正交异性钢桥面板弧形切口及其CFRP补强的疲劳性能

作     者：李传习 柯璐 陈卓异 贺君 郭立成 焦阳 LI Chuan-xi;KE Lu;CHEN Zhuo-yi;HE Jun;GUO Li-cheng;JIAO Yang

作者机构：长沙理工大学桥梁工程安全控制教育部重点实验室湖南长沙410114 佛山市路桥建设有限公司广东佛山528303 亚利桑那州立大学材料科学与工程系亚利桑那坦佩85287 

出 版 物：《中国公路学报》 (China Journal of Highway and Transport)

年 卷 期：2021年第34卷第5期

页      面：63-75页

核心收录：

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51978081,51778069,51708047,51808056) 广东省交通厅科技项目(201602010) 湖南省自然科学基金项目(2019JJ50670) 

主　　题：桥梁工程 疲劳性能 足尺模型试验 正交异性钢桥面板 CFRP 加固 

摘      要：横隔板弧形切口疲劳裂纹为正交异性钢桥面板的主要疲劳病害之一,为研究该细节的疲劳抗力与裂纹处治技术开展了正交异性钢桥面足尺模型疲劳试验,对横隔板光滑弧形切口、含人工缺陷弧形切口、以及CFRP单面加固含人工缺陷弧形切口的疲劳性能进行了比较研究;结合有限元方法对横隔板光滑弧形切口疲劳评估方法进行了探讨。结果表明:打磨光滑的横隔板弧形切口在标准疲劳车作用下的疲劳寿命超过5 000万次,基本不存在疲劳问题。车轮荷载横隔板弧形切口处存在显著的压应力集中,热残余应力和轮载应力幅的组合效应构成了弧形切口疲劳开裂的外部驱动力。此外,初始几何缺陷是该细节疲劳开裂的重要影响因素。光滑弧形切口的疲劳评估,可采用距切口自由边6 mm处横隔板表面的主应力作为该细节名义应力,其疲劳抗力高于AASHTO规范的疲劳等级A(CAFL为165 MPa)。外贴CFRP补强可有效阻止含缺陷弧形切口处疲劳裂纹的发展。若以裂纹长度6.5 mm作为损伤容限,单面粘贴CFRP加固含缺陷横隔板弧形切口的疲劳寿命为未加固切口的14.5倍以上;若采用双面CFRP加固寿命将提高更多,提高幅度有待进一步研究。