cfrp粘貼層數對開孔鋼板的疲勞壽命影響的試驗研究

1、1CFRP粘貼層數對開孔鋼板的疲勞壽命影響的試驗研究李?，q1，，王志宇1，張寧2（四川大學，建筑與環(huán)境學院，四川成都610065）摘要:疲勞損傷是鋼結構失效的重要原因，傳統(tǒng)的修復加固鋼結構的方法包括鋼板焊接、鉚接，螺栓連接等，這些加固方法容易產生應力集中現象。CFRP具有比強度和比剛度高的特點，在加固鋼結構方面效果良好。通過對3組粘貼有不同層數CFRP的開孔鋼板進行疲勞實驗，描述了不同類型鋼板的破壞形態(tài)，并繪制了疲勞壽命曲線和變形曲線比

2、較了三組鋼板在疲勞壽命，裂紋擴展情況，斷裂時碳纖維布與鋼板之間的協(xié)同工作情況的差異和共性。研究結果表明，粘貼碳纖維能夠提高鋼板的屈服荷載，彌補鋼板表面缺陷，減緩鋼板疲勞裂紋的擴展速率，增加鋼板的延性，從而有效地提高鋼板的疲勞壽命，并且隨著粘貼層數的增加，疲勞壽命提高效果明顯，發(fā)現粘貼一層碳纖維布使其平均疲勞壽命提高4.7%，粘貼三層碳纖維布，其疲勞壽命提高77.80%。粘貼碳纖維布能夠有效地縮小不同應力作用下鋼板變形能力之間的差異，CF

3、RP層數越多，這種差異就越小。同時，CFRP的粘貼層數越多，鋼板破壞時的極限變形越大，粘貼三層碳纖維布的鋼板的極限變形在0.9mm以上。關鍵詞：關鍵詞：開孔鋼板疲勞壽命曲線CFRP疲勞變形曲線中圖分類號：中圖分類號：TU39TU39文獻標志碼：文獻標志碼：AExperimentalstudyontheInfluenceoftheNumberofCFRPLayersontheFatigueLifeofOpenholeSteelPlates

4、LILihui1WangZhiyu1ZhangNing2(CollegeofArchitectureEnvironment，SichuanUniv.，Chengdu610065，China)Abstract:Fatiguedamageisthemaincauseofdeficiencyofsteelstructures.Traditionalsteelstructurestrengtheningmethodsincludesteelpl

5、ateweldingrivetconnectingboltingsoonthesemethodstendtocausestressconcentration.CFRPhashighstrengthrigidityCFRPstrengtheninghasuniqueadvantageofstrengtheningsteelstructureincontrasttothetraditionalretrofitmethods.Throughf

6、atiguetestsonthreegroupsofopenholesteelplateswithCFRPstrengtheningfatiguefailuremodearedescribedrelatedfatiguelifedefmationcurvesareanalyzed.Similaritiesdifferencesarecomparedinfatiguelifecrackgrowthcooperativewkingcondi

7、tionbetweenthreegroupsofsteelplatesCFRP.IthasbeenfoundthattheyieldingloadoftherepairedspecimensincreasedobviouslytheflawsonthesurfaceofsteelplatecanberepairedcrackpropagationspeedcanbeslowedwiththeuseofCFRPstrengthening.

8、Theductilityfatiguelifecanalsobeincreased.WiththeincreaseofthenumberofCFRPlayersthefatiguelifecanbeimprovedby4.7%77.8%withonelayerCFRPthreelayerCFRP.Theresultsshowthatthecarbonfibersheetsreducethedifferencebetweenthedefm

9、abilityofthesteelplateunderdifferentstresseffectively.ThedifferencedecreaseswhentheCFRPincreases.ObservationshowsthatthemeCFRPstickuplayerthesteelplatehasthebiggeritslimitdefmationagainstbrokenis.Thelimitdefmationtosteel

10、platewiththreelayercarbonfibersheetisabove0.9mm.KeyWds:openholesteelplatefatiguelifecurveCFRPfatiguedefmationcurve近年來，隨著纖維增強復合材料的迅速發(fā)展，碳纖維布增強復合材料（CFRP）在航天航空領域3如螺栓連接需要在鋼結構上鉆孔，減少了結構的凈截面面積，并且會在孔洞邊緣形成新的應力集中區(qū)，所以有必要研究對開孔鋼板的疲勞加固

11、[1516]，結合CFRP在修補時沒有應力集中現象，施工方便，適宜來修補開孔鋼板。而利用CFRP補強片來修補開孔鋼板的研究還不足，所以本文利用CFRP來加固和修復開孔受拉鋼板，以提高其疲勞壽命。本文首先介紹了試驗材料和試件的設計和制作，接著根據鋼板疲勞實驗和CFRP靜力拉伸實驗得出總結出試件的破壞規(guī)律，最后通過測得的數據繪制鋼板的疲勞曲線和變形曲線，確定CFRP加固修復開孔鋼板的效果，得出相關結論。1實驗設備與實驗方法實驗設備與實驗方法

12、1.11.1試驗材料試驗材料試驗所用材料的成分性能如表14表1鋼的化學成分鋼的化學成分Tab.1ChemicalcompositionofQ345steel元素ω（C）%ω（Si）%ω（Mn）%規(guī)格0.170.251.15元素ω（P）%ω（S）%ω（Fe）%規(guī)格0.0150.01498.401表2鋼板的力學性能鋼板的力學性能Tab.2MechanicalpropertiesofQ345steel型號屈服強度σMPa抗拉強度σMPa彈性模

13、量EGPaQ345388553205表3Sikadur330結構粘貼膠力學性能結構粘貼膠力學性能Tab.3MechanicalpropertiesofSikadur330型號密度ρ(kgL)抗拉強度σMPa彈性模量EMPaSikadur3301.31303500表4碳纖維布力學性能碳纖維布力學性能Tab.4MechanicalpropertiesofCFRP材料厚度mm抗拉強度σMPa彈性模量EGPa碳纖維布1.542162521.21

14、.2試件設計和制作試件設計和制作本次試驗設計了四種形式的試件：試件一：含孔洞鋼板，為了考察粘貼碳纖維布后的加固效果，在鋼板中央開一個直徑為12mm的貫穿圓孔，用來模擬螺栓連接和鉚接對鋼板截面的削弱，鋼板長300mm，寬30mm，厚6mm。試件二：在鋼板表面粘貼一層碳纖維布，采取雙面粘貼，粘貼的碳纖維布長為200mm，寬度為30mm，如圖1，在CFRP充分固化后，用鉆孔設備將孔洞處的CFRP鉆穿。試件三：在鋼板表面，粘貼三層碳纖維布，采取