疲勞損傷是鋼結(jié)構(gòu)失效的重要原因,現(xiàn)有的補強及止裂方法存在各自的缺點,而碳纖維復合CFRP)材料輕質(zhì)高強,疲勞性能好,采CFRP材料補強能夠避免打孔、焊接等過程,具有其他方法所不能比擬的優(yōu)點。通過對國內(nèi)外關(guān)于CFRP材料改善鋼結(jié)構(gòu)疲勞性能的試驗研究、數(shù)值模擬、參數(shù)分析等方面的研究現(xiàn)狀及其成果的總結(jié)分析,表明CFRP材料對鋼結(jié)構(gòu)疲勞性能有明顯的改善作用。已有的試驗研究主要集中在梁式試件、板式試件和部分焊接接頭三類試件;數(shù)值模擬基于斷裂力學理論展開,采用有限元和邊界元兩種方法。但由于研究對象缺乏普遍性,分析方法存在重要假定,有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)焊接接頭疲勞性能補強方面的研究有待進一步加強,以便指導工程之用。
建筑業(yè)研究和信息協(xié)會(nstruction Industry Research and Information Association, CIRIAC)報告指出,世界范圍內(nèi)有大量建于19世紀末20世紀初的金屬結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)施,包括工業(yè)建筑、橋梁、高架橋、地鐵等。隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展,鋼結(jié)構(gòu)和鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)應用于橋梁和房屋建筑物也越來越普及。這些建筑結(jié)構(gòu)在使用過程中由于荷載和外界因素的作用會產(chǎn)生各種損傷,如焊接鋼橋的疲勞裂紋、環(huán)境腐蝕等,從而影響其使用功能,甚至造成災難性的事故,如韓國圣水大橋事故、美國威斯康星州Hoan大橋斷裂事故。事故調(diào)查表明,疲勞損傷累積是裂紋出現(xiàn)和發(fā)展的主要原因,進而造成大橋的突然斷裂。
工程師們采取各種補強方法,如焊接修補、螺栓連接、粘鋼法以及新近出現(xiàn)的粘貼碳纖維復合材料Carbon Fibre Reinforced Polymer CFRP)法對疲勞損傷的結(jié)構(gòu)進行補強。傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)補強方法多為通過螺栓或焊接額外增加鋼板,有以下缺點:所需勞動力大,時間長;需要額外鉆子L或增加連接板,在施工過程中,需要支撐鋼板;存在板端部焊縫疲勞破壞的可能;重量增加而導致構(gòu)件承載力不足
或變形增大;鉆孑L導致構(gòu)件截面削弱,產(chǎn)生新的應力集中等;對現(xiàn)場設(shè)備要求較高,不便于施工。
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