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由于预应力碳纤维增强复合材料(Carbon Fibre Reinforced Polymer,简称CFRP)加固钢筋混凝土(Reinforced Concrete,简称RC)结构技术可以发挥CFRP的高强度特性,并具备闭合原有裂纹、限制裂纹形成和扩展以及减小主筋荷载等优点,近年来在土木工程中得到了广泛应用。然而,对于预应力CFRP片材加固RC构件的疲劳性能的研究还相对不足,因此,开展预应力CFRP片材加固RC结构疲劳性能的研究,并探明该类加固构件疲劳主裂纹扩展规律具有重要的工程应用价值。本文采用先张法对本课题组发明的新型CFRP片材——碳纤维薄板CFL(Carbon Fiber Laminate)施加预应力,并以预应力CFL加固RC梁为研究对象,对该类加固构件在常幅荷载作用下的疲劳寿命和疲劳主裂纹扩展规律进行了理论和实验研究。本文的主要研究内容和结论如下:(1)通过有限元软件ABAQUS建立三点弯曲荷载下含有Ⅰ型裂纹的预应力CFL加固RC梁的有限元模型。对加固梁主裂纹尖端的J积分进行了计算。计算结果表明,本文有限元模型计算结果与理论计算结果基本吻合。参数化分析结果表明,混凝土弹性模量、碳纤维用量和预应力水平对J积分都有较大的影响。(2)采用先张法对CFL加固梁施加预应力,并通过应变仪对CFRP预应力损失进行了跟踪测量。测量结果表明:预应力损失主要来自张拉、粘贴、固化、放张以及长期损失五个阶段,总的预应力损失率为13.85%。(3)对预应力CFL加固RC梁试件实施三点弯曲常幅疲劳实验,获得了常幅疲劳荷载作用下加固梁的S-N曲线。并结合本课题组已有实验数据,推导出了考虑预应力影响的加固梁疲劳寿命表达式,通过该公式,可方便地估算出给定预应力水平时加固梁的疲劳极限以及预测出给定疲劳荷载和预应力水平下加固梁的疲劳寿命。(4)对预应力CFL加固RC梁试件实施了疲劳主裂纹扩展实验,采用数字图像相关法(DICM)测量加固梁的疲劳主裂纹高度,给出了加固梁在常幅疲劳荷载作用下的Na~曲线。并结合有限元模型计算的J积分,拟合出了稳定扩展阶段加固梁疲劳主裂纹扩展速率的Paris半经验公式。通过该公式,能够近似地预测出预应力CFL加固RC梁的疲劳寿命。