受拉FRP加固X80钢板中表面裂纹应力强度因子的数值分析.PDF

华 南 理 工 大 学 学 报 （自然科 学版） 第４１卷 第８期 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ．４１　Ｎｏ．８ ２０１３年８月 （ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ） Ａｕｇｕｓｔ　２０１３ 文章编号：１０００５６５Ｘ（２０１３）０８０１０９０６ 　 受拉 ＦＲＰ加固Ｘ８０钢板中表面裂纹应力强度因子的 数值分析 １ １，２ １ 赵传宇　黄培彦 　罗毅 （１．华南理工大学 土木与交通学院，广东 广州５１０６４０； ２．华南理工大学 亚热带建筑科学国家重点实验室，广东 广州５１０６４０） 摘　要：半椭圆表面裂纹是金属结构中比较常见的一种缺陷，在外界因素作用下容易发 生扩展，甚至导致结构破坏，而采用纤维增强复合材料（ＦＲＰ）等新材料对其进行加固维修 可以大幅度提高其使用寿命．文中应用Ａｂａｑｕｓ有限元软件，对受拉ＦＲＰ加固Ｘ８０钢板中 半椭圆表面裂纹的应力强度因子进行数值分析，并给出了加固条件下应力强度因子的半 经验表达式．结果表明，在均匀拉伸载荷作用下，对于应力强度因子及加固效果，裂纹形状 比的影响较大，裂纹相对深度有一定影响． 关键词：表面裂纹；纤维增强复合材料；应力强度因子；钢板；加固 中图分类号：Ｏ３４６．１；Ｕ４４６．１　　 ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００５６５Ｘ．２０１３．０８．０１８ 　　随着社会的发展，钢结构在各类基础设施工程 维半椭圆表面裂纹的应力强度因子进行有限元分析． 中得到了广泛的应用，如石油天然气管道、桥梁、海 洋平台等．在长期的使用过程中，受环境条件和外界 １　有限元分析模型 荷载的影响，钢结构中会不可避免地产生一些缺陷， ［１２］ 以含有表面裂纹的高强管线钢材 Ｘ８０ 钢板 如表面裂纹．表面裂纹的扩展会给工程设施带来很 为研究对象，在高度为Ｈ、宽度为 Ｗ、厚度为Ｂ的钢 大的安全隐患．近年来，国内外学者对表面裂纹问题 板中心部位，有一半椭圆形三维表面裂纹，裂纹长度 ［１６］ 进行了较多的研究工作 ，而且，采用纤维增强复 为２ｃ、深度为ａ、离心角为 ，如图１所示．在钢板有 θ 合材料（ＦＲＰ）加固修复含有裂纹构件的技术也取得 裂纹的一面采用笔者所在课题组发明的新型 ＦＲＰ ［７９］ ［１０］ ［１３］ 了一些进展 ．其中，Ｎｉｃｈｏｌａｓ等 通过实验和有 片材———碳纤维薄板（ＣＦＬ） 予以满贴加固，ＣＦＬ 限元分析对 ＦＲＰ加固含贯穿裂纹的钢结构进行了 的计算厚度为ｔ，如图２所示．在钢板的两端施加荷 ｆ 研究，结果表明粘贴ＦＲＰ加固可以有效地降低裂纹 载为 的均布拉应力．