腐蚀环境下钢材表面特征及钢梁承载力研究

采用粗糙度检测仪对周期浸润加速腐蚀试验获得的Q345qC钢试件表面进行测量,研究了复合大气环境下Q345qC钢材最大局部腐蚀深度问题;进行腐蚀钢材力学性能测试,研究了大气自然暴露腐蚀和实验室加速腐蚀情况下,腐蚀对Q345qC钢材屈服强度、极限强度、以及屈强比等材料力学性能的影响;通过均匀腐蚀和局部腐蚀影响下钢梁的试验研究与数值分析,对腐蚀钢梁承载力退化规律进行研究。研究表明,复合大气环境下Q345qC钢板的最大腐蚀深度符合Gumbel分布;失重率是影响均匀腐蚀钢材材料性能和均匀腐蚀钢梁力学性能的关键因素;相同的蚀坑密度下,当点蚀损伤程度超过10%时,钢梁的极限承载力急剧下降,点蚀损伤程度影响钢梁的失效形式。     

船用钢Q345D中温塑性成形本构方程建立及分析

采用SANS-CMT万能材料试验机,在温度为473~973K和变形速率为0.001~0.1s~(-1)范围内对Q345D钢板试样进行拉伸实验,并对应力应变实验数据进行分析。结果表明:温度对Q345D钢中温塑性成形影响较大,而应变速率对成形影响较小。随着温度的升高,材料屈服强度σ_s和抗拉强度σ_b出现直线下降,较低温度下,拉伸应力应变曲线出现明显的屈服平台;塑性变形过程中存在着明显的加工硬化现象,加工硬化指数n随温度的上升而下降;延伸率δ随温度的升高近似线性增长;应变速率敏感系数m随温度的升高线性下降。     

模拟酸雨腐蚀钢绞线蚀坑几何尺寸分布规律

为了探讨预应力混凝土钢绞线在模拟酸雨腐蚀下蚀坑的几何尺寸分布规律,从模拟酸雨溶液浸泡腐蚀的梁中取得腐蚀钢绞线试样,计算腐蚀率并对蚀坑形状进行观察和分类,然后在蚀坑分布集中处截取4段长80 cm的钢绞线,计算蚀坑密度并统计蚀坑长度、宽度与深度。结果表明:蚀坑形状可分为椭球形、马鞍形和棱锥形;蚀坑密度随腐蚀率增大而增大,而其相对增长率减小;蚀坑长度不服从正态分布,深度服从对数正态分布,宽度只是近似服从对数正态分布;蚀坑几何尺寸的整体分布特征是相对短、窄、中深的蚀坑分布较多,而长、宽、深或者长、宽、浅的蚀坑分布相对较少;蚀坑长度和深度有明显的分形特征,而蚀坑宽度无明显的分形特征;随着腐蚀率的增大,各蚀坑的几何尺寸逐渐趋于一致,蚀坑坑长多分布在较小值附近,坑深多分布在中值附近,坑宽多分布在较小值和中值。     

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。     

矩形钢管高强混凝土框架抗震性能分析

为研究地震作用下矩形钢管高强混凝土框架的破坏机理和抗震性能,进行了单跨两层矩形钢管高强混凝土框架低周反复荷载试验和有限元分析. 考察结构试件在试验过程中塑性铰出现的位置、顺序及塑性发展程度,研究其破坏机制和破坏模式. 研究结构滞回曲线与骨架曲线,分析其承载能力、变形能力、耗能能力以及强度和刚度退化情况. 在此基础上,采用有限元软件Perform-3D对矩形钢管高强混凝土框架试件进行参数分析,研究了轴压比、钢材屈服强度及静力弹塑性分析水平侧向力加载模式等对结构抗震性能影响. 结果表明:矩形钢管高强混凝土框架试件呈梁铰破坏形态,并具有承载能力高、变形能力和耗能能力强的特点. 试件平均峰值荷载较屈服荷载提高了1.68倍;顶层和底层最大层间位移角分别为1/30和1/27,分别超过了规范规定限值的66.7%和85.2%. 延性系数分别超出了规定限值的58.5%和60.0%;轴压比对结构抗震性能影响显著. 当轴压比大于0.6时,结构承载能力与变形能力明显降低;水平侧向力加载模式对结构承载能力影响大. 均匀加载模式下结构承载能力最大,顶点加载模式下最小,倒三角形加载模式居于二者之间. 研究成果可为矩形钢管高强混凝土框架结构抗震设计提供参考.      

