最后以试验结果为基础，对CFRP加固梁的疲劳设计提出了合理化建议。关键词：土木建筑结构;钢筋混凝土吊车梁;结构加固;疲劳试验;碳纤维布碳纤维复合材料(CFRP)作为一种新型的结构加固材料，因具有质量轻、强度高、耐腐蚀等优点L1而被广泛应用于工程加固领域。中国工程建设标准化协会也已制定出相应的碳纤维加固规程口](以下简称“规程”)。但规程仅给出了加固构件的短期承载受力性能，对于CFRP加固构件的长期受力性能，即加固构件的抗疲劳性能没有相应的设计规定，使CFRP在桥梁等承受疲劳荷载的构件加固设计时缺乏理论基础，所以对CFRP加固构件的长期受力性能的研究迫在眉睫。对这一课题研究最早的是瑞士，于上世纪9O年代初就进行了初步研究，美国等国家也于上世纪9O年代末进行了研究口]，国内目前也有学者进行了部分试验研究口]。Barnes[3通过试验研究认为构件的破坏主要是由于梁内钢筋的疲劳断裂所致，而BaluchL4在随后的论文中发表观点认为Barnes试验中构件的破坏始于CFRP的剥离。Papakonstantinoul5]通过对试验数据的分析发现，在相同荷载下，加固构件的挠度及裂缝的宽度较未加固梁没有明显改善，这与其他试验结论也有出入。基于以上矛盾，作者进行了CFRP加固梁的抗弯疲劳试验，通过试验的方法探讨加固构件的疲劳破坏机理。1、试件设计1.1试件设计原理试验中采用的梁以工程中常见的中级工作制的吊车梁为研究背景，采用T型截面，跨度3m，为某工业厂房吊车梁的1/2比例缩尺模型。由于本试验将研究重点放在CFRP对梁抗弯加固性能的影响，所以试验中通过分配梁将荷载对称分配于梁三分点处，在跨中形成纯弯段;构件配筋设计时也作相应处理，确保构件不发生弯曲破坏以外的其他破坏模式。梁的几何参数及配筋参数如图1所示。实测受拉钢筋的屈服强度为409.5MPa，抗拉强度为578.6MPa;受压区钢筋、架立筋、箍筋屈服强度为338.3MPa，抗拉强度为509MPa;实测混凝土抗压强度为2O.64MPa;采用L200-C碳纤维布，厚度0.111mm，抗拉强度3500MPa，弹性模量235GPa;胶粘材料采用YZJ—C碳纤维粘结专用结构胶。1.2试验方案为模拟工程实际情况，本试验在方案设计时，首先采用静压的方式使构件受弯区主裂缝达到工程容许的最大裂缝宽度(O.2mm)，再采用CFRP对构件进行加固，为对比加固效果，试验中分别采用不同的加固方式及不同的荷载水平，构件的具体编号及试验方案设计见表1。在纯弯段上下两层钢筋中每间隔225mm布置应变片以测量钢筋的应力;在跨中沿截面高度方向布置应变片，测量混凝土应变及截面沿高度方向的应变分布情况;在支座处布置位移传感器测量支座变形，在跨中布置静态位移传感器及拉弦式位移传感器，测量跨中的静态挠度变化，并实时监测梁在疲劳过程中的动态挠度变化情况。试验中采用静态应变采集仪(DH3818)采集静态数据，采用动态应变采集仪(DHDAS)采集动态应变及动挠度数据。试验在MTS疲劳试验机上进行，试验过程参照相关规范m，试验加载频率厂一4～6Hz。2、试验研究2.1试验现象B0梁在疲劳试验前首先进行一次静载试验，分五个等级，每级5kN;当荷载加至10kN时，在梁纯弯段及剪跨段产生裂缝，随着荷载的增加，裂缝向上发展，宽度增加;静载试验反复进行两次，待裂缝发展稳定后进行疲劳试验。疲劳循环为1万、2万、10万次时的静载试验发现裂缝高度及宽度增加较快，伴有新裂缝产生，裂缝间距趋于均匀，平均间距为8.6cm，部分剪跨段主裂缝交?[;在10万至210万次循环之间，没有新裂缝出现，裂缝宽度增加缓慢;至210万次时停止循环，对梁进行静压破坏。当荷载增加到6OkN时，构件的挠度发展较快，随后采用挠度控制加载，当构件挠度达到60mm时，挠度呈现出不稳定现象，最终挠度发展到65mm时，受压区混凝土压碎，受拉区裂缝间混凝土沿保护层开始剥落，标志构件达到破坏，停止试验。Bla梁首先采用静压方式，