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摘要：本文针对起重机金属结构在长期疲劳交变荷载作用下易产生疲劳裂纹的问题为主要研究对象，采取碳纤维复合材料加固止裂孔的方式来复合修复裂纹。构建不同荷载下的止裂孔、CFRP和负荷修复的有限元模型，分析计算应力应变状态以及系数，制定止裂孔打偏情况下的复合修复有限元模型，研究CFRP加固对于止裂孔修复产生的影响。通过开展静拉伸强度试验，研究复合修复方法对损伤构件的修复效果，并且和仿真结果相互比较，验证了CFRP和止裂孔复合修复这一技术的可行性。经过相关结果表明，复合修复方式和止裂孔以及CFRP修复效果相比较来看，不但能够提升试件的承载性能，还能够弥补钻止裂孔修复焊缝裂纹的不足。
关键词：起重机;金属结构裂纹;复合修复方式
引言
起重机由于长期承受自重、外载、疲劳交变载荷和腐蚀等作用，会不可避免地产生金属结构损伤和破坏。起重机属于大型结构，在出现疲劳损伤的时候，难以对单一构件进行更换，一般采取对裂纹进行加固的方法来延长金属结构的使用寿命。
传统的裂纹修复方法比较多，如在裂纹尖端制作止裂孔、在裂纹处补焊、对钢板补强等。CHEN采用推理计算方法确定了海洋和海上结构止裂孔的合适尺寸，并进一步分析了潜在极端海况、裂纹长度和环境安全系数对止裂孔剩余服役时间的影响;FANNI等介绍了最优的止裂孔形状，它相似于裂纹尖端散发的塑性区轮廓，能够移除几乎所有的损坏材料，使材料处于原始状态。止裂孔修复法是一种临时修复方法，虽然在短期内终止了疲劳裂纹的扩展，但在止裂孑L周围极易产生应力集中，萌生疲劳微观裂纹，最终导致裂纹二次扩展。碳纤维复合材料（ CFRP）以其强度高、刚度高、自重小、易于成形等优势及其在航空航天、飞机制造、土木工程领域的加固效果，迅速成为研究和工程应用的热点。张术宽等讨论了碳纤维板（ CFI）厚度、裂纹形状比、裂纹面积对CFL满贴
加固受弯钢板中裂纹应力强度因子的影响。EM DAD等通过改变裂纹长度和载荷的大小，得到了裂纹长度载荷应力强度因子三维曲面图。赵传宇等推导了受拉纤维增强复合材料（ FRP）加固X80钢板时，半椭圆表面裂纹应力强度因子的半经验表达式。COLOMBI等通过试验、数值计算和分析研究了CFRP加固钢板的疲劳裂纹增长情况。上述研究大都是在裂纹处直接进行CFRP加固，并未消除裂纹尖端的奇异性。本文提出一种CFRP止裂孔的复合修复方法。
1理论分析
根据断裂力学理论，裂纹尖端存在一个塑性区，塑性区直接影响断裂的模式和裂纹扩展的能力。如果去掉塑性区，在裂纹尖端钻一个孔径大于塑性区的小孔，则可在一定程度上控制裂纹的扩展。考虑变形引起的应力松弛，塑性区会进一步扩大。若止裂孔孔径过小，则不能完全消除塑性区的影响，孔边仍存在较大的应力集中;止裂孔的孔径过大，又可能因过多地削弱板件截面而增大构件净截面的平均应力，造成构件强度的破坏。在裂纹尖端钻止裂孔，一方面可以使裂纹不再持续开裂，应力得到一定的缓解;另一方面可以在补焊裂纹时给予焊接变形空间。
CFRP修复加固金属结构的原理是通过环氧树脂将CFRP材料粘贴在金属结构的表面，构成“CFRP胶层金属结构”的三明治结构。考虑最基本的受力状态，对轴向拉伸金属构件粘贴CFRP，见图1，其中p为金属结构承受的载荷。金属结构在受载时会产生变形，变形通过胶层传递到CFRP上，CFRP具有较高的弹性模量，可分担部分载荷，从而产生修复加固的效果。
对于CFRP止裂孔复合修复的试件，通过比
较应力集中系数Kt来评价其应力集中的程度：
Kt=σmaxσnom（1）
σnom=FEsEsAs+EfAf（2）
