海洋大气环境下悬索桥主缆及吊索的腐蚀特点

介绍了暴露在大气中金属的化学及电化学的腐蚀概念。海洋大气环境中金属，主要是碳素钢和普通低合金的抗腐特点。由应力腐蚀和腐蚀疲劳的概念出发，结合主缆和吊索材料组成和受力特征，阐明在海洋大气环境下主缆和吊索的腐蚀特点。     

耐候桥梁钢在工业大气环境下的耐蚀性研究

通过周期浸润加速腐蚀试验,对比低合金钢Q345qD和耐候钢Q345qDNH在模拟工业大气环境下的腐蚀行为,通过SEM、XRD等手段分析试样的腐蚀失重、宏观形貌、截面形貌、锈层成分。结果表明:在工业大气环境下耐候钢Q345qDNH的腐蚀率较低,添加的合金元素促进了锈层物相由γ-FeOOH向α-FeOOH的转化,从而形成致密的稳定内部锈层,隔绝了外部S、Si、Mn等易腐蚀元素的渗入,从而具有良好的耐大气腐蚀性能。     

海洋环境下耐候钢十字非传力焊接接头腐蚀疲劳性能试验研究

腐蚀疲劳严重危害在役钢桥服役安全。为研究海洋环境下耐候钢桁梁桥焊接节点的腐蚀疲劳性能,对23个Q420qFNH耐候钢十字非传力角焊缝焊接接头进行实验室干/湿交替中性盐雾加速腐蚀及腐蚀后疲劳试验,采用失重法得到试件的失重率和腐蚀速率,对接头腐蚀形貌及疲劳断裂失效的宏观断口形态进行分析,拟合得到经历不同腐蚀时长后试件的名义应力和热点应力S～N曲线。结果表明：耐候钢十字非传力角焊缝焊接接头疲劳裂纹均萌生于焊趾处并沿板厚扩展失效,疲劳寿命由焊缝控制,接头焊趾附近腐蚀坑的形成与生长加剧了焊接接头的疲劳裂纹萌生;焊接接头的疲劳性能劣化程度随腐蚀损伤效应的增加而增加,但疲劳强度折减量与腐蚀时间并未呈线性关系,锈层逐渐具有保护性;未腐蚀前名义应力和热点应力疲劳强度等级分别建议采用《公路钢结构桥梁设计规范》中的FAT80和Eurocode 3规范的FAT110进行评估,腐蚀后的疲劳强度折减量建议参照美国耐候钢桥指南规定C类细节选取。     

大气环境下严重锈蚀钢筋混凝土梁力学性能试验研究

大气环境中17根严重锈蚀钢筋混凝土梁试验表明,严重锈蚀梁的截面延性和刚度随着锈蚀率的增加而降低,在锈蚀率大致相同的情况下,Ⅱ级钢筋浇筑的梁的下降程度比Ⅰ级钢筋要大。Ⅰ级钢筋浇筑的梁锈蚀后存在明显的屈服点;Ⅱ级钢筋浇筑的梁锈蚀后屈服点不明显,因而可能发生脆性破坏。提出严重锈蚀钢筋混凝土梁承载能力的计算公式。     

轴心受压钢骨-钢管混凝土组合短柱力学性能研究

为适应建筑结构高耸、大跨的发展,提出了一种重载柱设计的新模式,即钢骨—钢管混凝土组合柱,该组合柱是在钢管混凝土内埋设钢骨。通过12根组合短柱的轴心受压试验,研究了钢骨—钢管混凝土组合短柱的力学性能,讨论了影响这种新型钢—混凝土组合柱性能的主要因素,包括混凝土强度、套箍指标和配骨指标等,给出了该种组合柱的承载力计算公式。研究结果表明:由于钢管、钢骨和混凝土的协同工作,该种组合柱不但具有很高的承载力,而且具有很好的延性,可大大提高建筑物的防倒塌能力;由所给组合柱承载力计算公式计算的结果与实测值吻合良好。     

