纤维增强复合材料加固梁桥的时变受力行为研究

At present, there are a large number of deteriorated bridges in our country, and the actual service life of a considerable part of the bridge is not up to the design life. Bridge strengthening is an important way to ensure the safety of the bridge and increase its service life. But because that reinforcement failure, the number of reinforced bridge in the far did not achieve the expected service life and the structural safety performance after long-term did not reach the expected goal. therefore, it is necessary to study the time-dependent behavior and crack generating and developing in the interface under service loading, as well as the influence of environment and load coupling effect on the long-term performance of structure. This topic will be aimed at beam bridge strengthened by FRP, through long-term performance test research, to study how the parameters such as the thickness of the adhesive layer, stress level and temperature to influence the time-dependent adhesive shear creep characteristics and the bonding strength between the FRP and concrete (steel) , and to study the interface material cracking mechanism under the normal load and the environment. By above work, to establish the time-dependent constitutive relation to accurately describe the creep properties of relative materials, the analysis methods to time-dependent structural behavior and mechanical properties evolution process.

我国目前既有桥梁中病（危）桥数量多，相当部分桥梁实际寿命达不到其设计寿命，对经济建设构成严重负面影响。桥梁加固是保障病（危）桥安全和增加其使用寿命的重要途径。但众多加固后的桥梁在远没有达到预期服役年限就出现加固失效，这表明加固修复后结构的长期性能远未达到预期目标，因此，有必要针对正常使用阶段界面的时变受力性能及裂纹产生及发展过程进行深入研究，探讨环境与荷载耦合作用对结构长期性能的影响。本课题将针对FRP加固的梁桥结构，通过开展时变性能试验，研究胶层厚度、应力水平、温度等参数对FRP—混凝土（钢）界面时变粘结性能的影响、正常使用荷载和环境共同作用下界面材料开裂机理和裂纹特性等，建立能够准确描述各组成材料蠕变特性的时变本构关系，获得考虑时变因素的加固结构受力行为分析方法以及力学性能的演变规律。

我国目前既有桥梁中病（危）桥数量多，相当部分桥梁实际寿命达不到其设计寿命，对经济建设构成严重负面影响。桥梁加固是保障病（危）桥安全和增加其使用寿命的重要途径。但众多加固后的桥梁在远没有达到预期服役年限就出现加固失效，这表明加固修复后结构的长期性能远未达到预期目标，因此，有必要针对正常使用阶段界面的时变受力性能及裂纹产生及发展过程进行深入研究，探讨环境与荷载耦合作用对结构长期性能的影响。基于对现有CFRP-混凝土界面双剪试验装置和试验方法的总结，设计了一套包括浇筑模板、定位夹具以及加载装置在内的长期双剪试验方法，在此基础上展开了24组不同荷载水平和不同持载时间的双剪试验，基于试验结果，建立了持续荷载作用下界面的粘结滑移本构模型；根据黏弹性理论，采用修正的广义Maxwell模型建立了CFRP-混凝土界面的六元件黏弹性本构模型，给出了Maxwell模型中各参数的物理含义以及表达式；基于自行设计的加固梁长期加载装置进行了3组加固梁和1组普通钢筋混凝土梁在持续荷载作用下的力学试验，表明外贴CFRP对梁体的徐变变形有一定抑制作用，可以提高梁体的长期刚度；基于虚功原理的变分形式，推导了外贴CFRP加固梁增量形式的平衡方程，建立了加固梁在持续荷载作用下的分析模型；设计与制作了5组27个CFRP-钢双搭接剪切试件，基于试验结果及理论分析，提出了修正的Burgers模型和Findley幂律方程来表征CFRP-钢界面受剪状态下胶粘剂的粘弹性本构关系；对1组对比试件和4组不同持荷水平、每组6个不同持荷时间的CFRP-钢双剪试件进行静力拉伸试验，提出了考虑胶粘剂蠕变损伤折减的CFRP-钢界面双线性粘结-滑移本构模型；根据考虑变形协调条件的弹性分析方法，推导了包含外荷载和温度荷载的CFRP加固受弯钢梁粘结界面应力的微分方程；基于修正的Burgers模型，利用粘弹性力学理论及Laplace变换的数学方法，推导了CFRP加固受弯钢梁粘结界面应力、CFRP轴力、钢梁弯矩和加固梁挠度的解析解。