式中，σmax为模型的最大应力;σnom为模型的名义应力;F为拉伸载荷;Es、Ef分别为钢板和CFRP的弹性模量;As、Af分别为止裂孔处钢板和CFRP的横截面积。
2仿真分析情况
起重机疲劳裂纹一般是表现在受力较大的位置中。从实际情况来看，疲劳裂纹包含了三种类型，分别是张开型、滑开型以及撕开型。在这其中，张开型是危险性最高的一种裂纹类型。基于安全方面得出，对于起重机金属结构的裂纹来讲，一般是按照张开型裂纹进行处理。为了确保数据的准确性，使用包含中心穿透裂纹的紧凑拉伸试验模型，裂纹的长度大约是lOmm，遵循钢结构加固技术中的标准要求，选择止裂孔的孔径D= 3mm。并且，要想将
CFRP的修复加固效果体数为500，通过输入不同负荷节点的坐标数值计算出其负荷变化，其中负荷最大值为712kW、最小值为267kW。通过观察其仿真结果可以发现，采用蚁群算法进行线路规划设计具备良好的收斂性，经由500次迭代后可以有效实现数据优化，依据负荷数据的对比分析选出最优规划线路，为线路规划设计方案的编制提供重要参考。
系统评估。为进一步检验线路规划设计的合理性，在此选取5项一级指标与14项二级指标进行系统评估，其中一级指标主要包含供电可靠性、安全性、经济性、适应性与协调性，基于各一级指标进行二级指标设计，包含平均停电频率、停电持续时间、电网扩展裕度等信息，以此构建综合评价指标体系，并采用AHP逐层计算方式进行评估算法的设计，其计算公式为：通过分析系统评估数据可以预测到，其规划方案实施后将有效减少单辐射线路数量，提高区域范围内线路的环网化率与可转供电率，依靠科学合理的网架结构进一步提高区域范围内的负荷供应能力，为供电可靠性提供有力保障。
3结语
智能电网线路的规划设计是一项复杂工程，涉及输电线路、通信线路等多种建设项目，电力企业管理人员务必要加强对电路运行实际状况的调查，综合收集环境、地形、人流量等信息，实现对输电线路运行状态的有效监测，进一步提高线路规划设计的合理性与可行性，推动电网建设的智能化、健康长效发展。
参考文献：
[1]王义元，李晨.关于智能电网线路规划与设计的探讨[J].科学咨询（科技·管理），2018，611，（11）：42.
[2]张岩，李新，滕子贻，城镇智能电网信息通信线路规划设计研究[J].信息系统工程，2019，（5）：46.
关键词：起重机;金属结构裂纹;复合修复方式
引言
起重机由于长期承受自重、外载、疲劳交变载荷和腐蚀等作用，会不可避免地产生金属结构损伤和破坏。起重机属于大型结构，在出现疲劳损伤的时候，难以对单一构件进行更换，一般采取对裂纹进行加固的方法来延长金属结构的使用寿命。
传统的裂纹修复方法比较多，如在裂纹尖端制作止裂孔、在裂纹处补焊、对钢板补强等。CHEN采用推理计算方法确定了海洋和海上结构止裂孔的合适尺寸，并进一步分析了潜在极端海况、裂纹长度和环境安全系数对止裂孔剩余服役时间的影响;FANNI等介绍了最优的止裂孔形状，它相似于裂纹尖端散发的塑性区轮廓，能够移除几乎所有的损坏材料，使材料处于原始状态。止裂孔修复法是一种临时修复方法，虽然在短期内终止了疲劳裂纹的扩展，但在止裂孑L周围极易产生应力集中，萌生疲劳微观裂纹，最终导致裂纹二次扩展。碳纤维复合材料（ CFRP）以其强度高、刚度高、自重小、易于成形等优势及其在航空航天、飞机制造、土木工程领域的加固效果，迅速成为研究和工程应用的热点。张术宽等讨论了碳纤维板（ CFI）厚度、裂纹形状比、裂纹面积对CFL满贴
加固受弯钢板中裂纹应力强度因子的影响。EM DAD等通过改变裂纹长度和载荷的大小，得到了裂纹长度载荷应力强度因子三维曲面图。赵传宇等推导了受拉纤维增强复合材料（ FRP）加固X80钢板时，半椭圆表面裂纹应力强度因子的半经验表达式。COLOMBI等通过试验、数值计算和分析研究了CFRP加固钢板的疲劳裂纹增长情况。上述研究大都是在裂纹处直接进行CFRP加固，并未消除裂纹尖端的奇异性。本文提出一种CFRP止裂孔的复合修复方法。
