桁架型高耸结构碳纤维加固的多层级试验研究
Multi-level test study on carbon fiber reinforcement of truss type high-rise structures
- 机械强度 2026年48卷第3期 页码：145-151
- 作者机构：
1.中国铁塔股份有限公司甘肃省分公司，兰州 730000
2.沈阳飞机设计研究所，沈阳 110066
3.北京石油化工学院 新材料与化工学院，北京 102627
4.大连宇晨高新材料科技有限公司，大连 116023
- 作者简介：
崔融，男，1980年生，甘肃兰州人，高级工程师；主要研究方向为通信工程；E-mail：876191280@qq.com。
张笑闻（通信作者），男，1993年生，辽宁大连人，博士；主要研究方向为复合材料结构失效分析、多尺度方法；E-mail：zhangxwdut@163.com。
- 基金信息：国家重点研发计划政府间国际科技创新合作专项(2021YFE0115400);甘肃省企业研发机构能力建设专项(23CXJA0005)
DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.03.016
中图分类号： TB332;O348收稿：2025-04-01，
修回：2025-04-29，
纸质出版：2026-03-15
- 稿件说明：
移动端阅览
崔融，高维健，牛荫杰，等. 桁架型高耸结构碳纤维加固的多层级试验研究［J］. 机械强度，2026，48（3）：145-151.
CUI Rong，GAO Weijian，NIU Yinjie，et al. Multi-level test study on carbon fiber reinforcement of truss type high-rise structures［J］.Journal of Mechanical Strength，2026，48（3）：145-151.
崔融，高维健，牛荫杰，等. 桁架型高耸结构碳纤维加固的多层级试验研究［J］. 机械强度，2026，48（3）：145-151. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.03.016.
CUI Rong，GAO Weijian，NIU Yinjie，et al. Multi-level test study on carbon fiber reinforcement of truss type high-rise structures［J］.Journal of Mechanical Strength，2026，48（3）：145-151. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.03.016.
摘要
目的
2
针对桁架型高耸结构在长期服役中因材料老化、动态荷载及极端环境导致的稳定性劣化问题，系统评估碳纤维加固工艺的增强效应。
方法
2
建立了“材料-部件-整体”多层级试验方法。在材料级测试界面，进行黏接性能及复材板性能的测试；在部件级对加固前、后的L形截面梁及连接节段进行四点弯曲试验，验证局部加固效果；在整体级通过拉力试验对甘肃兰州某25 m高通信塔进行实地测试，分析主承力部件应变与顶端位移。
结果
2
试验结果表明，材料级砂纸打磨使钢/碳纤维粘接剪切强度提升29.98%，优于喷砂和激光处理；部件级加固后L形梁及节点的屈服载荷提升15%以上，局部应变降低65%~75%；整体级主承力部件应变降低28.52%，顶端位移减少15.58%。所提加固工艺显著改善了结构刚度与强度，为工程应用提供了优化依据。
Abstract
Objective
2
To address the issue of stability degradation in truss type high-rise structures caused by material aging
dynamic loads
and extreme environments
this study systematically evaluates the enhancement effects of carbon fiber reinforcement techniques.
Methods
2
A multi-level test approach encompassing “material-component-structure” was employed. In material-level tests
the bonding shear strength and composite properties were measured. In component-level tests
four-point bending experiments were conducted on L-shaped beams and joints to verify the overall reinforcement effect. Finally
tensile testing was applied to a full-scale 25 m truss structure test to analyze the strain and top displacement of the main load-bearing components.
Results
2
The results demonstrate that sandpaper grinding increases the bonding shear strength by 29.98% at the material level. At the component level
the yield load of reinforced beams improves by over 15%
while local strain decreases by 65% to 75%. At the structural level
the strain in primary components decreases by 28.52% and the top displacement is reduced by 15.58%
indicating significant improvements in structural stiffness and strength.
关键词
Keywords
references
王磊 ， 张旭 ， 李强 . 大跨度空间桁架结构的轻量化设计与静动态力学性能分析 ［J］. 机械强度 ， 2023 ， 45 （ 2 ）： 245 - 253 .
WANG Lei ， ZHANG Xu ， LI Qiang . Lightweight design and static/dynamic mechanical performance analysis of long-span spatial truss structures ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2023 ， 45 （ 2 ）： 245 - 253 . （In Chinese）
刘洋 ， 陈昊 ， 周伟 . 高耸输电塔桁架结构的风致振动抑制与疲劳寿命预测 ［J］. 机械强度 ， 2022 ， 44 （ 6 ）： 1321 - 1330 .
LIU Yang ， CHEN Hao ， ZHOU Wei . Wind-induced vibration suppression and fatigue life prediction of tall transmission tower truss structures ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2022 ， 44 （ 6 ）： 1321 - 1330 . （In Chinese）
赵峰 ， 孙健 ， 吴磊 . 基于仿生学的高层建筑桁架结构优化与抗冲击性能研究 ［J］. 机械强度 ， 2023 ， 45 （ 4 ）： 789 - 798 .
