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采用碳纤维增强复合材料（CFRP）加固钢筋混凝土（RC）构件的疲劳性能和耐久性是国内外土木工程领域的一个前沿课题。预应力CFRP加固RC结构技术可以充分发挥CFRP的轻质高强特性，有效延缓加固构件的开裂，限制裂缝的形成和扩展,减小裂缝的宽度，改善构件的应力分布，近年来已得到越来越多的工程应用。然而，相对于工程应用，有关预应力CFRP加固RC结构件的疲劳性能及耐久性的理论研究却相当滞后。因此，开展预应力CFRP加固RC构件疲劳性能的理论研究，具有重要的科学意义和工程应用价值。本文采用先张法对本课题组研发的新型FRP片材——碳纤维薄板（CFL）施加预应力，并以预应力CFL加固RC梁为研究对象，对其疲劳性能进行了理论分析和实验研究。本文的主要研究内容和结论如下：1）通过自行研发锚夹具和张拉台，采用先张法对碳纤维薄板（CFL）分别施加预应力水平为15%和22%的预应力，并对预应力CFL加固钢筋混凝土（RC）梁的预应力损失进行了实验研究和理论分析。将该类预应力损失分为三部分：CFL与锚具间的滑移引起的预应力损失、混凝土弹性压缩变形引起的预应力损失和CFL的应力松弛而造成的预应力损失。在对测试结果进行分析的基础上，分别提出了上述三部分预应力损失的计算公式，为探明FRP加固RC结构中的预应力损失规律奠定了良好基础。2）通过预应力CFL加固RC梁的三点弯曲疲劳实验，探讨了加固梁的疲劳破坏机理、疲劳主裂纹的扩展规律，获得了循环载荷作用下加固梁的S～N曲线。疲劳实验研究结果表明，预应力CFL加固RC梁比无预应力加固梁的疲劳寿命要提高很多，而且CFL的预应力水平越高加固梁的疲劳寿命提高得越多。通过理论分析及对实验数据的分析，提出了在外力与预应力共同作用下CFL加固RC梁抗弯疲劳寿命的半经验公式。利用该公式，可方便地预测给定预应力水平及载荷条件下加固梁的疲劳极限。3）对预应力CFL加固RC梁的疲劳主裂纹扩展规律进行了理论和实验研究。理论推导了预应力CFL加固RC梁的Ⅰ型裂纹的应力强度因子的计算式，并对计算式的有效性进行了分析；根据疲劳主裂纹扩展实验结果，探讨了疲劳主裂纹的扩展规律；应用本文推导的应力强度因子公式以及裂纹扩展实验数据，提出了与Paris公式形式相同的预应力CFL加固RC梁的疲劳主裂纹在第二扩展阶段的裂纹扩展速率的半经验公式。利用该公式，可方便地、较准确地预测该类加固构件的疲劳寿命。4）对疲劳载荷下预应力CFL加固RC梁的动态刚度演化规律进行了理论分析和实验研究，提出了加固梁动态刚度的半经验计算公式，并以动态刚度为参量，建立了加固梁的疲劳寿命预测模型。研究结果表明，在本研究的预应力水平范围内，预应力CFL加固RC梁发生疲劳破坏时的损伤量D约为0.70；利用该预测模型推算的预应力CFL加固RC梁的疲劳寿命与实验数据比较吻合，这表明利用相对动态刚度来建立加固梁疲劳寿命的预测模型是有效和可行的。