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碳纤维复合材料能明显改善钢结构疲劳

2017-09-04  /  浏览:1231次

疲劳损伤是钢结构失效的重要原因,现有的补强及止裂方法存在各自的缺点,而碳纤维复合材料轻质高强,疲劳性能好,采CFRP材料补强能够避免打孔、焊接等过程,具有其他方法所不能比拟的优点。通过对国内外关于CFRP材料改善钢结构疲劳性能的试验研究、数值模拟、参数分析等方面的研究现状及其成果的总结分析,表明CFRP材料对钢结构疲劳性能有明显的改善作用。已有的试验研究主要集中在梁式试件、板式试件和部分焊接接头三类试件;数值模拟基于断裂力学理论展开,采用有限元和边界元两种方法。但由于研究对象缺乏普遍性,分析方法存在重要假定,有关钢结构焊接接头疲劳性能补强方面的研究有待进一步加强,以便指导工程之用。


建筑业研究和信息协会(nstruction Industry Research and Information Association, CIRIAC)报告指出,世界范围内有大量建于19世纪末20世纪初的金属结构基础设施,包括工业建筑、桥梁、高架桥、地铁等。随着我国经济的不断发展,钢结构和钢一混凝土组合结构应用于桥梁和房屋建筑物也越来越普及。这些建筑结构在使用过程中由于荷载和外界因素的作用会产生各种损伤,如焊接钢桥的疲劳裂纹、环境腐蚀等,从而影响其使用功能,甚至造成灾难性的事故,如韩国圣水大桥事故、美国威斯康星州Hoan大桥断裂事故。事故调查表明,疲劳损伤累积是裂纹出现和发展的主要原因,进而造成大桥的突然断裂。


工程师们采取各种补强方法,如焊接修补、螺栓连接、粘钢法以及新近出现的粘贴碳纤维复合材料Carbon Fibre Reinforced Polymer CFRP)法对疲劳损伤的结构进行补强。传统钢结构补强方法多为通过螺栓或焊接额外增加钢板,有以下缺点:所需劳动力大,时间长;需要额外钻子L或增加连接板,在施工过程中,需要支撑钢板;存在板端部焊缝疲劳破坏的可能;重量增加而导致构件承载力不足或变形增大;钻孑L导致构件截面削弱,产生新的应力集中等;对现场设备要求较高,不便于施工。



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