利用CFRP加固吊车钢梁抗疲劳性能的有限元分析

目的对利用碳纤维增强塑料(CFRP)加固吊车钢梁的抗疲劳性能进行数值分析和评估疲劳寿命.方法采用有限元分析(FEM)与实验验证相结合的方法.利用"实体-膜"模型,详细研究采用CFRP加固吊车钢梁前后,以及在采用不同CFRP粘贴层数情况下,其疲劳性能产生的变化;通过FEM分析与实验结果之间的比较,对其抗疲劳性能及剩余寿命进行评估.结果吊车钢梁粘贴CFRP材料可以提高其疲劳性能;吊车钢梁的疲劳性能提高幅度与CFRP材料的厚度、弹性模量以及粘贴的层数等因素有关,吊车梁的疲劳寿命随加固CFRP层数的增加而增大.FEM分析结果与实验结果相吻合.结论利用有限元方法可以有效分析利用CFRP加固的吊车钢梁的抗疲劳性能.     

碳纤维布加固的钢筋砼吊车梁的抗弯疲劳性能

为研究碳纤维布(CFRP)对加固后钢筋混凝土梁的抗弯疲劳性能的影响,进行了三根CFRP加固梁及一根对比梁的抗弯疲劳试验。研究了碳纤维布加固方式、构件使用荷载等参数对碳纤维布加固钢筋混凝土吊车梁抗弯疲劳性能的影响。试验研究表明:采用碳纤维布加固后,构件裂缝的宽度减小了50.2%~66%,发展速度也得到控制,钢筋应力减小24.1%~28.2%,构件的刚度提高14.9%~16.1%。依据试验结果,从现有规范中关于构件刚度计算以及寿命分析的方法出发,进行了CFRP加固钢筋混凝土吊车梁的疲劳刚度、寿命的计算分析,理论分析结果表明,用这种方法计算得到的结果可以满足工程上对精度的要求。最后以试验结果为基础,对CFRP加固梁的疲劳设计提出了合理化建议。     

碳纤维布加固损伤混凝土梁的疲劳性能试验

完成了粘贴碳纤维布加固在役损伤混凝土梁的疲劳试验。试验结果表明：损伤混凝土梁粘贴碳纤维布加固后的疲劳寿命可提高45％～60％，疲劳变形减少了25％～35％，梁的疲劳抗裂性能得到较大提高。因此，粘贴碳纤维布可以较大提高损伤混凝土梁的疲劳性能，延长损伤混凝土结构的使用寿命，为碳纤维布加固混凝土结构的长期疲劳性能研究提供了试验依据。     

碳纤维复合材料（CFRP）粘贴层数对开孔钢板的疲劳寿命影响的试验研究

摘 要:疲劳损伤是钢结构失效的重要原因,传统的修复加固钢结构的方法包括钢板焊接、铆接,螺栓连接等,这些加固方法容易产生应力集中现象。CFRP具有比强度和比刚度高的特点,在加固钢结构方面效果良好。通过对3组粘贴有不同层数CFRP的开孔钢板进行疲劳实验,描述了不同类型钢板的破坏形态,并绘制了疲劳寿命曲线和变形曲线,比较了三组钢板在疲劳寿命,裂纹扩展情况,断裂时碳纤维布与钢板之间的协同工作情况的差异和共性。研究结果表明,粘贴碳纤维能够提高钢板的屈服荷载,弥补钢板表面缺陷,减缓钢板疲劳裂纹的扩展速率,增加钢板的延性,从而有效地提高钢板的疲劳寿命,并且随着粘贴层数的增加,疲劳寿命提高效果明显,发现粘贴一层碳纤维布使其平均疲劳寿命提高4.7%,粘贴三层碳纤维布,其疲劳寿命提高77.80%。粘贴碳纤维布能够有效地缩小不同应力作用下钢板变形能力之间的差异,CFRP层数越多,这种差异就越小。同时,CFRP的粘贴层数越多,钢板破坏时的极限变形越大,粘贴三层碳纤维布的钢板的极限变形在0.9mm以上。     

碳纤维复合材料(CFRP)粘贴层数对开孔钢板疲劳寿命影响的试验研究

疲劳损伤是钢结构失效的重要原因,传统的修复加固钢结构的方法包括钢板焊接、铆接、螺栓连接等,这些加固方法容易产生应力集中现象。碳纤维复合材料(CFRP)具有比强度和比刚度高的特点,在加固钢结构方面效果良好。通过对3组粘贴有不同层数CFRP的开孔钢板进行疲劳试验,描述不同类型钢板的破坏形态,并绘制疲劳寿命曲线和变形曲线,比较3组钢板在疲劳寿命、裂纹扩展情况、断裂时碳纤维布与钢板之间的协同工作情况的差异和共性。研究结果表明:粘贴碳纤维能够提高钢板的屈服荷载,弥补钢板表面缺陷,减缓钢板疲劳裂纹的扩展速率,增加钢板的延性,从而有效地提高钢板的疲劳寿命;随着粘贴层数的增加,疲劳寿命提高效果明显,发现粘贴1层碳纤维布使其平均疲劳寿命提高4.7%,粘贴3层碳纤维布,其疲劳寿命提高77.80%;粘贴碳纤维布能够有效地缩小不同应力作用下钢板变形能力之间的差异,CFRP层数越多,这种差异就越小;同时,CFRP的粘贴层数越多,钢板破坏时的极限变形越大,粘贴3层碳纤维布的钢板极限变形在0.9 mm以上。     

