CN111379434A - 一种变截面吊车梁碳纤维加固方法 - Google Patents

Abstract

一种变截面吊车梁碳纤维加固方法，其包括如下步骤：1)对发生开裂的构件在需要粘贴碳纤维布的区域打磨平整，清除表面的浮尘、积灰；2)按照加固设计的尺寸裁剪碳纤维布，然后涂刷浸泡粘合剂后的碳纤维布，将碳纤维布固定在粘贴部位，其后采用滚筒顺碳纤维布的纹路方向单向滚动，以排除其内部空鼓。本发明变截面吊车梁碳纤维加固方法，当吊车梁开始出现裂纹后，采用加固手段使其延长一定寿命，可以达到短期或长期使用的目标。

Description

一种变截面吊车梁碳纤维加固方法

技术领域

本发明涉及建筑结构，特别涉及一种变截面吊车梁碳纤维加固方法。

背景技术

某钢厂钢板坯清理跨设计有20根直角突变式变截面钢吊车梁，该变截面钢吊车梁包括由上、下翼缘和腹板焊接形成的工字型梁及其两端的直角形突变支座；所述直角式突变支座由位于工字型梁端面的上、下封板及与上、下封板呈直角连接并插入腹板的插入板组成。

在对吊车梁系统进行精密点检时，发现结构构件及连接节点局部出现结构缺陷，特别是在X1轴4根吊车梁插入板与封板连接处出现裂缝共5处，其中一处贯穿，单条裂缝最大长度600mm。对变截面吊车梁出现的裂纹，如果不及时加以处理，可能会导致严重的后果。

发明内容

本发明的目的在于设计一种变截面吊车梁碳纤维加固方法，当吊车梁开始出现裂纹后，采用加固手段使其延长一定寿命，可以达到短期或长期使用的目标。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种变截面吊车梁碳纤维加固方法，其包括如下步骤：

1)对发生开裂的构件在需要粘贴碳纤维布的区域打磨平整，清除表面的浮尘、积灰；

2)按照加固设计的尺寸裁剪碳纤维布，然后涂刷浸泡粘合剂后的碳纤维布，将碳纤维布固定在粘贴部位，其后采用滚筒顺碳纤维布的纹路方向单向滚动，以排除其内部空鼓。

优选的，步骤2)中，所述碳纤维布粘贴两层，下层碳纤维布方向沿吊车梁轴向粘贴，上层碳纤维布纹路方向与下层碳纤维布纹路方向交叉成90度±10度垂直，即沿吊车梁径向粘贴。

优选的，步骤2)中，所述碳纤维布粘贴两层，下层碳纤维布方向沿吊车梁轴向粘贴，上层碳纤维布纹路方向与下层碳纤维布纹路方向垂直，即沿吊车梁径向粘贴。

优选的，步骤1)中，打磨完后用砂纸交叉打磨，保证磨痕与待粘贴的碳纤维布方向成45度±10度。

优选的，步骤2)中，所述碳纤维布的粘贴位置位于吊车梁应力集中位置，即在插入板尽头的圆孔处，粘贴位置以该圆孔为中心粘贴，碳纤维布粘贴若干层，交织粘贴，第1层碳纤维布横向贴，第2层碳纤维布纵向贴，如此循环；碳纤维布下边一直贴到吊车梁的下翼缘；以插入板为界，粘贴碳纤维布的上边部分是下半部分的1-1.5倍，左右以圆孔为中心均布。

优选的，所述碳纤维布选用碳纤维布UT70-30。

优选的，所述粘合剂选用E2500S环氧树脂粘合剂。

本发明的有益效果：

1)根据直角突变式吊车梁疲劳破坏特点，提出碳纤加固方案，并建立有限元分析模型，共进行了十余次的有限元分析计算，结果表明，吊车梁插入板端头圆孔位置粘贴碳纤维后，该部位的应力有所降低，而且初始裂纹尖端的应力强度因子有明显降低，加固后裂纹表面的裂纹扩展速度降低了87％，裂纹中心的裂纹扩展速度降低了87％；可见该种加固方式可有效增加构件的疲劳寿命。

2)对粘贴碳纤维的加固方案的8个变截面端头模型试件进行疲劳试验，疲劳试验结果表明，在裂纹出现前，CFRP加固可有效延长其疲劳裂纹出现的时间，裂纹出现后，CFRP加固方法可有效抑制疲劳裂纹的扩展，延长其使用寿命一倍以上。

3)采用碳纤维加固方案，在现有生产工艺、生产强度不变的条件，可满足加固后安全使用8年的要求。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例中碳纤维布的结构示意图。

图3为本发明实施例中碳纤维布粘贴过程示意图。

图4为本发明实施例的加固前、加固后构件疲劳强度S-N示意图。

(图中，圆点数据点为加固前；三角形数据点为加固后)

具体实施方式

参见图1～图3，本发明的一种变截面吊车梁碳纤维加固方法，其包括如下步骤：

1)对发生开裂的构件在需要粘贴碳纤维布CFRP的区域打磨平整，清除表面的浮尘、积灰；

2)按照加固设计的尺寸裁剪碳纤维布，然后涂刷浸泡粘合剂后的碳纤维布，将碳纤维布固定在粘贴部位，其后采用滚筒顺碳纤维布方向单向滚动，以排除其内部空鼓。

优选的，步骤2)中，所述碳纤维布粘贴两层，下层碳纤维布方向沿吊车梁轴向粘贴，上层碳纤维布纹路方向与下层碳纤维布纹路方向垂直，即沿吊车梁径向粘贴。

优选的，步骤1)中，打磨完后用砂纸交叉打磨，保证磨痕与待粘贴的碳纤维布方向成45度±10度。

优选的，所述碳纤维布选用碳纤维布UT70-30。

优选的，所述粘合剂选用E2500S环氧树脂粘合剂。

如图1所示，所述变截面钢吊车梁1包括由上、下翼缘11、12和腹板13焊接形成的工字型梁及其两端的直角形突变支座14；所述直角式突变支座14由位于工字型梁端面的上、下封板141、142及与上、下封板141、142呈直角连接并插入腹板13的插入板143组成。

