CFRP局部加固对腐蚀后风电塔筒滞回及屈曲特性影响

作     者：王道永 宋波 刁硕 卢晨虎 WANG Daoyong;SONG Bo;DIAO Shuo;LU Chenhu

作者机构：北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 北京科技大学强震区轨道交通工程抗震研究北京市国际科技合作基地北京100083 

出 版 物：《哈尔滨工业大学学报》 (Journal of Harbin Institute of Technology)

年 卷 期：2023年第55卷第10期

页      面：40-48页

核心收录：

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：国家自然科学基金(52078038) 科技部国家级外专项目(G2021105009L) 北京科技大学科技与文明中外人文交流研究开放课题(2020KFYB012) 

主　　题：风电塔筒 海洋腐蚀 结构屈曲 CFRP加固 有限元模拟 滞回性能 

摘      要：海上风电塔长期服役于海洋腐蚀环境中,塔筒结构在海洋腐蚀环境及风、浪、地震等往复荷载作用下易出现局部屈曲及倒塌破坏。本文提出将碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)用于腐蚀后风电塔筒的局部加固,开展了CFRP-钢结构单剪实验及数值仿真研究。在单剪实验的基础上,基于ABAQUS软件及Python编程开展了CFRP加固腐蚀风电塔筒的滞回性能研究,对比了4种腐蚀工况及6种加固工况结构的破坏形式及耗能机制。研究结果表明:高温环境会使得CFRP与钢的黏结界面出现软化现象,导致CFRP-钢复合结构承载力下降。但在拉力作用下CFRP-钢复合结构均表现为纤维丝断裂早于胶层破坏,在数值模拟时可以将CFRP与钢的黏结关系简化为绑定关系。在循环荷载作用下遭受腐蚀的风电塔筒结构出现提前屈曲,屈曲后结构刚度退化加速,延性降低,材料塑性耗能比例减小,“屈曲铰耗能比例增加,整体耗能能力下降;使用CFRP加固后,可以延缓结构屈曲出现的时间,扩大材料塑性区域,增加材料塑性耗能比例,提升结构整体耗能能力。为防止CFRP加固层数较少时结构出现突发破坏的现象,加固时应注重考察结构延性变化情况。