碳纤维布加固损伤混凝土梁的抗剪疲劳试验

对钢筋混凝土受剪梁疲劳损伤后进行了粘贴U型碳纤维布加固钢筋混凝土损伤梁的疲劳试验。试验结果表明：钢筋混凝土梁粘贴U型碳纤维布后箍筋应变减小了20％～40％，斜裂缝宽度减小了34％～39％，且碳纤维布用量越大效果越明显。因此，粘贴碳纤维布可以较大提高损伤混凝土梁的抗剪疲劳性能，延长损伤混凝土结构的使用寿命。     

无机胶粘贴CFRP布加固梁火灾后受力性能试验

目前粘贴碳纤维(CFRP)布加固混凝土结构多采用环氧类有机胶,但其软化温度过低,多为60～80℃,用环氧类有机胶粘贴CFRP布加固混凝土结构难以满足耐高温要求.为此,研发了600℃时强度不低于常温强度的无机胶,并用其粘贴CFRP布加固混凝土梁.对4根已进行过火灾下耐火性能试验的加固梁进行火灾后受力性能试验,描述加固梁火灾后受力破坏过程,获得了火灾后受弯承载力试验值和荷载-跨中位移变形曲线,进行了受弯承载力分析,提出正截面承载力计算公式和构件刚度计算方法.试验与分析表明,当CFRP布历经的温度高于300℃时,CFRP布的强度不能充分利用,加固性能有所下降.相关公式计算值与试验结果吻合较好,可用于该类加固梁火灾后正截面承载力和构件刚度的计算.     

预应力碳纤维板加固钢筋混凝土梁试验研究

通过研制的一套张拉锚固设备对碳纤维板施加预应力后加固试验梁对其进行抗弯静载试验.试验表明未施加预应力CFRP板梁开裂荷载没有影响,而预应力CFRP板加固梁的开裂荷载有明显提高,可以延缓梁的开裂;所有加固梁的屈服荷载、极限荷载都有所提高,同时增加了构件的刚度;试验时粘贴CFRP板加固梁超过了CFRP板极限抗拉强度的25%,而预应力CFRP板加固梁接近粘贴CFRP板的二倍,充分发挥了材料的强度;试验所用的锚具在梁加载过程中没有出现滑移,锚固效果良好.     

预应力CFRP布三种粘贴方式对RC梁受弯性能的影响

为研究不同加固方式对梁受弯性能的效果,以节约加固成本,采用单元"生死"技术对预应力CFRP布加固钢筋混凝土梁进行了有限元模拟,并与试验结果做了比较,结果表明计算值和试验值吻合较好.在此基础上,分别设计了三种不同粘贴方式的预应力碳纤维布钢筋混凝土梁.第一种粘贴方式是预应力碳纤维布梁底全部粘贴;第二种粘贴方式是预应力碳纤维布梁底跨中粘贴;第三种粘贴方式是预应力碳纤维布梁底跨中部分粘贴.对三种不同粘贴方式下的预应力CFRP布加固钢筋混凝土梁进行模拟计算,对比分析三种不同预应力CFRP布粘贴方式对钢筋混凝土梁受弯性能的影响.研究结果表明:同等条件下,采用第二种加固方案效果最佳.     

碳纤维加固T梁抗弯承载力的非线性分析

利用碳纤维加固钢筋混凝土构件以提高承载能力及延长寿命是目前比较流行的方法。对粘贴碳纤维抗弯加固的钢筋混凝土梁碳纤维的面积进行计算。采用有限元软件ANSYS对FRP布加固混凝土梁结构进行建模、计算、分析,并与试验结果进行比较。分析结果表明有限元非线性分析方法可以较好地预测碳纤维布加固混凝土梁的抗弯受力性能。     

Fatigue properties of special kind of reinforced concrete composite beams

The special reinforced concrete composite beam consists of a steel fiber reinforced self-stressing concrete composite layer and a reinforced concrete T-beam, and constructional bars are set up at their bonding interface. Fatigue properties of the composite beam under the action of negative moment were experimentally studied. Through inverted loading mode the load-bearing state of a composite beam was simulated under the action of negative moment. With the ratios of constructional bars being 0, 0.082% and 0.164% respectively as parameters, the effects of constructional bars on the properties of composite beam, such as fatigue life, crack propagation, rigidity loss as well as damage behavior of bonding interface, were studied. The mechanism of the constructional bars on the fatigue properties of the composite beams and the restriction mechanism of crack widths and rigidity loss were analyzed. The test results show that the constructional bars can enhance the shear resistance of the bonding interface between composite layer and old concrete beam and restrict expanding of steel fiber reinforced self-stressing concrete, which are beneficial to synergistic action of composite layer and old concrete beam, to reducing the stress amplitude of bars and the crack width of composite layer, and to increasing the durability and fatigue life of the composite beam.     

