强腐后Q345钢力学性能退化试验

系统研究了强腐后Q345钢表面形貌和腐蚀时间对其力学性能退化的影响;采用浓度36%工业盐酸在室温环境下快速腐蚀的方法,设计了腐蚀时间分别为0、1、2、4、8、12、24、48、72 h的9组钢试件;采用三维非接触激光扫描仪和扫描电镜扫描腐蚀钢,测量了最大蚀坑宽度、高度和腐蚀试件厚度,计算了最大蚀坑影响系数;开展了拉伸试验,结合扫描形貌与微观组织形态解释了强腐后Q345钢的力学性能退化机理;建立了浓度36%工业盐酸在室温环境强腐后Q345钢的腐蚀动力学曲线和本构关系模型,揭示了强腐后Q345钢的力学性能退化规律。研究结果表明:随着腐蚀时间的增加,Q345钢的腐蚀动力学曲线展示了腐蚀率的变化规律;腐蚀时间在1 h以内,最大蚀坑影响系数增大最为明显,钢的名义屈服强度、名义抗拉强度、名义弹性模量和伸长率退化较大,分别达到未腐蚀钢的3.00%、0.69%、1.99%和4.88%;当腐蚀时间超过12 h,最大蚀坑影响系数增加缓慢,钢的名义屈服强度、名义抗拉强度、名义弹性模量和伸长率退化较为缓慢,分别达到未腐蚀钢的7.58%、4.02%、10.27%和26.64%;随着最大蚀坑影响系数和腐蚀时间的增加,屈强比变化较小;在腐蚀试件的应力-应变本构关系曲线中,随着腐蚀时间的增加,钢材的屈服平台逐渐缩短甚至消失,钢材由延性破坏转变为脆性破坏。      

基于有限元法的城市埋地腐蚀管道剩余强度分析

以大连地区某城市埋地管道实测腐蚀缺陷为依据,采用ANSYS有限元软件模拟均匀、点蚀和组合腐蚀缺陷对管道应力、应变的影响规律.研究结果表明:在均匀腐蚀条件下,腐蚀管道的等效应力与腐蚀深度呈二次曲线关系;当腐蚀缺陷深度低于管壁的30%时,随着长度的增加腐蚀管道的等效应力大致会趋于稳定;相同孔径的腐蚀缺陷条件下,点蚀剩余管壁越薄,管道的等效应力就越大;与单一腐蚀缺陷相比,组合腐蚀条件下管体所受的等效应力较大,管道更容易损坏;在一定的腐蚀缺陷条件下,随着腐蚀管道工作压力的增加管道的等效应力呈线性增长趋势.     

新月型钢管混凝土拱桥极限承载能力分析

为了研究结构参数对新月型钢管混凝土拱桥极限承载力的影响,基于考虑约束效应的核心混凝土本构关系,对新月型拱桥的极值点稳定问题进行了分析.首先通过特征值分析,获取对结构承载能力最不利的荷载工况;其次在该工况下考虑结构的几何非线性和材料非线性,采用Riks法迭代求解,得到结构的极限承载力和稳定安全系数;最后以石棉大渡河桥为工程背景,研究了主副拱肋夹角、钢管材料强度、核心混凝土强度、含钢率等结构参数对极限承载能力的影响.研究结果表明:新月拱的失稳形式为拱肋整体的横向失稳,结构的稳定性主要取决于恒载大小;考虑几何非线性后,极限承载能力下降3%,当初始缺陷从1%增加至10%时,极限承载能力下降1%,考虑材料非线性后,承载能力下降55%;含钢率增加至1.5倍时,稳定安全系数提高19.0%;核心混凝土强度从C50提高至C60时,稳定安全系数提高12.0%;钢材强度从Q345提高至Q420时,稳定安全系数提高9.6%;随主副拱肋夹角从10°变化至25°时,稳定安全系数降低5.9%.     