桥面铺装对中小跨径桥梁力学性能影响研究

为分析桥面铺装对中小跨径桥梁受力的影响,以空心板桥为例,通过足尺构件破坏试验,分析铺装层对主梁裂缝、变形和承载力的影响,结合整桥的荷载试验,建立3种分析模型与测试结果进行比较,并探讨了铺装层厚度对整桥受力性能的影响。结果表明,加载过程中桥面铺装与主梁共同受力性能良好,达到极限状态时,铺装层与主梁结合面无水平裂缝出现,桥面铺装能显著提高主梁的抗裂性能和极限承载力;车辆荷载作用下铺装层能够参与整桥受力,随着铺装层厚度加大,梁底拉应力先减小后增大。建议中小跨径桥梁设计和评估时,应适当考虑铺装层对主梁力学性能的贡献。     

正交异性夹层桥面板力学性能研究

采用模型试验及空间有限元计算分析方法研究聚氨酯-钢板夹层结构正交异性三跨连续桥面板的力学特性,并对比了不同桥面板车轮作用点处,截面受局部应力影响的纵横向应力分布。结果表明：与普通正交异性钢桥面板相比,夹层桥面板能大幅降低局部应力集中,应力峰值约为普通正交异性钢桥面板的1/3～1/2,并可大幅减少焊缝疲劳裂纹的出现;由于夹层板自身刚度大幅提高,能大幅减少纵向加劲肋数量并减少50%以上的焊缝,从而节省钢材,减轻自重;聚氨酯-钢板夹层结构正交异性桥面板的应变试验测试值与有限元计算值基本吻合。     

退役支座损伤状态检测评估与力学性能试验研究

随着运营时间的增加,现役大桥结构的约束体系,尤其是支座系统面临着日益严峻的退役挑战。以某长大跨桥梁为例,开展退役支座的损伤状态检测评估,并通过力学性能试验深入探讨退役支座的剩余性能。研究结果表明,退役支座的主要退化损伤为支座滑板发生严重磨耗,导致支座的摩擦性能与原设计情况大相径庭,桥梁原来的约束体系发生变化,显著增大了桥梁结构面临的风险。     

方形铅芯橡胶支座力学性能试验研究及隔震桥梁地震响应分析

为开发出能更好适用于桥梁隔震的支座,对方形铅芯橡胶支座进行了力学性能试验,并与铅芯橡胶支座力学参数理论公式计算的结果进行了对比,吻合较好,从而为方形铅芯橡胶支座的设计提供依据。在此基础上以某一四跨连续梁桥为例计算其地震响应,分析了方形铅芯橡胶支座的隔震效果。研究表明,方形铅芯橡胶支座性能稳定、力学性能良好、安装方便、隔震效果好,是一种理想的桥梁隔震装置。     

不同锚固方案下CFRP板增强混凝土板梁力学性能研究

为了研究碳纤维(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)板增强钢筋混凝土板梁的力学性能,基于CFRP板的混合锚固提出了改进的混合锚固方案(Improved Hybrid Bonding,IHB),并采用该种锚固方案对不同附加锚固位置下对增强梁受弯性能的影响展开了研究。采用了三点弯曲的加载方法对CFRP板增强梁进行了性能试验,采用有限元软件ABAQUS对试验梁进行了数值分析,并引入了不用界面本构模型来模拟附加锚固措施的各种边界条件。从试件破坏形态、裂缝扩展状况、荷载挠度关系、CFRP板—混凝土界面剪应力等方面,对比分析了试验结果和有限元模拟结果。研究表明,采用本文提出的IBH附加锚固方案可有效提高钢筋混凝土结构的承载能力,且当采用与试件F—B相同锚固位置时混凝土梁的承载能力更高;IHB—CFRP板增强结构的界面剥离破坏表现为表层混凝土的剥离,且主要集中在跨中锚固件位置附近。     