高温后钢骨再生混凝土柱的加固疲劳行为

针对大量建筑物在火灾中损坏急需修复,对高温（500º）后钢骨再生混凝土柱进行了纤维复合材料（CFRP）加固前后的静力轴压试验和加固后的疲劳实验,通过对破坏模式、承载力、荷载-位移曲线和荷载-应变曲线进行分析,结果表明：CFRP能有效提高高温后钢骨再生混凝土柱抗压强度,刚度和延性,承载力提高幅度最高可达141%;当再生混凝土取代率为50%时,CFRP加固短柱取得最大承载力;加固试件破坏形式为CFRP拉断、内部混凝土压碎以及钢骨上部屈曲,未加固试件的破坏形式为钢骨上部屈曲,外部混凝土剥落;加固后的钢骨再生混凝土柱305RF能够在上限为50%承载力的荷载下经过200W次疲劳试验,200W次后试件最大竖向位移接近相同试件静力破坏时对应位移。     

钢纤维部分增强高强混凝土梁疲劳性能的试验研究

通过1根普通高强混凝土梁和3根钢纤维高强混凝土梁的疲劳试验,分析了疲劳荷载作用下钢纤维部分增强高强混凝土梁跨中挠度及裂缝宽度随循环次数增加的变化规律,探讨了钢纤维掺入层厚对钢纤维高强混凝土梁跨中挠度及裂缝宽度的影响.结果表明,在高强混凝土梁中部分掺加钢纤维能够有效地控制梁的刚度及限制裂缝的发展,疲劳抗裂性能及变形性能随着钢纤维混凝土层厚的增加而提高.     

带裂纹钢吊车梁剩余疲劳寿命的分析与估算

本文论述了承认初始缺陷的断裂力学理论,针对工业厂房的重级工作制钢吊车梁,引入线弹性断裂力学理论对带裂缝钢吊车梁剩余疲劳寿命进行评估,将评估公式中具有很大不确定性的参数看作是服从一定概率分布的统计量,从而使估算出的疲劳寿命更接近实际情况．通过实例验证,采用概率断裂力学方法,能够对钢吊车梁剩余疲劳寿命做出合理的预测．     

钢丝绳的拉伸疲劳性能

介绍了钢丝绳位伸疲劳试验的有关技术问题及研究成果,设计成功的钢丝绳与试验机联接的专用锚具、优化出的一套试验室条件下的绳头浇铸工艺,可应用于相关研究工作;研究得到的Ｓ－Ｎ曲线族及其曲线方程Ｇｏｏｄｍａｎ－Ｓｍｉｔｈ图和疲劳强度计算经验公式、钢丝绳的拉伸疲劳性能和疲劳破坏规律、从宏、微观两个对钢丝绳疲劳进行的初步研究等等,对钢丝绳结构工程设计人员具有一定的参考价值。     

Ultra-high cycle fatigue behavior of high strength steel with carbide-free bainite/martensite complex microstructure

The ultra-high cycle fatigue behavior of a novel high strength steel with carbide-free bainite/martensite (CFB/M) complex microstructure was studied. The ultra-high cycle fatigue properties were measured by ultrasonic fatigue testing equipment at a fre-quency of 20 kHz. It is found that there is no horizontal part in the S-N curve and fatigue fracture occurs when the life of specimens exceeds 107 cycles. In addition, the origination of fatigue cracks tends to transfer from the surface to interior of specimens as the fa-tigue cycle exceeds 107 , and the fatigue crack originations of many specimens are not induced by inclusions, but by some kind of "soft structure". It is shown that the studied high strength steel performs good ultra-high cycle fatigue properties. The ultra-high fa-tigue mechanism was discussed and it is suggested that specific CFB/M complex microstrueture of the studied steel contributes to itssuperior properties.     

已腐蚀钢筋混凝土梁的疲劳特性

为了预测在役混凝土梁的剩余寿命及选择合适的加固方法,在总结近年来国内外有关腐蚀混凝土梁疲劳特性研究成果的基础上,分析了影响腐蚀梁疲劳寿命的主要因素.研究表明,环境越恶劣,混凝土梁疲劳寿命越小;即使钢筋轻微腐蚀,梁的疲劳寿命下降也很明显;采用FRP加固已腐蚀梁是提高其疲劳寿命的有效方法.