CFRP加固疲劳损伤钢结构的断裂力学分析

金属结构,特别是承受反复荷载作用的在役钢结构,通常存在不同程度的缺陷和疲劳损伤。在钢结构的损伤部位粘贴FRP对其疲劳损伤进行加固具有很多优势。对含中央疲劳损伤裂纹钢板粘贴CFRP加固,改善其剩余疲劳寿命进行了理论分析。基于线弹性断裂力学理论,采用有限元计算模型对裂纹前端的应力强度因子进行了计算。并根据Paris_Erdogan裂纹扩展模型,计算了加固前后疲劳损伤钢板的剩余疲劳寿命,验证了这一加固方法的有效性。     

FRP布置方式对含裂纹钢板加固后的疲劳性能影响分析

以FRP加固的含中心裂纹和单边裂纹钢板为研究对象,在等刚度加固条件下,对FRP平铺和叠加方式加固的含裂纹钢板的疲劳性能进行研究,比较两种布置方式加固的含裂纹钢板的应力强度因子和裂纹扩展寿命,并对影响因素进行参数分析。结果表明,FRP布置方式对含裂纹钢板的疲劳性能有明显影响。对于含中心裂纹钢板,两种布置方式加固后钢板的裂纹扩展寿命比值受FRP厚度和初始裂纹长度的影响较大,在文中试件参数下,叠加与平铺方式加固试件的裂纹扩展寿命比值为0.620~1.063。对于含单边裂纹钢板,叠加方式的加固效果明显好于平铺方式,并随着FRP厚度和胶层厚度的增加,叠加方式相比于平铺方式的优势更加明显,在文中试件参数下,叠加方式的裂纹扩展寿命可以达到平铺方式的3倍以上。最后,提出实际工程加固中FRP的布置建议。     

CFRP加固含混合型边裂纹钢板的疲劳性能试验研究

为研究碳纤维增强复合材料(CFRP)对含初始边裂纹钢板疲劳性能的改善效果,使用MTS试验机对未加固及CFRP材料加固后的含边裂纹钢板进行疲劳试验,比较了裂纹形式、钢板初始损伤度、CFRP粘贴面以及CFRP材料种类(CFRP布与CFRP板)对钢板疲劳寿命的影响.共设计制作了3个未加固试件、3个CFRP布双面加固试件、3个...     

碳纤维加固钢结构的疲劳寿命分析

采用断裂力学方法对CFRP加固钢结构的剩余疲劳寿命进行研究。引入考虑裂纹闭合的疲劳寿命分析模型对CFRP加固钢结构进行疲劳寿命计算,计算结果与疲劳试验结果吻合较好。实际结构承受的是随机变幅疲劳荷载,根据Miner线性累积损伤理论,将变幅疲劳荷载转化成等效应力幅下的常幅疲劳荷载,给出CFRP加固钢结构的疲劳验算建议方法。     

外贴CFRP板加固锈蚀钢板疲劳性能试验研究

为研究外贴CFRP板对锈蚀钢板疲劳性能的影响,开展16个CFRP板加固锈蚀钢板试件的疲劳拉伸试验,研究锈蚀程度、CFRP刚度、CFRP预应力度、端部锚固及疲劳应力幅对CFRP板加固锈蚀钢板疲劳破坏模式、疲劳寿命及裂纹扩展规律的影响。研究结果表明,外贴CFRP板可以显著提升锈蚀钢板疲劳寿命,对质量损失率为9.38%、13.39%、16.61%及21.24%的锈蚀钢板,端部锚固条件下双面粘贴CFRP板加固试件疲劳寿命相对于未加固试件分别提高了18.4倍、9.3倍、8.9倍及11.4倍;加固方式对疲劳加固效果影响显著,端部锚固可以有效延缓黏结界面失效,增大CFRP板加固刚度或采用预应力加固均可显著降低裂纹扩展速率。     

FRP单面加固带裂纹钢板的应力强度因子分析

对单面粘贴FRP的带裂纹钢板进行了线弹性断裂力学分析,研究了裂纹尖端的应力强度因子变化,分析结果表明,经过FRP加固后,钢板的应力强度因子显著降低;随着FRP刚度的增加,应力强度因子逐渐减小。     

岩体Ⅰ型裂纹的有限元数值模拟分析

叙述了如何运用有限元方法对KⅠ型裂纹断裂韧度测试试验进行数值模拟,并阐述了运用位移法估算裂纹强度因子的过程和方法,重在阐明使用有限元数值模拟计算岩石Ⅰ型裂纹应力强度因子的准确性和可行性。     

止裂孔复合加固单边裂纹钢板疲劳性能研究

横隔板疲劳裂纹是正交异性钢桥面板的主要疲劳失效模式,为提高传统止裂孔处的疲劳寿命,提出了将止裂孔作为预处理措施与高强螺栓、粘贴碳纤维增强复合材料(CFRP)、粘贴钢板相结合的复合加固方法.为了研究止裂孔复合加固方法的修复效果,以含单边初始裂纹的钢板为研究对象,对止裂孔加固和复合加固钢板进行了疲劳测试,对比分析了复合加固方法的失效模式、裂纹扩展规律和疲劳性能,并基于有限元分析揭示了栓接止裂孔复合加固机理.试验结果表明,粘贴CFRP和粘贴钢板由结构树脂胶剥离引起失效,栓接止裂孔失效以垫片疲劳破坏为主;复合加固有效延缓了疲劳裂纹扩展速率,疲劳寿命达到止裂孔加固的3.6～15.8倍,粘贴钢板和栓接止裂孔的加固效果优于粘贴CFRP的加固效果.综合对比来看,栓接止裂孔加固垫片先于母材破坏起到失效预警作用,并可更换高强螺栓周期性提高疲劳性能,是理想的"微损伤"加固方法.     