局部腐蚀对圆钢管混凝土柱轴向承载力的影响分析

运用有限元软件ABAQUS对26根局部腐蚀圆钢管混凝土在轴压荷载作用下进行数值计算并与未腐蚀构件做对比,系统地分析和考察局部腐蚀的位置、局部腐蚀间的环向夹角与母线距离对钢管混凝土轴压力学性能的影响规律,确定三因素分别作用下的最不利情况。分析结果表明:对于单个蚀坑,蚀坑位于构件中间时构件的轴压承载力最低,越远离构件中部,承载力越大;对于两个蚀坑,构件的轴压承载力随蚀坑间环向夹角的增大而增大,随母线距离的增大呈先增大后减小的趋势。本研究成果对钢管混凝土在服役过程中的防护具有参考价值。     

0Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢在静置长江水中的腐蚀原因探讨

由0Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢与Q345碳钢复合的复合钢板焊接制作的某大型水利排砂钢管设施,在静止长江淡水条件下出现严重点蚀.通过距焊缝不同距离的不锈钢表面的腐蚀电位、点蚀击穿电位、重钝电位的电化学研究以及其金相组织和元素(Cr,C)含量变化等分析发现:焊接加工中的热效应导致马氏体不锈钢某些部位的表面Cr含量降低,晶粒与晶界处出现C的聚集,金相组织粗大,从而优先产生点蚀.讨论了不同焊接工艺热影响作用,焊接电流越大,热效应越明显.     

酸雨环境下掺锂渣钢筋混凝土柱有限元分析

为研究掺锂渣钢筋混凝土柱的力学性能,基于ANSYS有限元软件对14个掺锂渣钢筋混凝土柱进行数值模拟,并将模拟结果与试验结果进行对比分析。主要研究构件的破坏形态、材料应力应变云图、极限承载力与荷载-挠度曲线等方面的特性。重点讨论锂渣掺量和偏心距对未腐蚀构件力学性能的影响,以及酸雨腐蚀时间和锂渣掺量对腐蚀后构件力学性能的影响。研究结果表明:对于未腐蚀构件,不同锂渣掺量对小偏心构件影响更为明显,不同偏心距对构件的承载力与刚度影响十分显著,且在一定范围内,掺入锂渣能提高柱的极限承载力;对于腐蚀构件,锂渣的掺入对腐蚀后柱的承载力和抗侧刚度等性能有一定提升,且柱的极限承载力随腐蚀时间的增加而下降,锂渣的掺入能一定程度上延缓腐蚀时间对承载力的影响。     

酸雨环境下钢管混凝土柱轴压性能研究

通过通电方法对钢管混凝土试件进行加速腐蚀,分析混凝土强度、长细比和酸雨溶液p H值等参数对受酸雨腐蚀后钢管混凝土柱的轴压力学性能影响,并与未腐蚀钢管混凝土柱的轴压力学性能进行对比。分析结果表明:钢管腐蚀会引起钢管混凝土柱的套箍系数降低,从而导致钢管混凝土柱承载力和刚度下降,最终影响结构的安全性;酸雨腐蚀后钢管混凝土柱的承载力随内填混凝土的强度等级提高而增大;随钢管混凝土短柱的长细比增大而减小。     

局部锈蚀钢箱梁腹板抗剪承载力数值模拟研究

以局部锈蚀的钢箱梁为研究对象,通过数值模拟分析,对比锈蚀体积损伤程度、几何尺寸等参数对局部锈蚀影响下钢箱梁腹板抗剪极限承载力的变化趋势的影响,提出全面衡量局部锈蚀钢箱梁腹板抗剪极限承载力的合理参数,并通过数据拟合,获得用于局部锈蚀作用下计算钢箱梁剩余抗剪极限承载力的公式,公式值较为保守,具有充足的安全储备。     

