钢桥面顶板-U肋焊缝表贴增强板材疲劳加固方法研究

来源：中国血液净化杂志2022年第2期北京时间：

作者：邓扬, 刘涛磊, 曹宝雅, 李爱群, 马斌

单位：1. 北京建筑大学 土木与交通工程学院, 北京 100044;2. 东南大学 土木工程学院, 江苏 南京 210096"],"fundList_en":["National Natural Science Foundation of China (51878027); Youth Top Talent Cultivation Program of Beijing Municipal Education Commission (CIT&TCD201904060); Basic Scientific Research Funding of Beijing University of Civil Engineering and Architecture (X20174, X21073); Beijing Postdoctoral Research Foundation (2021-ZZ-105)

摘要：针对正交异性钢桥面板顶板-U肋焊缝疲劳开裂问题,提出在顶板表面粘贴小尺寸增强板材的疲劳加固方法。采用碳纤维增强复合(CFRP)板和钢板2种疲劳加固板材,开展钢桥面局部区域足尺模型疲劳试验,采用热点应力法分析加固前后顶板-U肋焊缝的疲劳性能,最后根据线弹性断裂力学和有限元计算分析,对比分析不同加固板材下焊缝裂纹扩展过程中的应力强度因子变化规律,考察加固时机与加固板材厚度对该焊缝疲劳加固效果的影响。试验结果表明:顶板表面粘贴4 mm厚CFRP板和钢板,焊缝疲劳寿命分别提高87%和196%,双层4 mm厚CFRP板叠层粘贴加固后,焊缝疲劳寿命理论上可提高4.9倍;该焊缝在进行表贴板材疲劳加固时,可采用国际焊接协会的FAT100热点应力<i>S-N</i>曲线进行设计计算;加固方法可有效降低裂纹尖端的应力强度因子幅值,相同厚度钢板抑制裂纹扩展的效果优于CFRP板;在裂纹扩展的早期进行疲劳加固,可使应力强度因子幅值低于疲劳裂纹扩展阈值;进行表贴板材疲劳加固设计时,可在保证桥面铺装服役性能的前提下适当增大加固板材厚度,获得更好的疲劳寿命延长效果;提出的疲劳加固方法施工简便、效果良好,可为在役正交异性钢桥面的疲劳加固维护提供新的技术选择。

关键词：桥梁工程,疲劳加固,疲劳试验,正交异性钢桥面板,CFRP板,线弹性断裂力学

基金资助：国家自然科学基金项目(51878027);北京市教委青年拔尖人才培育计划项目(CIT&TCD201904060); 北京建筑大学基本科研业务费项目(X20174,X21073);北京市博士后经费资助项目(2021-ZZ-105)