碳纤维板加固钢结构剩余疲劳寿命理论研究

对将要加固的钢梁剩余疲劳寿命进行计算,以线弹性断裂力学为基础,对在役钢梁已使用寿命,和对其加固后的剩余寿命计算式进行推导;并使用相关数据进行拟合和对比。结果表明,计算公式与试验结果拟合度较好,可作为碳纤维板加固钢结构剩余疲劳寿命的有效计算式。     

碳纤维增强材料(CFRP)加固钢梁的疲劳试验研究

以钢梁为研究对象,对未加固钢梁与碳纤维增强材料CFRP加固钢梁在应力幅较小的中高周疲劳试验中的不同疲劳寿命进行对比,并对疲劳试验结果进行拟合分析。结果表明,在钢梁下翼缘疲劳敏感区域粘贴CFRP可以有效提高钢梁的疲劳寿命,对于存在初始疲劳裂缝的钢梁,采用CFRP加固可以将疲劳损伤钢梁的疲劳寿命恢复到未损伤钢梁的水平。     

碳纤维布加固钢梁拼接节点的试验研究和有限元分析

通过碳纤维布加固钢梁高强螺栓拼接节点的静载试验,考察了影响加固效果的主要因素和钢梁的破坏形态。运用ANSYS有限元分析软件,建立考虑接触摩擦与预紧力的钢梁螺栓拼接节点有限元分析模型,并进行数值模拟,分析碳纤维布加固的螺栓节点对钢梁的屈服荷载和刚度的影响。有限元分析结果和试验结果均表明加固措施的有效性。     

广义有限元法对动态裂纹扩展的数值模拟

介绍了一种分析平面动态裂纹扩展的有效方法，无需网格重新划分。利用Shepard公式、可视准则、标准有限单元的形函数，构造出在裂纹处不连续的单位分解函数。利用白定义函数基，构建在覆盖上的局部逼近空间。结合这两者，可形成非连续的广义形函数，进而引入位移的不连续性，它与标准有限元法可很好衔接。利用推广的Newmark方法求解动态非线性的裂纹扩展问题；利用基于能量平衡原理的虚拟扩展区域积分方法求解动态应力强度因子，在求解该区域积分时，引入了一个新的辅助函数，改善了数值精度与稳定性。     

摩擦接触单元在粘钢有限元分析中的应用

通过采用ANSYS中摩擦接触中的面-面接触单元对粘钢加固梁和双向板进行数值模拟,得到的粘钢加固梁的界面应力分布和解析解进行对比以及粘钢加固双向板的弯矩、剪力分布和差分解进行对比,其结果均较吻合;有限元结果表明:沿粘结剂和混凝土交界面的应力与沿钢板和粘结剂交界面的应力分布并不相同。     

CFRP板加固钢筋混凝土梁的分离式有限元模型

利用有限元方法对用外粘碳纤维复合材料(CFRP)板加固的钢筋混凝土梁的受弯性能进行了分析。在分析中采用了分离式非线性有限元模型,在模型中考虑了钢筋与混凝土、CFRP板与混凝土的联结滑移对梁受弯性能的影响,并用试验验证了该模型的正确性。最后,用该模型对考虑二次受力时CFRP板加固梁受力机理进行了非线性有限元分析。     

采用损伤力学-有限元法预估钢桥梁焊接构件疲劳寿命

采用损伤力学有限元全耦合方法对钢梁焊接构件的疲劳寿命进行分析,并将分析方法嵌入大型通用有限元软件ABAQUS用户接口里,便于对工程结构疲劳损伤累积过程进行分析。分别以线性米勒准则和高周疲劳损伤演化方程为疲劳损伤演化规律,对青马大桥纵向加劲桁架整体节点进行疲劳损伤全耦合分析,计算构件焊缝处的疲劳损伤演化过程并预测其相应的寿命。     

CFRP加固焊接工字钢梁的有限元分析

碳纤维增强复合材料（CFRP）加固混凝土结构目前已经得到广泛应用,但在钢结构加固方面应用尚少。通过有限元软件ANSYS对碳纤维布和碳纤维板加固焊接工字钢梁进行变形和应力场分析,得出CFRP片材加固可增强钢梁的刚度,降低钢梁的最大应力。该分析结果可用于钢梁疲劳寿命分析。     

CFRP加固焊接钢结构的疲劳性能试验研究

由于焊缝自身的缺陷,导致大部分焊接钢结构是由于焊接接头的疲劳断裂而失效。碳纤维增强复合材料(CFRP)加固焊接钢结构应用研究较少,尤其是焊接构件加固之后的疲劳性能的试验和分析。通过试验和计算对比,定量分析对接焊Q345钢板在采用CFRP布加固前后的疲劳性能的改善,并基于BS7608标准,采用有限元软件ANSYS对CFRP布加固焊接Q345钢板进行受力分析,运用S-N曲线预估构件加固后的疲劳寿命。结果表明:CFRP布加固可有效增大焊接钢构件的疲劳寿命;合理修正S-N曲线后,可较准确的预估构件加固后的疲劳寿命。此次研究得到了较准确的结果,对焊接钢构件采用CFRP布加固后疲劳寿命的设计有参考意义。     

粘贴钢板加固RC梁非线性有限元数值模拟

提出了外粘钢板加固受弯钢筋混凝土梁的非线性有限元模型,该模型采用了一种特殊的、具有剥离破坏功能的界面单元来模拟混凝土和外粘钢板之间的粘结层,影响这种剥离破坏的主要因素是板的厚度.由于传统的梁理论不能描述这种加固梁剥离破坏,因此,采用有限元方法能全面地、整体地描述这种加固梁的各种破坏模式.数值计算结果与各种厚度的钢板加固梁试验结果相吻合.