带管翼缘的钢-混凝土组合梁抗弯性能试验研究

为了研究带钢管混凝土上翼缘的钢-混凝土组合梁在静载作用下的抗弯性能,进行了组合梁静力试验,建立了组合梁有限元模型,进行了非线性静力变参数分析。基于钢材的理想弹塑性模型和圆形钢管约束混凝土模型,建立了正截面抗弯承载力理论分析模型。研究结果表明:新型组合梁满足平截面假定,抗弯承载力大,延性好,钢管内填混凝土与管壁无滑移;极限抗弯承载力随含钢率与钢材的屈服强度的提高而增大,管内填混凝土强度的提高对极限承载力影响不大,但可以显著提高其延性,因此,在新型组合梁设计过程中要考虑内填混凝土强度和上翼缘钢管屈服强度之间的匹配关系;极限抗弯承载力试验值与理论计算值的比值为1.07,说明理论分析模型偏于安全。     

酸雨环境-荷载耦合作用下拉索腐蚀损伤机理研究

通过开展拉索镀锌钢绞线在酸雨环境/荷载耦合作用下的人工加速腐蚀试验,对斜拉索施加交变荷载、静态荷载和无荷载,得出3种加载方式与腐蚀速率的关系,并论述了钢绞线应力腐蚀疲劳损伤的特点与机理;采用ANSYS有限元软件对不同腐蚀情况下的斜拉索进行数值模拟,分析了钢绞线均匀腐蚀、表面蚀坑深度对钢丝等效应力分布状态的影响。研究表明:加速腐蚀试验中的钢绞线,受到复杂荷载的构件在同等腐蚀环境中的腐蚀速率更高;腐蚀试验前期,应力腐蚀和腐蚀疲劳对抗拉强度的影响不大,3种加载方式之间的抗拉强度无明显差异,腐蚀试验中后期,抗拉强度开始急剧下降,交变应力加载试件出现抗拉强度短暂提高的现象;钢绞线腐蚀越严重,其在役状态时钢绞线表面蚀坑附近的应力就越大。     

钢材大气腐蚀预测算法模型比选

针对我国各地区的各类钢材, 提出了一种基于机器学习算法的钢材大气腐蚀深度预测方法。首先, 收集了我国10 个大气暴露站的腐蚀检测数据、环境特征和材料特征, 采用规范公式与6 种机器学习算法预测钢材腐蚀深度。然后分析预测误差, 筛选适用于钢材大气腐蚀的预测模型。进一步分析材料与环境特征敏感性, 揭示影响钢材大气腐蚀的主要材料与环境因素。结果表明, 相比于规范公式, 应用随机森林(RF) 和长短期记忆循环神经网络(LSTM) 算法的预测模型精度大幅提升; 除了规范公式中的各类特征外, 有关雨水酸碱性和雨水腐蚀性离子浓度的特征对钢材腐蚀行为有较大影响, 应予以考虑。     

点腐蚀作用下非穿透低碳钢板的极限抗压承载能力数值分析

点腐蚀作为海水浸没带腐蚀的一种主要形式,是现役船舶,特别是老龄船结构的重大安全隐患．为了研究点腐蚀对钢板的抗压极限承载能力的影响,文中对未穿透低碳钢板开展了非线性有’限元分析．计算结果表明,单侧点腐蚀引起的偏心对钢板的极限抗压能力有显著影响．点腐蚀越密集（DOP越大）,板越薄（β越大）,点腐蚀深度改变造成板的极限承载能力差异越大,DOP达到或超过20％时尤其显著．大部分船体板属于典型的柔性板（β为3左右）,海水全浸带腐蚀现象严重,点腐蚀密度大,仅采用点腐蚀密集度参数DOP来表征板点腐蚀破坏程度还有所欠缺,薄壁效应需要给予充分考虑．     

