cfrp粘貼層數(shù)對(duì)開(kāi)孔鋼板的疲勞壽命影響的試驗(yàn)研究

1、1CFRP粘貼層數(shù)對(duì)開(kāi)孔鋼板的疲勞壽命影響的試驗(yàn)研究李?，q1，，王志宇1，張寧2（四川大學(xué)，建筑與環(huán)境學(xué)院，四川成都610065）摘要:疲勞損傷是鋼結(jié)構(gòu)失效的重要原因，傳統(tǒng)的修復(fù)加固鋼結(jié)構(gòu)的方法包括鋼板焊接、鉚接，螺栓連接等，這些加固方法容易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。CFRP具有比強(qiáng)度和比剛度高的特點(diǎn)，在加固鋼結(jié)構(gòu)方面效果良好。通過(guò)對(duì)3組粘貼有不同層數(shù)CFRP的開(kāi)孔鋼板進(jìn)行疲勞實(shí)驗(yàn)，描述了不同類型鋼板的破壞形態(tài)，并繪制了疲勞壽命曲線和變形曲線比

2、較了三組鋼板在疲勞壽命，裂紋擴(kuò)展情況，斷裂時(shí)碳纖維布與鋼板之間的協(xié)同工作情況的差異和共性。研究結(jié)果表明，粘貼碳纖維能夠提高鋼板的屈服荷載，彌補(bǔ)鋼板表面缺陷，減緩鋼板疲勞裂紋的擴(kuò)展速率，增加鋼板的延性，從而有效地提高鋼板的疲勞壽命，并且隨著粘貼層數(shù)的增加，疲勞壽命提高效果明顯，發(fā)現(xiàn)粘貼一層碳纖維布使其平均疲勞壽命提高4.7%，粘貼三層碳纖維布，其疲勞壽命提高77.80%。粘貼碳纖維布能夠有效地縮小不同應(yīng)力作用下鋼板變形能力之間的差異，CF

3、RP層數(shù)越多，這種差異就越小。同時(shí)，CFRP的粘貼層數(shù)越多，鋼板破壞時(shí)的極限變形越大，粘貼三層碳纖維布的鋼板的極限變形在0.9mm以上。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：開(kāi)孔鋼板疲勞壽命曲線CFRP疲勞變形曲線中圖分類號(hào)：中圖分類號(hào)：TU39TU39文獻(xiàn)標(biāo)志碼：文獻(xiàn)標(biāo)志碼：AExperimentalstudyontheInfluenceoftheNumberofCFRPLayersontheFatigueLifeofOpenholeSteelPlates

4、LILihui1WangZhiyu1ZhangNing2(CollegeofArchitectureEnvironment，SichuanUniv.，Chengdu610065，China)Abstract:Fatiguedamageisthemaincauseofdeficiencyofsteelstructures.Traditionalsteelstructurestrengtheningmethodsincludesteelpl

5、ateweldingrivetconnectingboltingsoonthesemethodstendtocausestressconcentration.CFRPhashighstrengthrigidityCFRPstrengtheninghasuniqueadvantageofstrengtheningsteelstructureincontrasttothetraditionalretrofitmethods.Throughf

6、atiguetestsonthreegroupsofopenholesteelplateswithCFRPstrengtheningfatiguefailuremodearedescribedrelatedfatiguelifedefmationcurvesareanalyzed.Similaritiesdifferencesarecomparedinfatiguelifecrackgrowthcooperativewkingcondi

7、tionbetweenthreegroupsofsteelplatesCFRP.IthasbeenfoundthattheyieldingloadoftherepairedspecimensincreasedobviouslytheflawsonthesurfaceofsteelplatecanberepairedcrackpropagationspeedcanbeslowedwiththeuseofCFRPstrengthening.

