基于钢箱梁正交异性板的疲劳损伤加固技术试验研究

发布时间：2017-09-18 11:10

  本文关键词：基于钢箱梁正交异性板的疲劳损伤加固技术试验研究

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【摘要】：现今,钢箱梁正交异性板疲劳损伤维修技术多着眼于铺装层结构的改进研究,而较少对采用纤维布复合材料(FRP)的抗疲劳加固形式进行深入研究。为此,本文基于HIROX三维显微无损检测技术捕捉疲劳损伤微裂纹,并通过13根足尺构件的疲劳试验,针对碳纤维布(CFRP)、碳玻混杂纤维布(C/GFRP)以及裂纹焊合法三种不同加固形式,进行了正交异性板的抗疲劳性能试验研究与理论分析。给出了合理选择钢箱梁正交异性板抗疲劳加固时机与加固方法的建议,成果可为钢结构桥梁预防性养护工程应用提供参考依据。主要研究内容与结论如下:1.应用HIROX三维显微无损检测技术捕捉微裂纹,并结合HSV颜色空间图像分析方法以确定抗疲劳加固时机。分析结果表明:疲劳裂纹宽度及长度和金属疲劳存在着耦合关系,当裂纹宽度及长度超过加固时机特征阈值之后构件即进入更深层次的疲劳状态,并基于此划分三个疲劳损伤评测区间。2.进行1根静载试验件、2根未加固试验件及10根加固试验件的疲劳试验。试验结果表明:碳纤维布、碳玻混杂纤维布以及裂纹焊合法三类加固试验件与未加固试验件疲劳破坏表现形式几近相同,疲劳破坏前期皆体现良好的线性状态,但在接近破坏时结构刚度显著下降,呈现明显的脆性破坏特征。3.对比碳纤维布、碳玻混杂纤维布与常规修复方法裂纹焊合法的疲劳性能与加固效果。试验结果表明:疲劳损伤程度较低时,三类加固法试件疲劳寿命提升效果处于同一梯度;疲劳损伤程度较高时,采用纤维布加固法的试件疲劳寿命提升效果皆劣于裂纹焊合法,且该种比对效应随着损伤的进一步加深而越为显著。4.通过ANSYS对多层纤维布整体、局部粘贴与三类加固方法所建模型进行有限元热点应力分析。分析结果表明:同一纤维布层数下,整幅粘贴较局部粘贴形式更具加固优势;随着纤维布层数的不断递增,其加固效果有所提高,但提升幅度较低。由此在保证结构安全的前提下,考虑加固成本与整体效果建议选择单层整幅纤维布粘贴形式。
【关键词】：正交异性板 损伤检测 加固时机 加固方法 疲劳试验 热点应力分析
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U445.72
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 注释表14-16
• 第一章 绪论16-25
• 1.1 研究背景16-17
• 1.2 钢箱梁正交异性板抗疲劳损伤研究概况17-21
• 1.2.1 钢箱梁正交异性板疲劳问题17-18
• 1.2.2 国内外正交异性板加固技术18-20
• 1.2.3 FRP纤维布加固技术研究现状20-21
• 1.3 钢箱梁疲劳损伤无损检测方法21-24
• 1.3.1 疲劳裂纹常规无损检测技术21-22
• 1.3.2 HIROX三维显微无损检测技术22-24
• 1.4 研究目的及内容24-25
• 第二章 钢箱梁正交异性板疲劳损伤加固时机研究25-50
• 2.1 研究思路与试验目标25
• 2.2 节段式未加固试件疲劳试验设计25-35
• 2.2.1 未加固试验件制作25-27
• 2.2.2 材料性能与静力试验27-29
• 2.2.3 未加固疲劳试验设计29-31
• 2.2.4 HIROX图像数据采集31-33
• 2.2.5 试验主要仪器与装置33-35
• 2.3 未加固对比试件疲劳试验结果分析35-42
• 2.3.1 试验现象综合描述35-37
• 2.3.2 加劲肋荷载-位移曲线比对37
• 2.3.3 母材荷载-应变曲线比对37-40
• 2.3.4 未加固试验件裂纹形貌比对40-42
• 2.4 正交异性板抗疲劳加固时机确定42-49
• 2.4.1 基于颜色空间的裂纹检测方法42-44
• 2.4.2 有效真值裂纹提取方法44-47
• 2.4.3 加固时机特征点确定47-49
• 2.5 本章小结49-50
• 第三章 钢箱梁正交异性板抗疲劳加固方法与试验研究50-94
• 3.1 钢箱梁加固维修方案选择50-51
• 3.1.1 钢箱梁加固维修一般方法50
• 3.1.2 FRP纤维布加固维修技术50-51
• 3.2 疲劳试验方案设计51-57
• 3.2.1 加固试验件制作51-55
• 3.2.2 FRP材料性能55-56
• 3.2.3 疲劳加固试验设计56-57
• 3.3 试验过程与现象描述57-69
• 3.3.1 CFRP纤维布加固试验件57-62
• 3.3.2 C/GFRP纤维布加固试验件62-67
• 3.3.3 裂纹焊合法加固试验件67-69
• 3.4 加固试件试验结果对比分析69-90
• 3.4.1 母材应变69-81
• 3.4.2 纤维布应变81-86
• 3.4.3 加劲肋挠度86-90
• 3.5 试验结果汇总90-93
• 3.5.1 裂纹萌生与发展90-91
• 3.5.2 试验件刚度退化91-92
• 3.5.3 加固效果与时机分析92-93
• 3.6 本章小结93-94
• 第四章 抗疲劳加固的节段式钢箱梁热点应力分析94-126
• 4.1 钢箱梁热点应力分析方法94-98
• 4.1.1 热点应力定义与分类94-96
• 4.1.2 热点应力计算确定方法96-98
• 4.2 抗疲劳加固模型有限元分析98-107
• 4.2.1 FRP纤维布加固模型建立98-99
• 4.2.2 裂纹焊合法加固模型建立99-100
• 4.2.3 有限元数值计算结果分析100-105
• 4.2.4 热点应力数值计算对比分析105-107
• 4.3 多层FRP纤维布加固模型有限元分析107-125
• 4.3.1 多层FRP纤维布加固模型建立107-109
• 4.3.2 有限元数值计算结果分析109-120
• 4.3.3 热点应力数值计算对比分析120-125
• 4.4 本章小结125-126
• 第五章 总结与展望126-128
• 5.1 主要结论与成果126-127
• 5.2 展望127-128
• 参考文献128-131
• 致谢131-132
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文132

【参考文献】

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本文编号：875161