【摘 要】
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长期处于腐蚀环境下的钢结构尽管采取了防护与构造措施仍无法避免锈蚀行为的发生,锈蚀产生的表面锈坑降低了钢结构材料塑性和断裂韧性,造成了局部应力集中、加速了裂纹萌生与扩展,对钢结构的疲劳性能产生了较大影响。碳纤维增强复合材料（CFRP）具备质量轻、强度高、耐腐蚀好、抗疲劳性强等优点,采用碳纤维增强复合材料（CFRP）加固钢结构已得到广泛应用,但在加固锈蚀钢结构过程中,由于钢结构卸载不完全导致的应变滞后
【基金项目】
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国家自然科学基金（51678477）；
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长期处于腐蚀环境下的钢结构尽管采取了防护与构造措施仍无法避免锈蚀行为的发生,锈蚀产生的表面锈坑降低了钢结构材料塑性和断裂韧性,造成了局部应力集中、加速了裂纹萌生与扩展,对钢结构的疲劳性能产生了较大影响。碳纤维增强复合材料（CFRP）具备质量轻、强度高、耐腐蚀好、抗疲劳性强等优点,采用碳纤维增强复合材料（CFRP）加固钢结构已得到广泛应用,但在加固锈蚀钢结构过程中,由于钢结构卸载不完全导致的应变滞后效应,加固材料无法充分发挥其性能进而影响加固效果。本文以CFRP板加固锈蚀钢板为研究对象,针对锈蚀程度、CFRP板加固刚度以及不完全卸载程度对CFRP板加固锈蚀钢板疲劳性能的影响,展开了系统研究。具体研究内容如下:（1）借助三维非接触式扫描仪测定了锈蚀钢板表面形貌特征;利用获取的锈蚀钢板三维形貌数据,对锈蚀钢板进行有限元模型重构;借助弹簧单元实现了CFRP板-锈蚀钢板粘结界面模型化,利用“生死单元”技术,依照“不完全卸载-持载加固-二次加载”的荷载施加步骤,在有限元模型中实现了不完全卸载状态下CFRP板加固锈蚀钢板荷载施加过程。最终,建立了“变厚度板壳-弹簧-等厚度板壳”有限元模型,提出了不完全卸载状态下CFRP板加固锈蚀钢板的应力数值分析方法,并编写了有限元批处理计算脚本函数。（2）利用Ansys有限元分析软件对不完全卸载状态下CFRP板加固锈蚀钢板的应力进行分析;对影响不完全卸载状态下CFRP板加固锈蚀钢板应力分布的主要因素进行了参数分析;研究了锈蚀程度、CFRP板刚度以及不完全卸载程度对锈蚀钢板表面“危险锈坑”处峰值应力、锈蚀钢板应力集中系数和换算应力集中系数的影响;基于分析结果,建立了CFRP板加固锈蚀钢板换算应力集中系数计算模型,对比了换算应力集中系数公式预测值与有限元计算值。（3）基于现有规范修正得到了不完全卸载状态下CFRP板加固锈蚀钢板疲劳检算模型,模型计算结果表明,锈蚀程度的增大会导致疲劳检算要求无法满足,采用CFRP板加固可以降低计算正应力幅值、满足疲劳检算要求。（4）基于现有规范修正得到了不完全卸载状态下CFRP板加固锈蚀钢板疲劳寿命计算模型,模型计算结果表明,锈蚀程度的增大会减少钢板疲劳寿命。
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