CFRP加固钢吊车梁疲劳性能机理及S－N曲线研究

The proposer put forward a set of key practical technologies, including fatigue design method, construction technology, construction quality inspection and removing method of CFRP(Caber Fiber Reinforced Polymer) strengthened steel structure. The project plan to focus on the CFRP strengthening technology by experiments, numerical method and theoretical method, which includes:① mechanical mechanism: Theoretical mechanism study on fatigue behavior of CFRP strengthened steel structure, mastery of fatigue behavior’s influence factor. ②theoretical method: S-N design curve method, using fracture mechanics calculation method in practical project. ③applying technology: construction technology and inspection method in CFRP strengthening project, structural measure and strengthening design method in CFRP strengthening project. With this study, we will solve basic theoretical problem of fatigue behavior of CFRP strengthened steel structure and key points in every link of the application in project, which promote the development of the new technology applying in practical project and facilitate new material and structure engineering, providing experimental and theoretical foundation for specifications compiling, and reliable technique method in structural reinforcement project of our country.

申请人提出了一套实用关键技术体系，即CFRP（碳纤维增强复合材料）抗疲劳加固钢结构的设计方法、施工技术、施工质量检验及拆除方法。本项目拟通过试验、数值模拟和理论分析对CFRP抗疲劳加固钢结构技术进行研究，包括：①受力机理：使用断裂力学方法揭示CFRP(碳纤维)加固钢结构改善疲劳性能的理论机理，掌握影响疲劳性能改善的因素及规律；②理论方法：建立CFRP加固钢结构的疲劳S-N设计曲线；断裂力学在工程应用中的计算方法；③应用技术：提出CFRP抗疲劳加固钢结构的施工工艺和检验方法；提出CFRP加固钢结构的构造及加固设计方法。通过研究，解决CFRP抗疲劳加固钢结构技术的基本理论问题和工程应用中各个环节的关键问题，形成成套的加固技术，推动该项技术在工程中的应用，促进新型材料和结构工程加固技术发展，为编制相关规范提供试验和理论依据，为提高我国结构加固工程提供可靠的技术手段。

为了避免长时间停产、降低维修费用，工业建筑钢吊车梁疲劳加固是亟待解决的技术难题，CFRP加固钢吊车梁是具有前途的加固新方法。本项目基于断裂力学理论，揭示了CFRP加固钢结构改善疲劳性能的理论机理，掌握了CFRP加固钢结构影响疲劳性能改善的因素及相应规律，表明在疲劳裂纹出现前，通过CFRP粘贴加固可以降低加劲肋端部的应力幅水平和应力集中系数，在疲劳裂纹扩展阶段，通过CFRP粘贴加固降低疲劳裂纹尖端的应力强度因子，从而减缓疲劳裂纹的扩展；并对CFRP加固含表面裂纹钢结构的裂纹尖端应力强度因子变化、疲劳寿命延长效果及裂纹形状扩展规律等问题进行了系统研究。基于CFRP加固钢吊车梁疲劳试验，建立了CFRP加固钢吊车梁的S-N曲线，为今后CFRP加固设计提供理论基础。研究了CFRP抗疲劳加固钢吊车梁的施工工艺、检验方法和无损拆除CFRP方法，同时提出CFRP加固钢吊车梁的构造及加固设计方法。研究成果对我国CFRP抗疲劳加固钢吊车梁的应用推广提供理论基础和设计指导，对我国工业建筑维护具有重要的工程价值和经济效益。