锈蚀分布对斜拉索承载能力的作用效应

为了提高斜拉索极限承载力评估的精度,考虑了斜拉索锈蚀损伤的影响,建立了锈蚀钢丝力学性能模型,模拟了完好与锈蚀钢丝的力学性能;以3种典型截面锈蚀分布模型模式和3种典型索长方向锈蚀分布模型类型的联合作用为前提,分析了斜拉索内不同位置处的锈蚀程度,研究了斜拉索的锈蚀分布规律;采用蒙特卡罗方法模拟了不同锈蚀程度下索内钢丝的力学性能,最终得到了索的极限承载力以及斜拉索达到极限承载力时的断丝数,统计分析了斜拉索极限承载力、断丝数、锈蚀深度以及截面锈蚀率之间的相关关系,分析了锈蚀分布规律的影响。分析结果表明：不同锈蚀分布条件下,锈蚀斜拉索达到极限承载力时的断丝数的样本均值相差可达到约3倍,而斜拉索极限承载力的样本均值变化可达到约20%;虽然锈蚀斜拉索达到极限承载力时的断丝数随着锈蚀程度增加而增加,但是断丝数与极限承载力间的相关性较差,在某些锈蚀分布条件下甚至仅为0.014;为了保证斜拉索的安全可靠性,不宜以断丝数作为评估索承载力的技术指标。     

双线性黏聚区模型在混凝土路面损伤开裂分析中的应用

为了揭示混凝土路面的损伤开裂机理及其对承载力的影响, 考虑混凝土材料的弹塑性, 应用非线性断裂力学中的双线性黏聚区模型, 结合ABAQUS有限元软件, 在预计开裂部位布设黏结单元, 模拟了四点加载小梁试件从弹性响应到断裂失效的全过程, 以验证双线性黏聚区模型在混凝土损伤开裂分析中的适用性; 应用双线性黏聚区模型分析了Winkler地基上混凝土板的断裂特性和损伤后的承载力衰减。分析结果表明: 在加载小梁受荷全过程中, 梁底应力经历了线性增大、达到混凝土极限强度后减小、最大点上移与变为0等阶段, 作用力-加载位移变化与已有研究一致; 在加载全过程中, 混凝土板的截面应力分布变化与小梁类似; 混凝土板在损伤阶段承载力会持续增大, 但由于板的支承条件与四点加载小梁不同, 板的断裂近似于脆性断裂, 无明显承载力衰减过程, 板断裂时的极限承载力与弹性阶段临界状态承载力之比为1.32;混凝土板发生初始损伤后, 极限承载力最大会衰减至未损伤板的87%, 且随着初始损伤程度的增加, 极限承载力衰减速率变大。      

桥梁缆索钢丝疲劳性能影响因素试验

为研究桥梁缆索钢丝的疲劳与腐蚀疲劳性能，采用不同强度等级新钢丝、服役7年的斜拉桥拉索钢丝和人工加速腐蚀钢丝开展了缆索钢丝疲劳与腐蚀疲劳试验；根据典型疲劳断口宏观形貌特征，探究了缆索钢丝的疲劳断裂机制；采用威布尔分布函数拟合了缆索钢丝的应力-疲劳寿命曲线，对比了不同钢丝应力-疲劳寿命曲线的差异，揭示了强度等级、应力比、腐蚀损伤和腐蚀疲劳损伤4个关键因素对缆索钢丝抗疲劳性能的影响规律，并建议了相应的疲劳强度曲线。试验结果表明：钢丝未发生腐蚀时抗疲劳性能良好，随着强度等级的提高，缆索钢丝的疲劳强度显著增大，对应的疲劳极限也逐渐上升；缆索钢丝的疲劳强度随应力比的增大而显著减小；腐蚀和腐蚀疲劳损伤均会大幅降低缆索钢丝的疲劳强度，腐蚀疲劳损伤对缆索钢丝剩余疲劳寿命的影响大于单一腐蚀损伤；新钢丝的疲劳裂纹起源于表面划痕或材料不均匀处，对于带腐蚀和腐蚀疲劳损伤的钢丝，蚀坑处存在显著的应力集中，疲劳裂纹源形成于钢丝表面蚀坑处，多源裂纹萌生与裂纹不规则扩展的几率增大；桥梁缆索抗疲劳设计与安全评估时应综合考虑钢丝强度等级、应力比、腐蚀和腐蚀疲劳损伤的影响，试验采用国内桥梁缆索广泛使用的钢丝，得到的疲劳强度可...     

