碳纤维复合材料改善钢结构疲劳性能研究现状

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1、第27卷第3期结构工程师Vol．27，No．32011年6月StructuralEngineersJun．2011碳纤维复合材料改善钢结构疲劳性能研究现状*余倩倩陈涛顾祥林(同济大学建筑工程系，上海200092)摘要疲劳损伤是钢结构失效的重要原因，现有的补强及止裂方法存在各自的缺点，而碳纤维复合(CFRP)材料轻质高强，疲劳性能好，采用CFRP材料补强能够避免打孔、焊接等过程，具有其他方法所不能比拟的优点。通过对国内外关于CFRP材料改善钢结构疲劳性能的试验研究、数值模拟、参数分析等方面的研究现状及其成果的总结分析，表明CFRP材料对钢结构疲劳性能有明显的改善作用。已有的试验研究主要集

2、中在梁式试件、板式试件和部分焊接接头三类试件;数值模拟基于断裂力学理论展开，采用有限元和边界元两种方法。但由于研究对象缺乏普遍性，分析方法存在重要假定，有关钢结构焊接接头疲劳性能补强方面的研究有待进一步加强，以便指导工程之用。关键词碳纤维复合材料，钢结构，疲劳性能，试验研究，数值模拟，参数分析State-of-the-artonFatigueBehaviorofSteelStructuresStrengthenedwithCarbonFibreReinforcedPolymerMaterials*YUQianqianCHENTaoGUXianglin(DepartmentofBuild

3、ingEngineering，TongjiUniversity，Shanghai20092，China)AbstractFatiguedamageisoneofthemainfailuremodesforsteelstructures．Existingstrengtheningwaysorcrackarrestmethodshavetheirownshortcomings．Theoutstandingpropertiesofcarbonfibrereinforcedpolymer(CFRP)materialsuchashighstrength-to-weightratio，excell

4、entfatiguebehaviourhavemadeitanidealalternativeforsteelplatesinstrengtheningwork．Furthermore，thestrengtheningmethodsuccessfullyavoidsgeneratingnewholeorwelding．Thestate-of-the-artonfatiguebehaviourofsteelstructuresstrengthenedwithCFRPmaterialsweresummarizedfromseveralaspectsasexperimental，numeri

5、calandparametricanalysis．PreviousstudieshavedemonstratedtheCFRPapplicationinimprovingfatiguebehaviourofmetallicstructures．Threetypesofspecimensthatarebeam，plateandweldedjointaregenerallyadoptedintests．Numericalsimulationisusuallycarriedoutwithfiniteelementmethodorboundaryelementmethodbasedonfrac

6、turemechanics．However，previousstudiesarelimitedinspecimenvarietyandanalysisisstillinexploratorystage．FurtherresearchforstrengtheningweldedjointswithCFRPisstillneededtoguidetheengineeringapplication．Keywordscarbonfibrereinforcedpolymermaterial;steelstructure;fatiguebehaviour;experimentalstudy;num

7、ericalsimulation;parametricanalysis［1］告指出，世界范围内有大量建于19世纪末201引言世纪初的金属结构基础设施，包括工业建筑、桥梁、高架桥、地铁等。随着我国经济的不断发展，建筑业研究和信息协会(onstructionIndustry钢结构和钢－混凝土组合结构应用于桥梁和房屋ResearchandInformationAssociation，CIRIAC)报建筑物也越来越普及。这些建筑结构在使用过程收稿日期: