智能CFRP加固鋼筋混凝土梁安全測評及模糊隨機可靠度研究.pdf

1、大型鋼筋混凝土工程結(jié)構(gòu)（如大壩、高層建筑等）使用期長，必然產(chǎn)生損傷積累和抗力衰減。一旦發(fā)生災(zāi)害事故，損失驚人，社會影響重大。對這類結(jié)構(gòu)必須實時進行無損安全測評，適時進行高效加固修復(fù)。本研究將碳纖維復(fù)合材料（CFRP）與布拉格光柵光纖傳感器（FBG）融合制成智能碳纖維復(fù)合材料，用其加固修復(fù)大型結(jié)構(gòu)，既實現(xiàn)了材料性能集成—結(jié)構(gòu)材料功能化智能化，又滿足了無損檢測要求。集先進加固修復(fù)技術(shù)與實時安全測評雙重功能于一體，是實現(xiàn)重大設(shè)施可靠性安全性的

2、重要保障。
　　本文主要研究內(nèi)容包括以下幾方面：
　　智能碳纖維復(fù)合材料工程應(yīng)用基礎(chǔ)試驗研究：將布拉格光柵光纖傳感器（FBG）固化于碳纖維復(fù)合材料（CFRP）中制成智能碳纖維復(fù)合材料。通過實驗討論埋入光纖與碳纖維復(fù)合材料的相容性，即光纖直徑、涂層、排布方向及光纖埋入體積對CFRP力學(xué)性能的影響，CFRP對埋入光纖光導(dǎo)損耗的影響。建立監(jiān)測對象實際應(yīng)變與光纖傳感器應(yīng)變層間界面應(yīng)變傳遞的統(tǒng)一模型，并推導(dǎo)其界面層應(yīng)變傳遞統(tǒng)一公式，用

3、于光纖應(yīng)變傳感的誤差修正。根據(jù)FBG光纖傳感器波長和應(yīng)變傳遞關(guān)系，通過實驗對FBG光柵光纖的傳感特性進行驗證。
　　制備9根RC試驗梁，將FBG傳感器與電阻應(yīng)變片同時預(yù)置于實驗梁內(nèi)（受拉鋼筋、壓區(qū)混凝土及碳纖維復(fù)合材料中）。試驗梁通過彎曲破壞試驗比較布拉格光柵傳感器與電阻應(yīng)變片的測試結(jié)果。
　　針對CFRP加固鋼筋混凝土（RC）梁發(fā)生正截面破壞和粘結(jié)剝離破壞工況，在試驗基礎(chǔ)上，得到不同破壞模式的承載力計算及實際應(yīng)用修正方法，

4、實驗結(jié)果表明CFRP加固RC梁理論設(shè)計極限承載力經(jīng)過修正后，與實際破壞荷載相比誤差可控制在5％左右。完成CFRP加固RC梁CFRP加固截面積的優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)CFRP加固梁最小的情況下，加固RC梁極限承載力最大，同時該理論的限制條件也避免了RC梁發(fā)生早期破壞和非理想破壞。
　　根據(jù)布拉格光柵傳感原理、鋼筋混凝土理論和ANSYS有限元軟件提出和編制了CFRP加固RC梁荷載效應(yīng)實時測評理論和數(shù)值模擬程序。根據(jù)置入CFRP中FBG傳感器實

5、時監(jiān)測到的光信號（波長）值，計算出RC梁諸項荷載效應(yīng)（荷載、撓度、受拉鋼筋和壓區(qū)混凝土應(yīng)變等）實時理論計算值和數(shù)值模擬值。因此，從已加固的CFRP中實時監(jiān)測的應(yīng)變值即可得到RC梁諸項荷載效應(yīng)是否超出梁的結(jié)構(gòu)抗力，即測評安全程度。集先進加固與安全測評等于一體，不僅使加固材料智能化，而且滿足了無損檢測要求。
　　根據(jù)結(jié)構(gòu)可靠度理論，建立CFRP加固RC梁抗彎功能函數(shù)極限狀態(tài)方程，通過16根CFRP加固RC梁的靜載破壞實驗，確定功能函數(shù)