圆管翼缘钢-混凝土新型组合梁极限抗弯承载力与延性

为研究圆管翼缘组合梁的抗弯性能, 进行了3根圆管翼缘组合梁静力加载抗弯破坏性试验, 分析了试验梁的抗弯破坏过程与破坏特征; 考虑混凝土损伤塑性本构及栓钉滑移与断裂, 建立了圆管翼缘组合梁非线性数值模型, 基于试验结果分析了数值模型的适用性; 以钢梁下翼缘宽度、混凝土翼板厚度与圆管管径为主要结构参数, 计算了48根正交设计的圆管翼缘数值模型组合梁的力学性能; 依据试验梁与数值模型梁的抗弯受力性能, 提出了基于简化塑性理论的圆管翼缘组合梁极限抗弯承载力计算公式; 应用数值模型梁位移延性系数计算结果, 回归得到了圆管翼缘组合梁位移延性系数计算公式。计算结果表明: 数值模型组合梁与试验梁承载力比值为0.99~1.03, 挠度比值为0.87~1.09, 因此, 弯矩-挠度计算曲线与试验曲线吻合良好, 可采用数值模型组合梁准确模拟圆管翼缘组合梁的抗弯全过程受力行为; 圆管翼缘组合梁极限抗弯承载力随钢梁下翼缘宽度、混凝土翼板厚度的增大而增大, 随圆管管径的改变变化较小, 位移延性系数随混凝土翼板厚度与圆管管径平方的增大呈线性增大, 随钢梁下翼缘宽度的增大呈线性减小; 不同塑性发展程度的各类模型梁位移延性系数为3.16~7.19, 体现了较好的延性; 采用极限抗弯承载力简化计算公式与圆管翼缘数值模型组合梁计算的极限抗弯承载力比值为0.91~1.09, 平均比值为0.98, 因此, 公式计算结果准确; 为使圆管翼缘组合梁具有一定延性, 建议位移延性系数大于3.5。      

带开孔板连接件的HSS-UHPC组合梁抗弯性能

为探究高强钢(HSS)-超高性能混凝土(UHPC)组合梁的抗弯性能,考虑剪力连接度影响,设计并完成3片设置开孔板连接件的HSS-UHPC组合梁跨中两点对称加载试验;对剪力连接度分别为1.02、0.89和0.76的HSS-UHPC组合梁抗弯刚度、挠度、界面滑移、应变分布规律及钢梁与UHPC板的整体工作性能等进行分析,探讨了该型结构的受弯破坏机理;通过建立HSS-UHPC组合梁的ABAQUS非线性有限元计算模型,分析了混凝土强度、翼板厚度、钢材强度三者间的匹配关系,评估了现有简化塑性理论对该型组合梁抗弯计算的适用性。研究结果表明:设置开孔板连接件的HSS-UHPC组合梁具有较高的抗弯承载能力和良好的塑性变形能力,其抗弯刚度和延性均能满足工程使用要求;UHPC板与HSS梁在弹性受力阶段的界面滑移发展缓慢,最大滑移出现在1/8梁长附近;进入塑性受力阶段,界面滑移迅速增大,且最大滑移断面逐渐外移至梁端;剪力连接度对HSS-UHPC组合梁的抗弯性能影响显著,连接度由1.02分别减小至0.89和0.76时,结构的早期抗弯刚度分别降低了7.0%和8.7%,极限承载力也分别减小了9.2%和14.6%,界面最大滑移则分别增大了15.8%和17.0%;对比试验研究、数值模拟和理论计算结果三者吻合良好,数值结果显示采用Q690取代Q460的组合梁抗弯承载力提高了29.0%,但延性下降了39.7%;提高UHPC强度和增大混凝土翼板厚度均能显著改善HSS-UHPC组合梁延性并增强其抗弯承载力。      

