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      在工業建筑中，疲勞破壞是吊車鋼梁在反復荷載作用下的主要失效模式之一。在我國建國初期建造的工業廠房中，吊車鋼梁超期和超限服役的現象普遍存在。因此，對這些鋼結構吊車梁進行評估和加固已經成為迫切需要解決的問題。以往采取的加固方法多為加焊鋼板，但是這種方法存在著諸如增加結構自重、焊接缺陷等不足，碳纖維增強復合材料(CFRP)以其優越的物理力學性能、施工簡易等特點，被廣泛應用于鋼結構的補強與加固。但是，目前對CFRP加固結構的研究主要集中在靜態力學的有限元分析等方面，而對結構在交變載荷下疲勞性能的研究卻相對較少，且多以實驗為主。
      將CFRP貼于吊車鋼梁底層，在交變荷載的作用下，提高承載能力和降低應力幅值的方法，間接提高其疲勞強度和疲勞壽命。采用有限元方法對CFRP加固吊車鋼梁的抗疲勞性能進行模擬分析，并且將模擬分析與實驗結果進行了對比，利用有限元分析軟件結合疲勞構件的特點，提出“實體-膜”的力學模型，并分別分析了無CFRP、單層CFRP加固和雙層CFRP加固等3種情況下的吊車鋼梁的疲勞性能。結果表明：在CFRP滿足一定厚度時，吊車鋼梁的疲勞性能有所提高，提高的幅度與CFRP本身的性能有關，模擬分析結果也和實驗結果相一致。
      利用有限元法(FEM)對CFRP加固吊車鋼梁的疲勞性能進行模擬分析，FEM模型要最大限度的反映實際問題，而且不能過于復雜。文獻提出了一些較為實用的有限元模型，但這些模型較為復雜，不適合疲勞分析的特點.筆者根據吊車鋼梁受周期載荷的實際特點，提出了“實體-膜”的分析模型，模型中沒有考慮粘結層，主要是因為其彈性模量與CFRP材料及鋼材相比小很多，對鋼梁的影響非常小。在進行模擬分析時，假設構件在疲勞破壞之前，其與CFRP材料之間始終處于共同工作的狀態。在有限元分析中，膜單元的特點是平面內只承受拉力，不能承受壓力，平面外不承受彎矩的作用，這與CFRP片材的受力特點相吻合。在單元類型的選取上，鋼梁采用實體SOLID92單元(空間四面體單元)，CFRP片材采用膜體SHELL41單元，計算模型是根據鞍山鋼鐵公司使用的真實吊車鋼梁縮尺(1/6)而建立，模型的基本尺寸和加載方式如圖所示，有限元網格劃分模型如圖所示，給出各材料的物理參數。
      通過表可以看出：無論是在哪種工況下，吊車鋼梁的應力幅值都隨加固CFRP層數的增加而減小，而疲勞壽命隨加固層數的增加而增大。表給出各加固情況下吊車鋼梁應力幅值減小幅度及其疲勞壽命增加幅度。

                                                                                  專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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