碳纤维加固带裂纹钢梁受弯性能研究

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碳纤维布加固带裂纹类损伤的金属构件是一项新颖的加固技术,它能显著提高被加固构件的静强度与疲劳强度,有效地对损伤构件进行修复和加固。 本文对现有的加固技术进行了综述,介绍了碳纤维增强塑料在结构加固中应用现状与发展趋势,探讨了碳纤维增强塑料加固金属结构的优缺点。本文研究表明可以通过恰当的碳纤维加固工艺来提高钢类构件的静强度与疲劳性能,改善结构的承载能力。同时,对碳纤维加固金属结构技术的工艺进行了初步研究。 通过对14根带裂纹的钢梁(小梁)进行对比试验研究,探讨、分析了钢梁在用碳纤维布加固/修补前后的刚度、强度、裂纹尖端应力强度因子以及J积分的变化。通过对4根碳纤维布加固的含裂纹钢梁和2根未加固的含裂纹钢梁的疲劳试验研究、比较分析了碳纤维布粘贴层数对疲劳性能的影响。据初步试验数据的分析表明,用碳纤维布加固的含裂纹钢梁较未加固对比梁的静强度平均增幅为37%;用碳纤维布加固的钢梁较未加固的钢梁其抗疲劳的能力有显著提高,最大增幅达14倍。而用碳纤维布加固后钢梁的抗弯刚度影响不明显。 用ANSYS软件对加固和未加固的含裂纹钢梁进行三维有限元分析,计算了在小范围屈服情况下的裂纹尖端的应力强度因子及J积分,计算表明加固后应力强度因子和J积分都有显著降低。 最后,本文提出了完整的碳纤维加固带裂纹钢梁受弯构件的施工工艺。
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