【摘 要】
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碳纤维复材（CFRP）已在结构加固领域应用广泛,目前预应力CFRP加固局限于机械张拉设备辅助,限制了CFRP的应用。利用形状记忆合金（SMA）的形状记忆效应能够通过加热激活的方式更方便地施加预应力,这两种材料通过胶粘剂复合可以将其优势互补,既能达到更便捷给施加预应力的目的,又能获得更好的加固效果。本文以过焊孔处焊接细节为研究对象,一方面通过数值模拟研究CFRP布-钢界面粘结性能,另一方面采用热点应
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碳纤维复材（CFRP）已在结构加固领域应用广泛,目前预应力CFRP加固局限于机械张拉设备辅助,限制了CFRP的应用。利用形状记忆合金（SMA）的形状记忆效应能够通过加热激活的方式更方便地施加预应力,这两种材料通过胶粘剂复合可以将其优势互补,既能达到更便捷给施加预应力的目的,又能获得更好的加固效果。本文以过焊孔处焊接细节为研究对象,一方面通过数值模拟研究CFRP布-钢界面粘结性能,另一方面采用热点应力法和断裂力学法对钢梁过焊孔焊接细节进行疲劳寿命评估。本文主要工作内容如下:（1）回顾了国内外钢结构加固领域的发展和应用,包括（预应力）CFRP加固技术、预应力铁基SMA加固技术和SMA/CFRP加固技术;同时总结了粘结加固技术中CFRP-钢界面粘结性能这一薄弱环节的研究进展。（2）介绍了钢结构疲劳寿命评估的基本理论,包括疲劳的基本概念、疲劳寿命评估的常用方法,最后对比了传统S-N曲线评估方法与线弹性断裂力学法的优缺点。（3）建立了SMA/CFRP加固过焊孔细节钢梁的有限元模型,分析了CFRP布纵向应力分布、胶层的剪应力、正应力和滑移量及损伤情况,发现CFRP端部和加载附近更容易出现损伤,并讨论了CFRP布弹性模量、CFRP布粘结长度及胶层弹性刚度对粘结界面应力的影响。结果表明:选用的CFRP布弹性模量不宜过大大;CFRP布需要有足够的粘结长度;胶层弹性刚度不宜过大。这样能减小胶层的应力水平,避免胶层剥离破坏。最后采用经验S-N公式及粘结-滑移损伤退化损伤经验公式估算了胶层的疲劳寿命。（4）建立ABAQUS有限元模型计算过焊孔焊接细节转角焊缝焊趾处的热点应力,并进行网格敏感度分析,根据Shot-N曲线计算加固前后焊接细节的疲劳寿命。然后采用ABAQUS和FRANC 3D交互使用,基于断裂力学对过焊孔焊接细节进行裂纹扩展模拟,分析了裂纹前缘SIF随裂纹扩展的变化情况,并对比了不同裂纹扩展路径的疲劳寿命曲线,根据裂纹扩展曲线发现裂纹沿翼缘板表面宽度方向的扩展速率大于沿厚度（深度）方向扩展速率。最后对比了两种疲劳寿命评估方法的计算结果,基于热点应力法和断裂力学法计算的加固后寿命分别提高1.29倍和1.38倍,二者计算误差在29.7%以内。（5）分析了初始裂纹形状尺寸、材料常数m及合金丝预应力水平对裂纹前缘SIF和疲劳寿命的影响,结果表明这些关键因素都会对最终的疲劳寿命计算结果造成较大影响。
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