一种基于CFRP加固海洋平台圆钢管结构稳定承载力评估方法技术

本发明专利技术一种基于CFRP加固海洋平台圆钢管结构稳定承载力评估方法，包括(1)获取CFRP粘贴钢管参数；(2)采用等效截面法，计算加固后的复合构件的等效长细比；(3)计算CFRP加固后钢管结构的稳定承载力；(4)根据实际载荷和稳定承载力进行判断。本发明专利技术采用等效截面法，引入模量比参数，将CFRP环向粘贴、CFRP纵向粘贴以及CFRP环向纵向交替粘贴时的等效截面面积和等效截面惯性矩的计算公式合并为一种计算公式，将CFRP的截面积等效为钢材的截面积，计算加固后的复合构件的等效长细比，从而计算出CFRP加固后钢管结构的稳定承载力，不需要借助于有限元分析进行计算，计算过程快，精度高，最终实现CFRP加固海洋平台圆钢管结构稳定承载力的直接评估。力的直接评估。力的直接评估。

【技术实现步骤摘要】
一种基于CFRP加固海洋平台圆钢管结构稳定承载力评估方法


[0001]本专利技术涉及导管架海洋平台加固
，特别涉及一种基于CFRP加固海洋平台圆钢管结构稳定承载力评估方法。

技术介绍

[0002]海洋导管架平台在服役期间因其所处海洋工作环境复杂多变，导致平台节点和杆件结构出现凹陷、裂缝等损伤，影响平台使用可靠性和安全性。为了延长在役平台使用寿命，确保平台安全工作，需要对损伤的结构进行加固修复。碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer，简称CFRP)质量轻、弹性模量大、抗火、耐腐蚀，与传统灌浆、卡箍、加肋板等加固修复方式相比，使用碳纤维增强复合材料加固修复损伤结构具有不增加自重、不存在残余应力、施工简单方便等优点。
[0003]目前，碳纤维加固修复技术已经得到广泛的应用，但在加固导管架平台杆件方面的研究较少，且现有碳纤维加固修复钢结构的理论研究还尚不成熟，缺乏具有指导意义的评估方法。为了对CFRP加固效果进行研究，需要提出一种方法对CFRP加固圆钢管结构的稳定承载力进行准确的评估。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供了一种基于CFRP加固海洋平台圆钢管结构稳定承载力评估方法。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。
[0005]本专利技术实施例提供了一种基于CFRP加固海洋平台圆钢管结构稳定承载力评估方法，其改进之处在于，包括：
[0006](1)获取CFRP粘贴钢管参数；
[0007](2)采用等效截面法，计算加固后的复合构件的等效长细比；
[0008](3)计算CFRP加固后钢管结构的稳定承载力；
[0009](4)根据实际载荷和稳定承载力进行判断。
[0010]优选的，所述步骤(1)钢管参数包括钢管外直径、钢管壁厚、钢管总长、钢管弹性模量和屈服强度。
[0011]优选的，所述步骤(2)包括通过计算粘贴CFRP后的钢管截面的复合构件的等效截面面积和等效截面惯性矩，计算得到复合构件的长细比，由复合构件的长细比得到复合构件的稳定性系数。
[0012]进一步的，所述步骤(2)包括CFRP加固后复合构件的抗压刚度和抗弯刚度可以表示为：
[0013]E
s
A
eq
＝E
s
A
s
+E
cfrp
A
cfrp
ꢀꢀꢀ
(1)
[0014]E
s
I
eq
＝E
s
I
s
+E
cfrp
I
cfrp
ꢀꢀꢀ
(2)
[0015]由式(1)和(2)可得复合构件等效截面面积和等效截面惯性矩为：
[0016][0017][0018]式中，E
s
为钢管弹性模量；A
eq
为复合构件等效截面积；A
s
为钢管截面面积；E
cfrp
为CFRP的弹性模量；
[0019]其中，不同粘贴方式时应该具体讨论正交异性；A
cfrp
为CFRP截面面积；I
eq
为复合构件等效惯性矩；I
s
为钢管截面惯性矩；I
cfrp
为CFRP截面惯性矩；
[0020]当CFRP环向粘贴时，式(3)和(4)中的E
cfrp
就是非纤维主方向的弹性模量E
s,cfrp
；
[0021]当CFRP纵向粘贴时，式(3)和(4)中的E
cfrp
就是纤维主方向的弹性模量E
p,cfrp
；定义两个模量比α
s
和α
p
如下：
[0022][0023]当CFRP环向和纵向交替粘贴时：
[0024]A
eq
＝A
s
+(α
p
n
L
+α
s
n
H
)πD
s
t
cfrp
ꢀꢀꢀ
(6)
[0025][0026]式中，n
H
为环向粘贴的CFRP层数；D
s
为钢管外径；t
