钢结构采用碳纤维加固的疲劳寿命预测方法
1  疲劳研究的历史发展
    钢结构工程技术人员对疲劳问题的研究可追溯到19世纪初，自1829年，德国采矿工程师W．A．J．Albert提出了第一个疲劳研究报告，迄今已有180余年。直到1963年美国人P．C．Paris提出著名的指数幂定律Paris公式，给疲劳研究提供了一个估算疲劳裂纹扩展寿命的新方法，后来在此基础上发展出损伤容限设计，从而使断裂力学与疲劳这两门学科逐渐结合起来n1。
2疲劳寿命分析模型
2.1  考虑裂纹闭合效应的分析模型
    针对裂纹稳定扩展阶段，Paris于1961年提出著名的Paris公式：即：
    Elber[2]提出只有当施加应力大于某一应力水平时，疲劳裂纹才能完全张开，这一应力称为张开应力，记o。。；卸载时小于某一应力水平，疲劳裂纹即开始闭合o。．，这一应力称为闭合应力，记张开应力和闭合应力的大小基本相同。疲劳裂纹只有在完全张开后才能扩展，所以应力循环中只有o…-o。。部分对疲劳裂纹扩展有贡献。
    应力循环中，最大应力与张开应力之差，称为有效应力幅△o。ff，且
    根据式(2-10)，己知应力比R可以得到有应力比q，将q和R代入式(2-8)，2得到裂纹闭合参数U。    疲劳裂纹扩展参数C和m值是材料常数
[5]; ain是初始疲劳裂纹长度；a是疲劳裂纹扩展长度；N是裂纹从初始裂纹长度ai。扩展到裂纹长度a时所经历的荷载循环次数(即疲劳寿命)；U是裂纹闭合参数，与应力比R有关。
3疲劳寿命预测结果与试验结果比较
3.1CFPR加固钢板的疲劳寿命预测
    根据前文所述的基于裂纹闭合的疲劳寿命预测公式(2-11)，对参考文献[6]及参考文献[7]中CFRP加固含中央裂纹钢板的疲劳寿命进行分析。表l为按本文分析模型计算的疲劳寿命预测结果和试验结果进行比较。
注：  冰引用的是参考文献[6]试验结果。
    术木引用的是参考文献[7]的试验结果。
    从表1可知，除了试件PD120疲劳寿命的计算值与试验值相差比较大外，试件疲劳寿命的计算值与试验值的误差均在20%以内，表明采用本文分析方法可以很好的预测含初试裂纹受拉钢板的疲劳寿命。试件PD120试验值与计算值相差较大，主要是由于疲劳试验过程中CFRP板与钢板从一端开始发生比较严重的脱胶现象，所以PD120的试验结果远低于计算结果，而PD120这种由于CFRP端部剥离引起的加固失效应该避免出现。
    图l给出了未加固的含中央疲劳裂纹钢板疲劳裂纹扩展曲绒的试验结果和计算结果比较，图2给出了CFRP加固含中央疲劳裂纹钢板疲劳裂纹扩展曲线的试验结果和计算结果比较。由图l、2可知，除PD120外试件的疲劳裂纹扩展曲线（即疲劳裂纹长度a随循环荷载次数N增加而增长的曲线）计算结果与试验结果基本吻合。因此采用本文分析方法不仅可以很好地预测含初始裂纹受拉钢板的总的疲劳寿命，而且还能够比较准确的预测疲劳裂纹扩展曲线。
    传统的S-N曲线方法是完全根据试验结果得到，利用本文所述的疲劳寿命断裂力学分析方法，可以计算出对应不同应力幅△o大小情况下含中央疲劳裂纹钢板的疲劳寿命N，从而得到在双对数坐标下的S-N曲线。