FRP加固预裂纤维再生混凝土梁的疲劳性能和损伤机理研究

Few researches had been focused on the fatigue behaviour and damage mechanism of fiber reinforced recycled aggregate concrete (RAC) beams with initial crack and reinforced by FRP. In this project, the properties of fiber reinforced RAC made from earthquake waste and behavior of its structural element strengthened with FRP under fatigue loading will be analyzed. For each replacement ratios of RCA and contents of fibers types, the density and strength developed with curing age will be studied. The theoretical approach of the influence of RCA replacement ratios and fiber contents on the compressive strength, tensile strength, flexural strength, elastic modulus will be developed. A reliable prediction model of fatigue life will be proposed based on full understanding of fatigue crack initiation and propagation mechanisms and damage evolution rules. Meanwhile, the effect of load stress ratio on the fatigue behaviours of pre-cracked beams made with fiber reinforced RAC and strengthened by reasonable FRP material and reinforcing arrangement will be investigated, and also a rational prediction model for ultimate load carrying capacity at post-fatigue will be set. Finally, the micro-structural mechanism and interior composition observations of the fiber reinforced RAC specimens are comparing before and after the fatigue loading. The relationship between the exterior mechanical behaviour and internal microstructures damage mechanism will be obtained to explore an optimum improving treatment. The results will provide a scientific basis and help for practical engineering applications of the earthquake waste more effectively.

纤维再生混凝土梁的疲劳性能，以及FRP加固预裂纤维再生混凝土梁的疲劳行为和损伤破坏机理还尚不明确。本项目拟针对四川震后巨量的建筑垃圾和受损的建筑结构进行纤维再生混凝土材料及其结构的加固疲劳行为研究，确定纤维再生混凝土的密度和强度发展规律，建立抗压强度、劈裂强度、抗弯强度、弹性模量与取代率和纤维掺量间的理论关系。通过对纤维再生混凝土梁的疲劳性能和疲劳裂纹扩展行为的系统研究，阐明疲劳裂纹萌生、扩展和损伤演变规律，建立疲劳寿命的预测模型。并对不同的疲劳裂缝形式和分布情况，选用合理的加固材料和加固方式，分析应力比对预裂纤维再生混凝土梁加固后的疲劳性能影响规律，建立疲劳后承载力的理论预测模型。最后，利用微观测试分析方法，探索纤维再生混凝土宏观力学性能与微观结构和组成的内在关系，寻求改善其性能的合理措施，为震后建筑废弃物再生混凝土的合理化利用提供科学依据和参考。

针对四川汶川地震和庐山地震中倒塌的建筑结构，研究如何合理利用震后巨量的建筑废弃物，结合再生混凝土骨料由于制备或使用过程使其性能退化的问题，开展纤维增强再生混凝土材料基本物理和力学性能研究，分析不同纤维掺量影响下的力学参数情况，建立基于优化的纤维再生混凝土配合比设计，确定不同配合比下纤维再生混凝土塌落度、龄期强度、轴心抗压强度、抗弯强度和劈裂强度，以及密度和强度随龄期发展关系。同时，利用扫描电镜等微观测试分析手段，建立不同再生骨料取代率和纤维掺量影响下的再生混凝土强度与基体组分等微观参数变化间的内在关系，得到纤维再生混凝土的强度预测模型及其与基体微观裂纹萌生及扩展间的影响关系。梁是混凝土结构中的重要受力构件，对再生混凝土梁性能的研究具有重要的意义，因此，针对再生混凝土和纤维再生混凝土梁的抗弯性能和疲劳性能进行研究，验证纤维再生混凝土梁静态和疲劳过程中的平截面假定是否成立，针对损伤的再生混凝土梁，开展FRP加固后的疲劳裂纹萌生及扩展试验研究，得到预裂纤维再生混凝土梁加固后的裂纹扩展行为与疲劳寿命、加载频率和疲劳荷载间的影响规律，建立纤维再生混凝土梁加固疲劳后的极限承载力预测模型，通过有限元分析和理论探索，建立再生混凝土梁的有限元预测模型，通过损伤变量描述再生混凝土抗弯过程中的刚度退化，分析再生骨料取代率和FRP加固后对其力学性能的影响。总之，基于已有关于再生混凝土和纤维混凝土的研究，采用试验研究、理论分析和有限元模拟三者结合的方法，研究纤维增强再生混凝土材料及其梁构件的基本性能参数，分析损伤构件加固后的疲劳裂纹扩展行为，建立再生混凝土梁及其加固后的承载力预测模型，确定不同再生骨料取代率下再生混凝土梁的合理纤维掺量和加固方式，为再生混凝土的工程应用和技术推广提供参考。