预应力FRP加固开裂RC构件的界面裂纹扩展规律及疲劳寿命研究

At present, the study on the technology of applying prestressed fiber reinforced polymer (FRP) to strengthen rapidly the damaged reinforced concrete (RC) members is one of the advanced research topics in civil engineering. It is worth noting that the fatigue performance of FRP-concrete interface is the key issue of this technology, which need to be ascertained. In this project, the propagation behavior of fatiuge interface cracks and the fatigue lives of the cracked RC members strengthened with prestressed FRP laminates are studied. Taking into account the mutual effects of the main crack and the interface crack, a calculation method of the stress intensity factor for the interface crack is proposed based on the establishment of a coupling model between the two types of cracks. The test method to monitor the initiation and the propagation of the fatigue interface crack is investigated. Combining the theoretical and experimental studies, the threshold values of the initiation and expansion of the fatigue interface crack are determined. The expression of crack growth rate is developed by establishing the propagation model of the interface crack, and the evolutions of FRP and steel bars stresses with the crack propagation are discussed.Then,a new prediction method of the fatigue lives for the strengthened RC members is proposed. The results from this project would provide some theoretical basis and experimental data for formulating the codes of the design and construction of the strengthened RC members with prestressed FRP. Expected achievements have important scientific significance and wide application prospects.

采用预应力纤维增强复合材料(FRP)对带损伤钢筋混凝土(RC) 构件进行快速修复补强是国内外土木工程加固领域关注的热点，FRP-混凝土界面的疲劳性能是该类加固技术亟待探明的关键问题。本项目探讨在疲劳荷载作用下预应力FRP片材加固开裂RC构件的界面裂纹扩展规律，以及加固件的疲劳寿命预测方法。建立预应力FRP加固件混凝土主裂纹与界面裂纹的桥联模型，提出计及两类裂纹相互干涉界面裂纹问题的应力强度因子的计算方法；提出界面疲劳裂纹萌生的判别方法及界面裂纹扩展的测试方法，确定界面疲劳裂纹形成及扩展的门槛值；建立界面裂纹的疲劳扩展分析模型，提出其扩展速率的表达式，探明FRP预应力及钢筋应力随疲劳裂纹扩展的演化规律；提出预应力FRP加固开裂RC构件疲劳寿命的预测方法。本项目的完成，为制定预应力FRP加固带缺陷混凝土构件的设计和施工规范提供理论依据和实验数据。预期成果既有重要的科学意义，又有广阔的应用前景。

采用预应力纤维增强复合材料(FRP)对带损伤钢筋混凝土(RC)构件进行快速修复补强是国内外土木工程加固领域关注的热点。FRP-混凝土界面的力学性能，特别是疲劳性能是该类加固技术亟待探明的关键问题。本项目提出了预应力FRP加固RC受弯构件的简易新方法，并获得了中国发明专利授权；考虑加固后弯曲裂纹与界面裂纹的耦合作用，建立了FRP 加固件中混凝土主裂纹与界面裂纹的桥联模型，基于断裂力学理论，提出了计及两类裂纹相互干涉FRP-混凝土界面应力尖端的能量释放率的计算公式；基于弯曲裂纹与界面裂纹耦合作用FRP-混凝土界面裂纹尖端的能量释放率，以界面断裂能作为剥离判据，提出了一种既考虑了加固件弯剪内力的影响，又能直接计算中部界面剥离承载力的预测模型，并利用实验数据对其进行了验证；通过实施了四点弯曲加载试验，探讨了不同加固方法、不同损伤程度及不同FRP厚度等因子对FRP加固损伤开裂RC梁承载力的影响，提出了FRP加固带损伤受弯RC构件的优化方法；基于四点弯曲的常幅疲劳试验，探讨了FRP-混凝土界面裂纹扩展规律，给出了裂纹扩展长度与疲劳循环次数的关系曲线；针对混凝土压碎、钢筋断裂和界面断裂三种不同破坏模式，提出预应力 FRP 加固混凝土疲劳寿命的预测方法。.项目负责人依托本项目以第一发明人身份获得中国发明专利授权1项和实用新型专利1项、申请发明专利1项；以第一作者发表学术论文5篇、通迅作者1篇（Online)，其中4篇在SCI收录期刊(包含Online)、1篇被EI收录、1篇为中文核心；获得广东省科学技术二等奖1项。项目参与人依托本项目获得实用新型专利2项，发表中文核心学术论文1篇。人才培养方面，1 人成为2014年广东省高等学校优秀青年教师，在读硕士研究生3 人。.本项目组较好的完成了拟定的研究计划，本项目的完成为制定预应力 FRP 加固带损伤RC受弯构件的设计和施工规范提供了部分理论依据和实验数据。预期成果既有重要的科学意义，又有广阔的应用前景。

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