CFRP加固荷载与环境耦合损伤混凝土梁抗弯性能研究

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实际工程中的钢筋混凝土梁基本都是在荷载、环境等两种或多种因素耦合作用下工作的,但目前国内外学者的研究主要针对于荷载作用下的机械损伤或环境侵蚀下的钢筋锈蚀损伤等单一因素影响下的损伤梁及CFRP加固损伤梁抗弯性能研究,这与实际结构的外部受力状态并不相符。因此,研究耦合损伤梁及CFRP加固耦合损伤梁的抗弯性能具有重要的现实意义。本文在试验研究和已有的理论公式基础之上,对荷载与环境耦合作用下的损伤梁及CFRP加固耦合损伤梁进行抗弯性能分析,建立耦合损伤梁的承载力和刚度计算公式,主要内容如下:(1)通过对普通钢筋混凝土梁进行前期加载和海水干湿循环试验,使得试验梁发生接近实际结构的机械与钢筋锈蚀耦合损伤。通过实测数据,将机械损伤和钢筋锈蚀损伤进行量化,得到机械损伤度和钢筋锈蚀率,将耦合损伤梁极限承载力实测值和理论值进行分析,确定每根试验梁的耦合损伤度;(2)对耦合损伤梁及CFRP加固耦合损伤梁进行抗弯加载试验,结果表明,试验梁的屈服强度、抗弯承载力、刚度都随着耦合损伤程度的增大而降低;(3)将CFRP加固耦合损伤梁的挠度、钢筋应变、极限荷载、裂缝发展、混凝土应变等与未加固耦合损伤梁进行对比,研究粘贴CFRP加固对耦合损伤梁抗弯性能退化的影响。结果表明:耦合损伤梁粘贴CFRP加固后,刚度、抗弯承载力、屈服荷载都有提升;裂缝宽度降低,但裂缝条数增多;(4)以普通梁抗弯承载力理论公式为基础,将相关学者锈蚀损伤梁和本文耦合损伤梁试验数据拟合,建立了协同工作系数与机械损伤度和钢筋锈蚀率的函数关系,推导出耦合损伤梁抗弯承载力计算公式。以普通梁刚度理论公式为基础,结合本文耦合损伤梁荷载-挠度等试验数据,对相关参数进行拟合修正,推导出荷载与环境耦合损伤梁的刚度计算公式;(5)从中部弯曲裂缝处剥离破坏的机理出发,推导CFRP加固普通梁的剥离承载力计算公式,通过对机械损伤、钢筋锈蚀损伤等参数对界面粘结应力的影响分析,结合CFRP加固耦合损伤梁的试验数据,拟合得到CFRP加固耦合损伤梁的剥离承载力计算公式;利用刚度解析法推导CFRP加固普通梁的刚度计算公式,以相关学者和本文试验数据为基础,拟合得到机械损伤和钢筋锈蚀对相关参数的折减公式,推导出CFRP加固荷载与环境耦合损伤梁的刚度计算公式。
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