碳纤维复合材料ERP加固焊接钢结构强度与疲劳性能分析

摘要

当前焊接钢结构在工程中大量使用,由于钢结构焊接中存在的缺陷,钢结构/构件远未达到强度极限时就发生破坏或者不能正常工作,导致钢结构达不到设计的预期使用寿命,甚至于远远没有达到预期服役年限,引发了一系列的工程破坏事故. 通过分析、统计发现其中疲劳是钢结构破坏的主要形式之一,本文通过对静载拉伸状态下碳纤维布加固钝形焊缝力学性能试验的分析与研究,发现碳纤维布能够显著提高焊接构件的抗拉极限与使用寿命,以及降低焊缝处的应力集中.由于钢构件粘贴了FRP片材,其传统的疲劳损伤理论失效,本文分析了相关的关于FRP片材的修正疲劳损伤理论. 另外鉴于传统的线性累积损伤理论即Miner法则中存在的不足之处,对预测疲劳寿命有着较大的误差.本文考虑了低于疲劳极限下的小载荷所造成的损伤,同时考虑了工程中实际的

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致谢

第一章绪论

1.1焊接技术在建筑钢结构中的应用

1.1.1焊接作用形式

1.1.2焊接客体

1.1.3焊接客体间关系

1.1.4建筑钢结构中的焊接材料使用情况

1.2钢结构焊接应用中存在的问题及工程事故

1.2.1焊接结构的疲劳问题

1.2.2焊接结构疲劳失效的原因

1.2.3影响焊接结构疲劳强度的主要因素：

1.2.4改善焊接结构疲劳强度的工艺方法

1.2.5钢结构的事故与分析

1.3 国内外建筑钢结构焊接技术现状和发展趋势

1.3.1焊接技术和工艺方法

1.3.2焊接材料

1.3.3国内外建筑钢结构技术进展

1.4本文研究的主要内容

第二章疲劳损伤及疲劳修正理论

2.1疲劳损伤理论

2.1.1Miner疲劳累计损伤理论

2.1.2双线性累积损伤理论

2.2修正公式中涉及到的模糊理论

2.2.1模糊理论简介

2.2.2隶属函数的构造

2.3 本文提出的修正的Miner算法

2.3.1以模糊算法为基础的修正Miner法：

2.3.2修正等式中隶属函数及α的计算问题

2.3.3雨流计数法原理：

2.3.4疲劳寿命估算实例

2.3.5结论

2.4本章小结

第三章FRP加固焊接钢结构

3.1 FRP简介及其在土木工程中的应用

3.1.1 FRP复合材料基本性能简介

3.1.2 FRP材料特点

3.1.3 FRP在土木工程中的应用

3.2 FRP在加固钢结构领域中的理论研究应用

3.2.1传统加固钢结构与FRP加固钢结构特点

3.2.2CFRP粘贴加固钢结构的特点

3.2.3 CFRP加固钢结构的理论研究

3.3 FRP加固钢结构试验研究状况

3.3.1受弯构件加固

3.3.2受拉(压)构件的加固

3.3.3FRP加固钢结构疲劳性能的试验研究

3.4本章小结

第四章CFRP加固焊接钢构件轴向拉伸试验分析

4.1试件的设计与制作

4.1.1金属焊接轴向拉伸试验

4.1.2 CFRP加固焊接金属轴向疲劳试验

4.2试验步骤、方案与结果

4.2.1粘贴CFRP布步骤

4.2.2试验方案

4.2.3试验结果

4.3试验数据采集与分析

4.3.1母材的数据采集与分析

4.3.2粘贴双层CFRP布的试件

4.3.3粘贴单层CFRP布的试件

4.3.4粘贴CFRP布的试件强度分析

4.4本章小结

第五章全文总结

5.1全文总结

5.2展望

参考文献