ZHAO Feng ， SUN Jian ， WU Lei . Bionics-based optimization and impact resistance of high-rise building truss structures ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2023 ， 45 （ 4 ）： 789 - 798 . （In Chinese）
CHEN X ， LI Y ， WANG Z ， et al . Fatigue life assessment and reinforcement strategies for aging lattice transmission towers under cyclic wind loads ［J］. Engineering Structures ， 2023 ， 274 ： 115182 .
ZHANG R ， LIU H ， GENG Y ， et al . Buckling resistance enhancement of long-span steel trusses using hybrid FRP-strengthened connections ［J］. Thin-Walled Structures ， 2022 ， 171 ： 108745 .
WANG J ， FENG P ， MOTAVALLI M ， et al . Seismic retrofit of historical truss bridges with shape memory alloy （SMA）-based bracing systems ［J］. Journal of Constructional Steel Research ， 2023 ， 200 ： 107692 .
ALAM M ， HUSSEIN A . Seismic retrofitting of steel lattice transmission towers using CFRP composites：experimental and numerical investigation ［J］. Engineering Structures ， 2023 ， 274 ， 115182 .
WANG C ， ZHAO X ， WANG Y . CFRP-strengthened steel tubular truss joints under static and fatigue loading ［J］. Thin-Walled Struct-ures ， 2022 ， 170 ： 108602 .
KIM Y ， LIM J . Durability enhancement of aging lattice towers with hybrid CFRP/steel reinforcement systems ［J］. Construction and Building Materials ， 2021 ， 292 ： 123429 .
NARMASHIRI K ， SULONG N H R ， JUMAAT M Z . Failure analysis and structural behaviour of CFRP strengthened steel I-beams ［J］. Construction and Building Materials ， 2012 ， 30 ： 1 - 9 .
EDBERG W ， MERTZ D ， GILLESPIE J . Rehabilitation of steel beams using composite materials ［C］//Materials for the New Millennium. Washington D. C.： ASCE ， 2014 ： 23 - 28 .
SEN R ， LIBY L ， MULLINS G . Strengthening steel bridge sections using CFRP laminates ［J］. Composites Part B：Engineering ， 2001 ， 32 （ 4 ）： 309 - 322 .
COLOMBI P ， POGGI C . An experimental，analytical and numerical study of the static behavior of steel beams reinforced by pultruded CFRP strips ［J］. Composites Part B：Engineering ， 2006 ， 37 （ 1 ）： 64 - 73 .
马猛亮 . 预应力碳纤维增强塑料（CFRP）板加固H型钢梁抗弯性能研究分析 ［D］. 成都 ： 西南石油大学 ， 2019 ： 1 - 20 .
MA Mengliang . Research and analysis on bending behavior of H-beam strengthened with prestressed carbon fiber reinforced plastic （CFRP） plate ［D］. Chengdu ： Southwest Petroleum University ， 2019 ： 1 - 20 . （In Chinese）
CHEN X ， WANG Y ， ZHANG R ， et al . Experimental and numerical study on CFRP-strengthened steel tubular truss joints ［J］. Engineering Structures ， 2023 ， 45 （ 2 ）： 245 - 253 .
LI H ， WANG J ， ZHANG C . Mechanical behavior of CFRP-strengthened steel tubular K-joints：experimental study and design method ［J］. Journal of Constructional Steel Research ， 2022 ， 191 ： 107175 .
DONG L ， WADLEY H . Shear response of carbon fiber composite octet-truss lattice structures ［J］. Composites Part A：Applied Science and Manufacturing ， 2016 ， 81 ： 182 - 192 .
WANG Q ， YANG X F ， ZHANG X W ， et al . Effect of cure cycles on residual stresses in thick composites using multi-physics coupled analysis with multiple constitutive models ［J］. Materials Today Communications ， 2022 ， 32 ： 104094 .
REN M F ， ZHANG X W ， HUANG C ， et al . An integrated macro/micro-scale approach for in situ evaluation of matrix cracking in the polymer matrix of cryogenic composite tanks ［J］. Composite Struct-ures ， 2019 ， 216 ： 201 - 212 .
中国建筑科学研究院有限公司 . 建筑结构检测技术标准 ： GB/T 50344—2019 ［S］. 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 2020 ： 1 - 15 .
China Academy of Building Research Co.， Ltd . Technical standard for inspection of building structure ： GB/T 50344—2019 ［S］. Beijing ： China Architecture & Building Press ， 2020 ： 1 - 15 . （In Chinese）
0
浏览量
42
下载量
0
CSCD
- 网络PDF下载
- BibTeX下载
- Endnote下载
- RefMan 下载
- NoteExpress下载
- NoteFirst下载
关联资源
相关文章
相关作者
相关机构
- 技术支持由北京北大方正电子有限公司提供 豫ICP备05013835号-4
京公网安备11010802024621 - 本系统建议在Chrome、 IE9+ 以上版本浏览器阅读本站内容，360浏览器请切换至极速模式
- Cookies帮助我们提供服务并提供个性化体验。使用本网站，即表示您同意我们使用Cookies