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1、2007年07月沈阳建筑大学学报(自然科学版)Jul.2007第23卷第4期JournalofShenyangJianzhuUniversity(NaturalScience)Vol123,No14文章编号:1671-2021(2007)04-0529-04利用CFRP加固钢吊车梁弯曲疲劳性能试验研究11211阎石,韩杨,綦宝晖,张曰果,孙威(11沈阳建筑大学土木工程学院,辽宁沈阳110168;2鞍山钢铁集团建筑科学研究所,辽宁鞍山114001)摘要:目的对利用碳纤维增强塑料(CFRP)加固钢吊车梁的弯曲
2、疲劳性能进行试验研究,以考察贴有CFRP钢吊车梁疲劳寿命的提高情况.方法采用简支梁模型疲劳试验方法,在吊车梁模型的下翼缘外侧分别粘贴一层和两层碳纤维布加固,并进行弯曲疲劳试验.在不同CFRP层数和循环荷载等情况下,观察其疲劳性能的变化,通过回归分析方法,确定了N-S曲线中的系数.结果在一定的条件下,利用CFRP加固钢吊车梁后可以明显提高钢吊车梁的疲劳寿命.当粘贴一层时,吊车梁的疲劳寿命大约提高9%-17%;当粘贴二层时,吊车梁的疲劳寿命大约提高20%-30%.结论利用CFRP加固的方法可以提高吊车钢梁的抗
3、疲劳性能.同时利用试验确定S-N曲线的系数,并可以利用该曲线估算吊车梁的疲劳寿命.关键词:碳纤维增强塑料(CFRP);疲劳试验;钢吊车梁;S-N曲线;疲劳寿命中图分类号:TU98612文献标识码:A2我国拥有20亿m以上的钢结构建筑,其中验研究,并对试验结果进行系统分析.使用期超过30年以上的钢结构工业建筑约7.11试验概况2亿m,部分吊车梁未达到设计使用年限就发生破坏,其中80%-90%的破坏是疲劳破坏引起111试件设计的[1].因此,对服役期内疲劳构件进行加固补强本次模型试验的钢吊车梁材料为Q345钢
4、,和在保证安全的情况下尽可能地延长构件使用寿并按照实际吊车梁尺寸1∶6设计的.为防止局部破坏,翼缘和腹板尺寸有所加大,满足设计要求.命,是需要解决地重要课题之一.传统的加固补强翼缘和腹板厚度为6mm,上下翼缘宽度分别为钢吊车梁的方法是加焊型钢和钢板,但这种方法120mm和100mm,横向加劲肋间隔360mm.支会在一定程度上增加构件的截面尺寸和质量,且[2-6]座处加劲肋直接通到梁的下翼缘,中间加劲肋与高温作用会使焊接部位成为新的断裂源.另下翼缘断开.吊车梁的有效跨度为1800mm,高外,由于高温状态下钢
5、材的强度较低,因此在补强为300mm.试验采用六个试件,每两个为一组,的过程中往往需要临时支撑,从而影响正常生产.每组分别为普通吊车钢梁试件、贴单层CFRP布自20世纪80年代中期以来,碳纤维作为一种新试件或贴双层CFRP布试件.对试件施加频率为型材料由于其具有轻质高强、抗疲劳、耐老化和物1Hz的简谐周期荷载,荷载上限和下限分别为理性能稳定等诸多优点,在土木工程中的应用越200kN和20kN.来越多.粘贴碳纤维复合材料加固钢筋混凝土结由标准拉伸试验得到钢材的屈服强度,极限构和砌体结构技术已经得到广泛研究和
6、应用,但强度和弹性模量等指标,见表1.试验采用德国[7-10]用其加固钢结构的研究和应用较少.笔者对EPO公司生产的UDO碳纤维布,采用辽宁省建利用CFRP加固钢吊车梁的弯曲疲劳性能进行试收稿日期:2007-01-05基金项目:辽宁省自然科学基金项目(20052005).作者简介:阎石(1962-),男,教授,主要从事结构工程试验与数值分析研究.7530沈阳建筑大学学报(自然科学版)第23卷设科学研究院生产的JGN-C型碳纤维粘贴专用循环次数N达到预定次数时,停止疲劳荷载,先表1钢材物理性能标实测值MPa
7、卸载至零,量测钢梁、碳纤维布的残余应变,残余屈服强度极限强度弹性模量挠度等,再分级加载到疲劳荷载下限和上限,测量345439206000钢梁的应变,碳纤维的应变,梁的挠度等.粘合剂,底胶采用JGN-P建筑结构粘合剂,2试验现象CFRP的材料性能指标见表2.在试验中发现,试件的破坏主要与应力幅值表2CFRP物理性能指标有关,如果粘贴碳纤维层数相同,应力幅值大则疲拉伸强度/MPa弹性模量/GPa厚度/mm劳寿命低.碳纤维加固试件和未加固试件的破坏49002300.167形式都表现为金属的疲劳,图2为钢吊车梁的
8、下本试验研究钢吊车梁加固后正截面疲劳抗弯翼缘与加载点对应部位附近首先出现应力疲劳性能,所以在钢梁底部受拉区粘贴CFRP,目的是源.随着应力循环次数的增加,下翼缘与腹板间的通过试验验证钢吊车梁粘贴CFRP后,在动力荷焊缝疲劳裂纹开始萌生,当裂纹发展至截面不能载作用下的疲劳性能,并将其与未贴CFRP的疲再承受相应的应力时,试件在焊缝处对应于疲劳劳试件进行对比,确定粘贴CFRP对构件疲劳性源出现位置出现裂缝,并迅速向加劲肋端部以及能