cfrp
为单层CFRP的厚度；n
L
为纵向粘贴的CFRP层数；
[0027]式(6)和(7)即为复合构件等效截面面积和等效截面惯性矩的表达式；这两式可以概括CFRP全环向粘贴(即n
L
＝0)、CFRP全纵向粘贴(即n
H
＝0)以及CFRP环向和纵向交替粘贴三种情况。
[0028]根据复合构件的等效截面面积和等效截面惯性矩，可以求出复合构件的长细比：
[0029][0030]式中，λ
c
为复合构件修正后的长细比；L0为被加固钢管有效计算长度。
[0031]优选的，所述步骤(3)包括基于未加固的圆钢管稳定性承载力的计算方法可得到CFRP加固后的圆钢管的稳定性承载力。
[0032]进一步的，所述步骤(3)
[0033]CFRP加固后的复合构件的稳定承载力N
c
可有下式得到：
[0034][0035]式中，N
c
为复合构件稳定承载力；f
y
为钢管屈服应力；为复合构件稳定性系数，
[0036]其中，当λ
c
的计算值不为整数时，由公式计算复合构件的稳定系数，计算复合构件的正则化长细比
[0037]则有：
[0038]当λ
n
＞0.215时
[0039][0040]当λ
n
≤0.215时
[0041][0042]式中α1、α2和α3由规范中表7.2.1规定的截面分类按照表D.0.5采用。
[0043]进一步的，
[0044]根据GB 50017
‑
2017《钢结构设计标准》附录D中式(D.0.5
‑
2)计算复合构件的正则化长细比；
[0045]根据λ
c
在《钢结构设计规范》附录D中查得，附录表头为λ
c
/ε
k
，ε
k
为钢号修正系数，其值为235与钢材牌号中屈服值的比值的平方根。
[0046]进一步的，根据碳纤维布的正交各向异性，分析其粘贴方向不同时的受力情况，CFRP既要限制钢管的压缩变形同时满足限制钢管的侧向弯曲变形；沿环向粘贴时，碳纤维布在非纤维主方向承受压力载荷，而当发生弯曲变形时则非主纤维方向限制钢管的弯曲变形；沿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于CFRP加固海洋平台圆钢管结构稳定承载力评估方法，其特征在于，包括：(1)获取CFRP粘贴钢管参数；(2)采用等效截面法，计算加固后的复合构件的等效长细比；(3)计算CFRP加固后钢管结构的稳定承载力；(4)根据实际载荷和稳定承载力进行判断。2.根据权利要求1所述的一种基于CFRP加固海洋平台圆钢管结构稳定承载力评估方法，其特征在于，所述步骤(1)钢管参数包括钢管外直径、钢管壁厚、钢管总长、钢管弹性模量和屈服强度。3.根据权利要求1所述的一种基于CFRP加固海洋平台圆钢管结构稳定承载力评估方法，其特征在于，所述步骤(2)包括通过计算粘贴CFRP后的钢管截面的复合构件的等效截面面积和等效截面惯性矩，计算得到复合构件的长细比，由复合构件的长细比得到复合构件的稳定性系数。4.根据权利要求3所述的一种基于CFRP加固海洋平台圆钢管结构稳定承载力评估方法，其特征在于，所述步骤(2)包括CFRP加固后复合构件的抗压刚度和抗弯刚度可以表示为：E
s
A
eq
＝E
s
A
s
+E
cfrp
A
cfrp
ꢀꢀꢀꢀ
(1)E
s
I
eq
＝E
s
I
s
+E
cfrp
I
cfrp
ꢀꢀꢀꢀ
(2)由式(1)和(2)可得复合构件等效截面面积和等效截面惯性矩为：由式(1)和(2)可得复合构件等效截面面积和等效截面惯性矩为：式中，E
s
为钢管弹性模量；A
eq
为复合构件等效截面积；A
s
为钢管截面面积；E
cfrp
为CFRP的弹性模量；其中，不同粘贴方式时应该具体讨论正交异性；A
cfrp
为CFRP截面面积；I
eq
为复合构件等效惯性矩；I
s
为钢管截面惯性矩；I
cfrp
为CFRP截面惯性矩；当CFRP环向粘贴时，式(3)和(4)中的E
cfrp
就是非纤维主方向的弹性模量E
s,cfrp
；当CFRP纵向粘贴时，式(3)和(4)中的E
cfrp
就是纤维主方向的弹性模量E
p,cfrp
；定义两个模量比α
s
和α
p
如下：当CFRP环向和纵向交替粘贴时：A
eq
＝A
s
+(α
p
n
L
+α
s
n
H
)πD
s
t
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨冬平，齐光峰，韩庆，杜帆，李霖，王芫芫，常琳，让东梅，高莎莎，宁立伟，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司胜利油田检测评价研究有限公司，
类型：发明
国别省市：