高寒盐沼泽区干湿-冻融循环下桥梁桩基腐蚀损伤与承载特性

为探明青海地区桥梁桩基在干湿-冻融循环条件下的腐蚀损伤特性, 依托德香高速公路工程, 在现场埋设钢筋和混凝土试件进行干湿-冻融循环1年, 采用室内试验将混凝土试件进行干湿-冻融循环225次, 对比分析了不同位置和不同循环时间条件下混凝土质量、抗侵蚀系数、相对动弹性模量、抗压强度、微观机理以及钢筋锈蚀率的变化规律; 采用数值仿真分析了未防护桩基20年内承载力变化规律, 并提出了高寒盐沼泽区桥梁桩基防护措施。研究结果表明: 随着试件埋设深度的增加, 现场桩基混凝土试件的抗侵蚀系数相关度增大, 最大值为0.93;随着时间的增加, 桩基混凝土试件的抗压强度最大损失率为38.20%, 埋深0.25 m处钢筋的面积锈蚀率最大, 为91%;表面涂抹环氧树脂可以有效减少钢筋锈蚀率, 桩基混凝土试件与钢筋的质量变化不明显; 干湿-冻融循环225次时, 桩基混凝土试件的边角处出现脱落, 四周出现裂纹, 但质量变化较小, 相对动弹性模量降低了39.10%, 抗侵蚀系数降低到0.51, 混凝土的抗压强度损失率为65.88%, 其内部因出现Friedel盐等膨胀性物质而趋于破坏; 随着剥落厚度和腐蚀深度的增加, 前8年桩基的承载力基本不变, 8年后其承载力逐步降低, 若不进行维护, 第20年桩基承载力降低34.45%;建议在桩基服役8年后, 要进行重点防护。      

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。     

低温下复合胶凝材料抗硫酸盐腐蚀性及微观机理研究

为了研究复合胶凝材料在低温硫酸盐侵蚀下的抗蚀性能,采用不同配合比的水泥砂浆试件,在5℃的Na_2SO_4溶液中进行干湿循环侵蚀试验,并测定侵蚀过程中试件的抗折强度、抗蚀系数及相对动弹性模量.此外,采用SEM、EDS、XRD等微观分析手段对其腐蚀产物的成分进行测定,试验结果表明:三种力学性能指标随干湿循环的进行均呈现出先上升后下降的趋势,但变化的幅度及速率不同,且最终结果显示,在5℃低温干湿循环条件下,复掺矿粉-硅灰对水泥砂浆抗腐蚀性会产生不利影响.在该侵蚀条件下,不仅有物理结晶作用,亦会发生化学腐蚀,砂浆试件力学性能的发展规律及物理、化学侵蚀状况均与胶凝材料的种类有较大的关系,且其腐蚀产物为碳硫硅钙石和钙矾石的混合物.     

不同洞口位置节能砌块隐形密框墙体抗震性能

为了研究节能砌块隐形密框复合墙体的破坏形态及滞回性能、刚度退化、延性和耗能能力等抗震性能，以门洞位置为变化参数，设计制作了6个缩尺比例为1/2的墙体试件，进行了低周往复加载试验. 首先，通过对比、总结的方法，得出了试件的破坏形态并分析了其滞回性能；其次，采用切线刚度计算方法，对比分析了各试件刚度退化规律；然后，通过图解法确定屈服位移，并利用公式计算位移延性系数，从而分析判断各试件的延性性能；最后，采用等效粘滞阻尼系数的计算方法研究试件的耗能能力. 研究结果表明:在低周往复加载下，配筋合适的开洞复合墙体往往会发生剪压破坏，其破坏过程可分为弹性、弹塑性和破坏3个阶段；墙体试件的滞回曲线形状较为饱满，能表现出开洞的墙体会有良好抗震性能；中开洞墙体其骨架曲线下降段更为平缓，比偏开洞墙体的抗震性能更好；开洞位置越接近墙体的中间部位，墙体在弹塑性阶段刚度的有利贡献就越大，其变形能力也会越强；6个试件的延性系数均大于3，满足抗震规范要求，开洞位置越接近墙体中间的试件延性越好，其等效粘滞阻尼系数也越大，其耗能性能也越好；确定了墙体在不同性能目标时的变形容许值，为设计该类墙体提供理论基础.      

低碳双相钢的二次淬火工艺研究

研究了20SiMnTi钢经过不同热处理工艺处理,分析随亚温淬火温度的变化.材料的组织和力学性能的变化规律.热处理可以使材料得到良好的强塑性配合.其抗拉强度达到950MPa,屈服强度达到920MPa,伸长率为20％，断面收缩率为53.4％.     

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...     

