碳纤维复材加固开裂焊接十字接头疲劳性能研究

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疲劳破坏是焊接钢桥在循环荷载下失效的常见形式,为了延长其寿命,需要对开裂结构进行加固修复.碳纤维复材(CFRP)由于优良的性能,广泛应用于混凝土结构加固中,而很少用于焊接钢结构.通过试验和有限元方法研究循环荷载作用下不同初始裂纹深度、CFRP布厚度和弹性模量对疲劳性能的影响.采用有限元软件ABAQUS分析加固和未加固焊接十字接头应力强度因子的变化规律,并与解析结果相比较.分析发现:未加固试件数值模拟解和理论解得到的应力强度因子误差很小,验证了数值模拟的准确性.当胶层分别采用CPE8和黏结单元(cohesive element)来模拟时,最大偏差为-3.4%.CFRP能够有效降低裂纹尖端处强度因子,延长其疲劳寿命,最大增幅达到67%.当CFRP布弹性模量和厚度越大,对裂纹尖端处应力强度因子的降低幅度越明显.基于Paris公式估算十字接头的剩余疲劳寿命,并将预测寿命与试验结果进行对比,发现吻合较好.
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