8、Theductilityfatiguelifecanalsobeincreased.WiththeincreaseofthenumberofCFRPlayersthefatiguelifecanbeimprovedby4.7%77.8%withonelayerCFRPthreelayerCFRP.Theresultsshowthatthecarbonfibersheetsreducethedifferencebetweenthedefm

9、abilityofthesteelplateunderdifferentstresseffectively.ThedifferencedecreaseswhentheCFRPincreases.ObservationshowsthatthemeCFRPstickuplayerthesteelplatehasthebiggeritslimitdefmationagainstbrokenis.Thelimitdefmationtosteel

10、platewiththreelayercarbonfibersheetisabove0.9mm.KeyWds:openholesteelplatefatiguelifecurveCFRPfatiguedefmationcurve近年來(lái)，隨著纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的迅速發(fā)展，碳纖維布增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）在航天航空領(lǐng)域3如螺栓連接需要在鋼結(jié)構(gòu)上鉆孔，減少了結(jié)構(gòu)的凈截面面積，并且會(huì)在孔洞邊緣形成新的應(yīng)力集中區(qū)，所以有必要研究對(duì)開(kāi)孔鋼板的疲勞加固

11、[1516]，結(jié)合CFRP在修補(bǔ)時(shí)沒(méi)有應(yīng)力集中現(xiàn)象，施工方便，適宜來(lái)修補(bǔ)開(kāi)孔鋼板。而利用CFRP補(bǔ)強(qiáng)片來(lái)修補(bǔ)開(kāi)孔鋼板的研究還不足，所以本文利用CFRP來(lái)加固和修復(fù)開(kāi)孔受拉鋼板，以提高其疲勞壽命。本文首先介紹了試驗(yàn)材料和試件的設(shè)計(jì)和制作，接著根據(jù)鋼板疲勞實(shí)驗(yàn)和CFRP靜力拉伸實(shí)驗(yàn)得出總結(jié)出試件的破壞規(guī)律，最后通過(guò)測(cè)得的數(shù)據(jù)繪制鋼板的疲勞曲線和變形曲線，確定CFRP加固修復(fù)開(kāi)孔鋼板的效果，得出相關(guān)結(jié)論。1實(shí)驗(yàn)設(shè)備與實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)設(shè)備與實(shí)驗(yàn)方法

12、1.11.1試驗(yàn)材料試驗(yàn)材料試驗(yàn)所用材料的成分性能如表14表1鋼的化學(xué)成分鋼的化學(xué)成分Tab.1ChemicalcompositionofQ345steel元素ω（C）%ω（Si）%ω（Mn）%規(guī)格0.170.251.15元素ω（P）%ω（S）%ω（Fe）%規(guī)格0.0150.01498.401表2鋼板的力學(xué)性能鋼板的力學(xué)性能Tab.2MechanicalpropertiesofQ345steel型號(hào)屈服強(qiáng)度σMPa抗拉強(qiáng)度σMPa彈性模

13、量EGPaQ345388553205表3Sikadur330結(jié)構(gòu)粘貼膠力學(xué)性能結(jié)構(gòu)粘貼膠力學(xué)性能Tab.3MechanicalpropertiesofSikadur330型號(hào)密度ρ(kgL)抗拉強(qiáng)度σMPa彈性模量EMPaSikadur3301.31303500表4碳纖維布力學(xué)性能碳纖維布力學(xué)性能Tab.4MechanicalpropertiesofCFRP材料厚度mm抗拉強(qiáng)度σMPa彈性模量EGPa碳纖維布1.542162521.21

14、.2試件設(shè)計(jì)和制作試件設(shè)計(jì)和制作本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)了四種形式的試件：試件一：含孔洞鋼板，為了考察粘貼碳纖維布后的加固效果，在鋼板中央開(kāi)一個(gè)直徑為12mm的貫穿圓孔，用來(lái)模擬螺栓連接和鉚接對(duì)鋼板截面的削弱，鋼板長(zhǎng)300mm，寬30mm，厚6mm。試件二：在鋼板表面粘貼一層碳纖維布，采取雙面粘貼，粘貼的碳纖維布長(zhǎng)為200mm，寬度為30mm，如圖1，在CFRP充分固化后，用鉆孔設(shè)備將孔洞處的CFRP鉆穿。試件三：在鋼板表面，粘貼三層碳纖維布，采取