Bond behavior of corroded reinforcement in concrete wrapped with carbon fiber reinforced polymer under cyclic loading

Bond behavior of corroded reinforcement in concrete wrapped with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) under cyclic loading is experimentally investigated. An electrolyte corrosion technique is used to accelerate the corrosion of the steel bar in cylindrical concrete specimens. Wrapped specimens are strengthened with one layer of CFRP after the reinforcements are corroded. The experimental parameters investigated include: corrosion level, CFRP wrapped and number of loading cycles. Test results indicate that bond strength and area of hysteretic curve of CFRP wrapped specimens are larger than those of the unwrapped specimens. With increasing the number of loading cycles, the bond strength and area of hysteretic curve decrease gradually, especially at the 1st cyclic loading. The CFRP wrapping reduces the bond degradation rate effectively and prevents the bond-splitting failure of the corroded concrete specimens.     

基于临界域法的桥梁钢丝腐蚀疲劳寿命

为评估桥梁钢丝服役期间的腐蚀疲劳性能,采用临界域法,根据钢丝腐蚀坑局部应力梯度求解临界距离.采用精细有限元法,建立了钢丝腐蚀疲劳寿命预测模型;通过圆形、三角形和含切口的三角形3种形状腐蚀坑钢丝的疲劳试验,获得了它们的疲劳寿命,并与疲劳寿命的预测结果进行比较.研究结果表明:轴向应力分布决定钢丝的疲劳强度;临界距离随应力集中效应增强而减小;腐蚀钢丝的剩余寿命可根据应力集中系数评估,应力集中系数大于3的腐蚀钢丝应考虑更换.      

The Effect of Steel Corrosion on Bond Strength in Concrete Structures

IntroductionStudies conducted by some researchers haveshown steel corrosion has significant influence onthe limited durability of reinforced concrete struc-tures[1,2]. Corrosion of steel creates a volume ex-pansion in reinforcing bars and causes extremelyhigh tensile stress in concrete, and this may lead tothe formation of cracks in the cover concrete due toits relatively low tensile strength.The cracks leadto a weakening bond and anchorage between rein-forcing steel and concrete, which direct…     

Advance in Researches on Bond Behavior for Steel-Corroded Concrete Members

Introduction Concrete and reinforced concrete ( RC) havebecome the most widely used construction materials inthe world as they are easily acquired and lowerpriced. Normally, cover concrete acts as a physicalbarrier to the ingress of aggressive agents and …     

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。      

玄武岩纤维（BFRP）筋与混凝土粘结性能试验研究

玄武岩纤维筋是一种新型的复合材料,具有强度高、耐腐蚀等特点,用它代替混凝土路面结构中的钢筋,可解决因雨水进入引起的连续配筋混凝土路面钢筋锈蚀问题。玄武岩纤维筋与混凝土的粘结性能,是影响其推广应用的关键技术之一。本文运用18个中心拉拔试件研究了不同螺纹表面玄武岩纤维筋与混凝土之间的粘结性能,试验结果表明：玄武岩纤维筋与混凝土试验粘结强度在11.592～23.578MPa之间,粘结强度随着玄武岩纤维筋表面螺纹深度与螺纹间距的变化而变化;有螺纹玄武岩纤维筋的粘结强度明显高于无螺纹玄武岩纤维筋,玄武岩纤维筋最佳螺纹间距约为筋直径长度的80%,最佳螺纹深度约为直径长度的10%;拉拔试件的破坏形态均为玄武岩纤维筋与混凝土接触面混凝土的剪切破坏而拔出。     

锈蚀率对同类型RC梁抗弯刚度影响

专门针对相同钢筋类型(保护层厚度、钢筋类型、钢筋直径以及配筋率)的钢筋混凝土梁,开展锈蚀率对其抗弯刚度影响研究,通过对相同类型但不同锈蚀率的钢筋混凝土梁静载试验,得到了挠度与曲率的关系,进而分析了锈蚀率对梁曲率的影响,推导出跨中弯矩与曲率之间的关系,进一步考虑不同锈蚀率下弯矩增长与抗弯刚度之间的关系,建立了考虑锈蚀率的梁的抗弯刚度退化系数计算公式.可为既有公路混凝土桥梁耐久性评估提供参考依据.     

Effects of length and location of steel corrosion on the behavior and load capacity of reinforced concrete columns

The effects of length and location of the steel corrosion on the structural behavior and load capacity of reinforced concrete (RC) columns have been investigated. Results of the accelerated corrosion process and eccentric load test are presented in detail. Effects of the location of the partial length, the corrosion level within partial length and the asymmetrical deterioration of the concrete section on the mechanical behavior and load capacity of corroded RC columns are discussed. It is found that the mechanical behavior and load carrying capacity of corroded RC columns are simultaneously affected by the above mentioned factors. For the corroded RC columns with large eccentricity, a higher corrosion level in the tensile corroded length and a greater asymmetrical deterioration of the concrete section can result in less ductile behavior and larger load reduction of the column; while for the corroded RC columns with small eccentricity, the less ductile behavior and the larger load reduction of the column may result from the higher corrosion level in the compressive corroded length and the greater asymmetrical deterioration of the concrete section.