在本实施例中，经试验和有限元分析，该吊车梁1应力集中位置在插入板143尽头的圆孔144处，因此粘贴位置以圆孔144为中心粘贴，如图1所示；碳纤维布2粘贴6层，交织粘贴，如图2、图3所示，碳纤维布CFRP片材选取UT70-30，单层厚度为0.167mm，抗拉强度为3900MPa，弹性模量为2.5×10⁵MPa，伸长率为1.8％；碳纤维布大小为300*200mm，第1层碳纤维布横向贴，第2层碳纤维布纵向贴，如此循环，共6层；碳纤维布2下边一直贴到吊车梁1的下翼缘12；以插入板143为界，上边部上边部分是下半部分的1-1.5倍，左右以圆孔144为中心均布，各150mm。

碳纤维布CFRP加固疲劳试验：

试件简支在东西两侧的台座上，一断是固定刀口支座，一端是滚轴支座，利用瑞士AMSLER油压脉冲疲劳试验机进行加载，加载频率选为220次/分钟，最小荷载与最大荷载之比为0.1。试验共制作4根构件，保证4根有效，保证8各有效数据点。构件加载吨位及支座反力如下表1所示：

表1加载吨位及支座反力

加固前：

根据计算分析和实际测试，插入板端部小圆孔处存在较大的应力集中，这是造成此处疲劳裂缝的重要原因。在统计确定其S-N曲线时，选取裂缝出现前小圆孔处最大主应力作为统计参量。

试件插入板端部小圆孔处的疲劳寿命定义为出现肉碱可见的裂纹，此时裂纹长度一般在20mm左右，相当于实际吊车梁直角突变处出现100mm左右的裂缝。

疲劳试验结果汇总于表2，对表中所有疲劳试验数据进行回归分析，得到以下S-N曲线。

lg(N)＝12.319-2.6lg(σ) (1)

标准差为s＝0.14，

相关系数R＝-0.93，

式中N为疲劳寿命，裂缝长度达到20mm时的应力循环次数；

σ为小圆孔处最大主应力值；

满足95％保证率的S-N曲线为：

lg(N)＝12.04-2.6lg(σ) (2)

疲劳曲线和试验结果如图4数据点所示。

表2疲劳试验结果汇总表

加固后：

疲劳试验结果汇总于表3。

表3疲劳试验结果汇总表

试验结果：

经过疲劳试验，4根加固后的构件在循环加载300万次后，均未出现疲劳裂纹，或原有的疲劳裂纹出现明显扩展，由于试验构件所能承受的最大静力荷载为40t，试验中构件的最大动载上限为35t，且考虑到实际工程中电炉管坯连铸主厂房原料跨直角突变式吊车梁的最不荷载工况仅相当于试验中20吨的加载吨位，因此，碳纤维布CFRP加固可有效提高该类变截面钢吊车梁的疲劳性能，有效抑制或防止插入板端部小圆孔处疲劳裂纹的扩展。

Claims (7)

1.一种变截面吊车梁碳纤维加固方法，其特征是，包括如下步骤：

1)对发生开裂的构件在需要粘贴碳纤维布的区域打磨平整，清除表面的浮尘、积灰；

2)按照加固设计的尺寸裁剪碳纤维布，然后涂刷浸泡粘合剂后的碳纤维布，将碳纤维布固定在粘贴部位，其后采用滚筒顺碳纤维布的纹路方向单向滚动，以排除其内部空鼓。

2.如权利要求1所述的变截面吊车梁碳纤维加固方法，其特征是，步骤2)中，所述碳纤维布粘贴两层，下层碳纤维布方向沿吊车梁轴向粘贴，上层碳纤维布纹路方向与下层碳纤维布纹路方向交叉成90度±10度垂直，即沿吊车梁径向粘贴。

3.如权利要求1所述的变截面吊车梁碳纤维加固方法，其特征是，步骤2)中，所述碳纤维布粘贴两层，下层碳纤维布方向沿吊车梁轴向粘贴，上层碳纤维布纹路方向与下层碳纤维布纹路方向垂直，即沿吊车梁径向粘贴。

4.如权利要求1所述的变截面吊车梁碳纤维加固方法，其特征是，步骤1)中，打磨完后用砂纸交叉打磨，保证磨痕与待粘贴的碳纤维布方向成45度±10度。

5.如权利要求1所述的变截面吊车梁碳纤维加固方法，其特征是，步骤2)中，所述碳纤维布的粘贴位置位于吊车梁应力集中位置，即在插入板尽头的圆孔处，粘贴位置以该圆孔为中心粘贴，碳纤维布粘贴若干层，交织粘贴，第1层碳纤维布横向贴，第2层碳纤维布纵向贴，如此循环；碳纤维布下边一直贴到吊车梁的下翼缘；以插入板为界，粘贴的碳纤维布的上边部分是下半部分的1-1.5倍；左右以圆孔为中心均布。

6.如权利要求1所述的变截面吊车梁碳纤维加固方法，其特征是，所述碳纤维布选用碳纤维布UT70-30。

7.如权利要求1所述的变截面吊车梁碳纤维加固方法，其特征是，所述粘合剂选用E2500S环氧树脂粘合剂。

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