1理论分析
根据断裂力学理论，裂纹尖端存在一个塑性区，塑性区直接影响断裂的模式和裂纹扩展的能力。如果去掉塑性区，在裂纹尖端钻一个孔径大于塑性区的小孔，则可在一定程度上控制裂纹的扩展。考虑变形引起的应力松弛，塑性区会进一步扩大。若止裂孔孔径过小，则不能完全消除塑性区的影响，孔边仍存在较大的应力集中;止裂孔的孔径过大，又可能因过多地削弱板件截面而增大构件净截面的平均应力，造成构件强度的破坏。在裂纹尖端钻止裂孔，一方面可以使裂纹不再持续开裂，应力得到一定的缓解;另一方面可以在补焊裂纹时给予焊接变形空间。
CFRP修复加固金属结构的原理是通过环氧树脂将CFRP材料粘贴在金属结构的表面，构成“CFRP胶层金属结构”的三明治结构。考虑最基本的受力状态，对轴向拉伸金属构件粘贴CFRP，见图1，其中p为金属结构承受的载荷。金属结构在受载时会产生变形，变形通过胶层传递到CFRP上，CFRP具有较高的弹性模量，可分担部分载荷，从而产生修复加固的效果。
对于CFRP止裂孔复合修复的试件，通过比
较应力集中系数Kt来评价其应力集中的程度：
Kt=σmaxσnom（1）
σnom=FEsEsAs+EfAf（2）
式中，σmax为模型的最大应力;σnom为模型的名义应力;F为拉伸载荷;Es、Ef分别为钢板和CFRP的弹性模量;As、Af分别为止裂孔处钢板和CFRP的横截面积。
2仿真分析情况
起重机疲劳裂纹一般是表现在受力较大的位置中。从实际情况来看，疲劳裂纹包含了三种类型，分别是张开型、滑开型以及撕开型。在这其中，张开型是危险性最高的一种裂纹类型。基于安全方面得出，对于起重机金属结构的裂纹来讲，一般是按照张开型裂纹进行处理。为了确保数据的准确性，使用包含中心穿透裂纹的紧凑拉伸试验模型，裂纹的长度大约是lOmm，遵循钢结构加固技术中的标准要求，选择止裂孔的孔径D= 3mm。并且，要想将
CFRP的修复加固效果体数为500，通过输入不同负荷节点的坐标数值计算出其负荷变化，其中负荷最大值为712kW、最小值为267kW。通过观察其仿真结果可以发现，采用蚁群算法进行线路规划设计具备良好的收斂性，经由500次迭代后可以有效实现数据优化，依据负荷数据的对比分析选出最优规划线路，为线路规划设计方案的编制提供重要参考。
系统评估。为进一步检验线路规划设计的合理性，在此选取5项一级指标与14项二级指标进行系统评估，其中一级指标主要包含供电可靠性、安全性、经济性、适应性与协调性，基于各一级指标进行二级指标设计，包含平均停电频率、停电持续时间、电网扩展裕度等信息，以此构建综合评价指标体系，并采用AHP逐层计算方式进行评估算法的设计，其计算公式为：通过分析系统评估数据可以预测到，其规划方案实施后将有效减少单辐射线路数量，提高区域范围内线路的环网化率与可转供电率，依靠科学合理的网架结构进一步提高区域范围内的负荷供应能力，为供电可靠性提供有力保障。
3结语
智能电网线路的规划设计是一项复杂工程，涉及输电线路、通信线路等多种建设项目，电力企业管理人员务必要加强对电路运行实际状况的调查，综合收集环境、地形、人流量等信息，实现对输电线路运行状态的有效监测，进一步提高线路规划设计的合理性与可行性，推动电网建设的智能化、健康长效发展。
参考文献：
[1]王义元，李晨.关于智能电网线路规划与设计的探讨[J].科学咨询（科技·管理），2018，611，（11）：42.
[2]张岩，李新，滕子贻，城镇智能电网信息通信线路规划设计研究[J].信息系统工程，2019，（5）：46.