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由于焊缝自身的缺陷存在,导致大部分焊接钢结构失效是由于焊接接头的疲劳断裂引起的。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。本文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,运用有限元软件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。
经过试验与计算分析,本文取得以下研究成果:
(1)焊接接头是焊接构件的薄弱部位,本文研究发现,对接焊接钢板在三点弯曲的循环荷载作用下,疲劳裂纹在焊接部位的底部产生;当采用CFRP在底部加固后,疲劳裂纹仍在相同的部位产生,且构件发生相对较大变形后,粘结CFRP的胶层发生破坏,CFRP与钢板剥离。
(2)CFRP的弹性模量与钢板以及焊料的弹性模量相差较小,当沿长度方向粘贴CFRP后,对接焊接钢板在三点弯曲的循环荷载作用下,针对单面焊和双面焊,焊缝部位的最大拉应力分别仅降低9.9%和8.8%,循环荷载应力值幅度降低9.7%(单面焊)和8.8%(双面焊)。
(3)粘贴CFRP可以明显地提高对接焊钢构件的疲劳寿命。对于单面焊构件,粘贴CFRP后将构件的疲劳寿命由1.25E6提高到2.46E6,提高了97%,且基于标准BS7608,并采取合理的修正,可以较好地预估构件在粘贴CFRP之后的疲劳寿命。
本文的研究分析可为CFRP加固焊接钢结构的疲劳性能分析提供借鉴。