混合设计的高性能钢梁抗弯性能试验

采用两点加载的方式,对3片混合设计的高性能HPS 485 W工字钢梁进行抗弯性能试验,分析了截面几何参数对试验梁抗弯承载力、弹塑性变形和破坏形态的影响。结合跨中单点加载的试验结果,对比分析了不同加载方式对试验梁抗弯承载力的影响,建立了能够准确模拟试验梁抗弯过程的有限元模型,在非厚实截面范围内对混合设计的高性能钢模型梁进行了关键参数的数值分析。分析结果表明：对两点加载的试验梁,抗弯破坏形态为纯弯段区出现受压翼缘与受压区腹板的局部屈曲;随着翼缘宽厚比的降低,钢梁的塑性转动能力明显提高;随着腹板高厚比的增加,钢梁的抗弯强度和延性均会降低;对相同几何尺寸的模型梁,加载方式改变时,钢梁的抗弯过程相似,但控制钢梁失效的破坏形态不同;对混合设计的钢梁,建议腹板与翼缘材料强度等级差不大于2个强度等级。     

模拟酸雨侵蚀环境下钢筋混凝土结构长期性能研究综述

为深化对酸雨侵蚀环境下钢筋混凝土结构长期性能演变机制的认识,论述了酸雨侵蚀作用下混凝土材料腐蚀机理、侵蚀模型和物理力学性能时变过程;分析了酸雨锈蚀钢筋的溶液腐蚀机理和大气动态冲刷机制,总结了锈蚀钢筋形貌表征与锈蚀率指标定量化研究成果,归纳了已有锈蚀钢筋力学性能退化模型和本构模型,概述了钢混界面黏结性能演变规律和黏结-滑移本构关系模型;梳理了梁、柱构件及结构静、动力学性能演变规律的室内试验结果、理论计算方法和数值仿真结果的最新研究进展与不足,并展望了未来的研究方向与重点。研究结果表明:酸雨腐蚀混凝土可归因于酸雨离子成分的交互作用,亟需适用性较强的理论模型以揭示腐蚀和扩散机制;室内加速试验揭示了酸雨侵蚀作用下混凝土物理力学性能时变规律,应完善室内加速试验制度,搭建耦合宏细观层次关键指标的混凝土损伤评价体系和预估模型;酸雨加速锈蚀钢筋试验多基于均匀锈蚀,钢筋腐蚀方法和形貌表征逐渐向不均匀锈蚀发展,应进一步发展高精度扫描技术,借助统计分析理论建立钢筋不均匀锈蚀特征参数,优化钢筋力学性能退化模型;通电锈蚀试验和拉拔试验演绎了钢混界面黏结性能演化规律,并建立了黏结-滑移本构关系,但忽略了实际钢筋混凝土结构的受力特点,且锈蚀过程显著区别于自然锈蚀,应考虑酸雨环境与材料特性复杂多变的特点,研究细微观钢混界面损伤行为,揭示酸雨环境、材料特性与黏结性能的内在关系;酸雨侵蚀钢筋混凝土结构时效性能研究多集中在试件层次,且采用腐蚀试验与承载力试验分阶段进行,忽略了荷载-环境的耦合作用,试验所设环境较为单一,试验制度与方法亦未统一,应对标实际工程,考虑实际结构承载和环境工况,搭建长期荷载-酸雨侵蚀耦合作用试验系统,探索荷载-环境-材料多场关联机制,完善理论计算方法与数值仿真手段,揭示结构长期性能演变过程,并推动现场暴露试验发展,量化室内-现场映射关系,指导工程实际。      

2孔40米预应力钢-混凝土组合梁结构设计

引言预应力钢—混凝土桥梁结构具有如下优点:一是施加预应力后扩大了钢梁承载的弹性范围;二是增加了结构的极限承载力;三是节省钢材,减轻结构自重;四是改善了结构的疲劳性能和断裂性能。目前来看,这种组合结构已在国内外大