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国联云:桥梁直播第二十场上线——姜旭讲解高性能材料SMA和CFRP在钢桥疲劳裂缝修复领域的应用互联网

2020-05-08 11:56:37
(国联资源网讯)钢桥在往复荷载作用下易出现疲劳开裂,极大地影响了桥梁的使用安全性及耐久性,已成为桥梁工程领域关注的热点问题。以机械修复和热源修复为代表的传统修复裂纹方法,均是在这个研究方向上的有效尝试

(国联资源网讯)钢桥在往复荷载作用下易出现疲劳开裂,极大地影响了桥梁的使用安全性及耐久性,已成为桥梁工程领域关注的热点问题。以机械修复和热源修复为代表的传统修复裂纹方法,均是在这个研究方向上的有效尝试,但工程应用中仍存局限性。4月21日,国联云邀请到同济大学副教授姜旭做客桥梁直播间,为大家讲解高性能材料SMA和CFRP在钢桥疲劳裂缝修复领域的应用。

国联云:桥梁直播第二十场上线——姜旭讲解高性能材料SMA和CFRP在钢桥疲劳裂缝修复领域的应用

姜教授本次讲解主要针对高性能材料SMA和CFRP,介绍国内外在钢桥“无损冷修复”领域的最新研究成果、工程应用及未来发展趋势,修复方法利用SMA形状记忆性引入预应力,以及质轻高强CFRP材料优良的受力性能,以期达到控制疲劳裂缝恶化发展,提高桥梁使用寿命的目的。

姜教授对高性能材料(SMA、FRP)做了介绍,通过实验的验证,让我们了解到SMA(形状记忆合金,分为NiTiNb、Fe-SMA)具有四个特性,低温冷拉塑性变形后的SMA材料受热后能够恢复其初始形状;加热SMA,约束形变引入预应力;形变(即预应力)均匀;超弹性。FRP(纤维增强复合材料),具备的特性表现为:轻质高强;耐疲劳、耐腐蚀;CFRP布适用于曲面等各种形状的结构加固;FRP材料中的纤维排布可根据待修复结构的受力状态进行设计。姜教授结合国外钢桁架桥(工字型梁)加固案例做了详细讲解。

结合实验研究,姜教授还介绍了正交异性钢桥板疲劳裂缝修复的情况,并针对弧形开口处的疲劳裂纹进行了研究。姜教授表示,由于现有设计及评价方法主要基于S-N曲线,仅考虑应力幅与疲劳寿命的关系,忽略了疲劳裂纹萌生及扩展的过程及其影响参数,桥梁的实际使用性能需求导致在运营管养中对疲劳问题的考量不同,所以在设计阶段做了疲劳裂纹萌生的研究,运营管养做了疲劳裂纹扩展的研究。

国联云:桥梁直播第二十场上线——姜旭讲解高性能材料SMA和CFRP在钢桥疲劳裂缝修复领域的应用

对此姜教授提出了采用CFRP加固方式。从试验模型合理性分析到试验试件制备,正式疲劳阶段荷载设计、试件疲劳试验等,再到各修复方法有限元模拟,如:NiTiNb-SMA及CFRP粘贴加固止裂孔法、Fe-SMA粘贴加固止裂孔法、止裂孔法、CFRP加固止裂孔法,通过系列试验得出:在相同荷载作用下,与止裂孔法相比,CFRP、NiTiNb-SMA及CFRP复合贴片和Fe-SMA的加入能使B点应力分别降低58.8%、69.0%和83.8%;在施加预应力方面,Fe-SMA优于NiTiNb-SMA;在刚度提升方面,比较四种方案在仅有拉力作用下的计算结果可以发现,与止裂孔法相比,其余三种加固方案均能使B点拉应力有较大幅度的降低。其中,单独使用CFRP和Fe-SMA的效果相当,而NiTiNb-SMA的加入对提升截面刚度的贡献不大;CFRP和NiTiNb-SMA在修复过程中的分工较为明确,CFRP的作用是提高截面刚度,从而减小应力幅;NiTiNb-SMA的作用是引入预压应力,从而减小平均应力。而Fe-SMA由于同时具有形状记忆效应和较大的刚度,因而可以兼顾起到施加预应力和提高截面刚度的作用。

国联云:桥梁直播第二十场上线——姜旭讲解高性能材料SMA和CFRP在钢桥疲劳裂缝修复领域的应用

姜教授的精彩分享吸引1.2万观众在线收看本次直播,从直播间的互动可以看出,姜教授细致、详细的讲解,深得观众青睐。答疑环节,向姜教授讨教的问题不断,姜教授对此一一作答。随着经济的发展,高强度、轻型、耐腐蚀、耐久性的新材料的开发及新的设计理念、施工技术的广泛应用,未来钢桥在我国的发展前景及质量将逐渐提高。透过桥梁观众与姜教授的互动,也可以看出大家对钢桥的发展已开始了未雨绸缪。由此,非常感谢姜教授的分享,感谢观众朋友们的大力支持,更多精彩内容请关注“国联云”小程序及公众号、“桥梁工程与技术”公众号,最新课程、讲师解答将在此公布。


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