[发明专利]一种碳纤维复合材料加固钢结构界面粘结性能评估方法

说明书

本发明提供一种碳纤维复合材料加固钢结构界面粘结性能评估方法，包括：计算钢粘结界面切应力τ以及钢基体滑移量s；计算粘结界面最大剪切应力τsubgt;max/subgt;；计算界面断裂能Gsubgt;f/subgt;；计算初始滑移量ssubgt;1/subgt;；计算最大滑移量ssubgt;f/subgt;；绘制CFRP‑钢界面粘结性能评估模型预测曲线。本发明提出了碳纤维复合材料加固钢结构界面粘结性能评估方法，全面地考虑了实际工程中可能涉及到的不同表面处理形式；相对传统单一表面处理方法，本发明适用范围更广；基于参数拟合及简化方法，得到了不同表面处理条件下便于实际工程应用的剪切应力‑滑移双曲线；相对传统方法，本发明更准确且更可靠。本发明不需要借助高性能计算机，计算方便简洁，速度快，成本低。

技术领域

本发明涉及海洋平台钢结构加固领域，特别涉及一种碳纤维复合材料加固钢结构界面粘结性能评估方法。

背景技术

海洋平台是以钢结构为主体建设的海上油气开发基础平台。考虑到恶劣的海洋环境以及使用年限问题，部分海洋平台亟待加固以满足继续使用的要求。长期处于盐雾、潮气和海水等恶劣的海洋环境中，会导致钢结构力学性能的恶化，降低结构可靠性，从而严重影响结构的使用寿命和安全。钢结构建筑在海洋环境下腐蚀及疲劳裂纹。采取有效措施提升钢结构性能，延长结构使用年限已迫在眉睫。近年来，采用碳纤维复合材料(CarbonFiberReinforced Polymer,简称CFRP)加固钢结构逐渐得到了应用。CFRP通过粘结剂与钢构件进行结合形成新的组合构件，达到提升钢结构整体力学性能的目的。CFRP加固钢结构界面粘结性能对组合构件力学性能起到决定性作用，粘结性能不足可能导致CFRP的提前脱粘，进而导致加固失效。CFRP-钢界面粘结性能评估方法通常用于反映CFRP-钢界面的本构关系，是CFRP加固钢结构力学性能数值分析的关键部分。该方法可通过CFRP-钢双搭接剪切接头(如图1所示)的拉伸试验获得。典型的CFRP-钢界面粘结性能评估模型，如图2所示。

钢材表面处理对粘结性能起到决定性作用，不同表面处理得到粘结性能具有一定的差距。目前在CFRP与钢粘结研究中，大多对钢材表面采用喷砂处理，然而在实际海洋平台加固中，部分作业空间受限区域(例如：高空区域)无法进行喷砂处理。在此基础上，机械打磨方式成为了另外一种不可替代的表面处理方式。已有界面性能评估方法没有考虑不同的钢材表面处理方式的影响，这导致该方法具有巨大的局限性，不适用于实际工程。此外，由于没有考虑不同的表面处理方式，采用上述方法会导致部分粘结界面力学性能的高估。

发明内容

本发明实施例提供了一种碳纤维复合材料加固钢结构界面粘结性能评估方法。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

本发明提供了一种碳纤维复合材料加固钢结构界面性能评估方法。本发明考虑了各类常见表面处理方式，通过本发明可直接计算得到不同表面处理方式的CFRP-钢界面性能评估曲线。相对传统的CFRP-钢界面性能评估方法，本发明所提出的方法更具普适性且更加安全。

本发明实施例提供了一种碳纤维复合材料加固钢结构界面粘结性能评估方法，其改进之处在于，包括：

(1)计算钢粘结界面切应力τ以及钢基体滑移量s；

(2)计算粘结界面最大剪切应力τ_max；

(3)计算界面断裂能G_f；

(4)计算初始滑移量s₁；

(5)计算最大滑移量s_f；

(6)绘制CFRP-钢界面粘结性能评估模型预测曲线；