双重修复体系下腐蚀钢筋混凝土连续梁疲劳性能研究

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钢筋腐蚀一直是混凝土结构耐久性失效的主要原因之一,它会导致混凝土梁的疲劳性能下降,疲劳寿命严重降低。为了解决钢筋混凝土结构的腐蚀问题,常常采用外加电流阴极保护技术(Impressed Current Cathodic Protection,ICCP)和结构加固技术(Structural Strengthening,SS)来对结构进行修复,这两种技术一个是从混凝土结构内部阻止钢筋继续腐蚀,一个是从外部提高结构承载能力,都有各自的局限性。本课题将两者结合起来,利用碳纤维良好的抗拉能力和导电性,将其同时作为辅助阳极和结构加固材料,组成了ICCP-SS双重修复体系。针对于此,本文通过试验研究,数值模拟和可靠性分析,对双重修复体系下混凝土连续梁的疲劳性能和寿命进行了研究。进行了双重修复体系下混凝土连续梁的疲劳试验研究。疲劳试验共设置了6根连续梁,包括1根静力加载试件,5根疲劳加载试件。疲劳加载试件包括了1根未腐蚀未修复梁,1根腐蚀未修复梁和3根腐蚀修复梁。通过分析试验梁在疲劳荷载下的破坏模式,疲劳寿命,裂缝发展,挠度变化,钢筋应变变化和内力重分布现象,讨论了腐蚀和修复方式对连续梁疲劳性能和寿命的影响。建立了混凝土连续梁的疲劳寿命预测模型,并通过扩展模拟,分析了关键变量对梁疲劳寿命的影响。运用DIANA软件和断裂力学,建立了疲劳寿命预测模型,对混凝土连续梁的疲劳试验进行了模拟,并且将模拟结果与试验结果对比,验证了模型的有效性。根据建立的寿命预测模型,论文将锈蚀率,荷载水平,修复方式作为变量,进行了扩展模拟,进一步分析了各个变量对混凝土梁疲劳寿命的影响,并且根据扩展模拟结果回归了S-N曲线。对扩展模拟的试件进行了可靠度计算,从概率角度对梁的疲劳寿命进行分析。考虑到疲劳试验本身具有较大的离散性,运用蒙特卡洛法对扩展模拟的试件进行了可靠度分析,并给出可靠度-疲劳寿命曲线图,为混凝土梁的疲劳设计提供一定的参考性。
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