耐候桥梁钢腐蚀力学行为研究及其应用进展

耐候钢以其优越的耐久性受到了桥梁设计者的重视和广泛关注，扩大耐候钢桥在中国的应用已成为必然趋势。鉴于目前中国耐候钢桥设计理论和方法匮乏的现状，通过调研国内外耐候钢和耐候钢桥研究文献，主要参考美国、日本和欧洲耐候钢桥建设经验，对耐候钢的应用研究现状以及耐候钢桥设计方法进行综述。重点阐述环境与荷载耦合作用下耐候钢的腐蚀机理、耐候钢腐蚀后的力学性能退化、耐候钢桥设计理论和细节设计方法等内容，总结和分析已有研究所取得的成果和尚存的问题。分析表明：当大气中Cl^-和SO₂浓度分别低于3，20 mg·（m²·d）^-1或者非海洋大气环境中大气腐蚀等级为C2，C3时，可以裸装应用耐候钢；荷载作用下保护锈层存在开裂和脱落现象，锈层开裂为氧气扩散提供了通道，减弱了其对基体的保护能力，导致钢材进一步锈蚀，并且易发生局部腐蚀；裸装应用的耐候钢在使用不当时会产生较严重的腐蚀，从而导致力学性能退化，尤其是在应力腐蚀和腐蚀疲劳状态下其力学性能退化更为严重；钢桥细节设计方法对保证耐候钢的耐蚀性至关重要，定期维护可以延长结构的使用寿命；应用耐候钢可使钢桥全寿命周期成本显著降低。分析结果旨在为今后中国耐候钢耐蚀机理和力学性能的研究探明方向，并为耐候钢桥的设计和建造提供有效借鉴和参考。     

耐候钢及其焊接节点大气腐蚀经时演化预测方法

为了给解决耐候钢桥在应用和发展中所面临的腐蚀问题提供理论方法与对策，针对耐候钢在大气环境中的腐蚀损伤演化特性，通过编制MATLAB程序，建立了基于三维元胞自动机技术的耐候钢焊接节点大气腐蚀经时演化模型。该模型根据耐候钢在大气腐蚀过程中发生的化学反应，将大气腐蚀系统中的关键元素抽象成4种元胞类型，并离散成元胞网格。对母材和焊缝分别定义了不同的元胞邻居类型，模拟了耐候钢焊接节点代表性体元在介观尺度上的腐蚀演化过程，并通过大气暴露试验验证了所提出方法的可行性和有效性，揭示了耐候钢焊接节点腐蚀动力学及蚀坑演化规律，分析了溶解氧浓度和溶解概率对腐蚀损伤的影响。在此基础上提出了耐候钢大气腐蚀经时演化预测方法。研究结果表明：所提出的耐候钢焊接节点经时演化模型稳定可靠，演化规律合理，当时间尺度和空间尺度分别设置为0.2年和100μm时，模拟结果与大气暴露试验数据吻合良好；耐候钢焊接节点的腐蚀损伤主要由溶解概率和溶解氧浓度决定，平均腐蚀深度随溶解概率和溶解氧浓度的增加而增大。所提出的耐候钢大气腐蚀演化预测方法能够较为准确地再现研究对象的大气腐蚀过程，描述和识别研究对象在大气中的腐蚀动力学、腐蚀形态和蚀坑...     

锈蚀对Q550E高性能钢梁抗弯承载力影响的试验研究

为研究Q550E高性能钢结构锈蚀后的力学性能,制作7片锈蚀H形高性能钢梁,利用通电加速腐蚀的方法对钢梁进行锈蚀,通过抗弯性能试验,分析锈蚀对高性能钢梁的应变、挠度、承载力以及刚度退化等的影响。试验研究表明：锈蚀显著降低了高性能H形钢梁的承载力,锈蚀率每增加1%其屈服荷载与极限荷载大约减少11 kN;随着锈蚀率的增加,钢梁延性系数均呈下降趋势;钢梁的锈蚀降低了梁的实际屈服强度,使局部屈曲提前发生;试件在达到极限荷载前应变基本符合平截面假定,表明锈蚀基本上不改变高性能钢结构的应变分布;在弹性阶段的钢梁抗弯刚度将会发生退化,其退化速度与锈蚀率呈线性关系。     

中空夹层钢管混凝土柱力学性能研究

基于给定的核心混凝土和钢材的三轴本构模型,设定构件内、外两层钢管使用相同的钢材,并考虑核心混凝土和钢管变形协调,应用连续介质力学理论,对中空夹层钢管混凝土短柱进行了弹塑性全过程理论分析,建立了中空夹层钢管混凝土短柱组合弹性模量理论计算公式和应力-应变关系全曲线的理论计算模型。该计算模型形式简单,参数少易确定,便于程序化实现,并与文献资料的试验结果进行了比较,结果表明,该模型能较好地反映试验规律以及组合构件材料物理性能的优点,为中空夹层钢管混凝土组合结构进一步研究奠定了基础。     

锈蚀光圆钢筋混凝土受弯构件受力性能试验研究

进行了21根钢筋混凝土梁试件的试验,考察了钢筋锈蚀程度、钢筋直径等因素对配光圆钢筋混凝土梁力学性能的影响,分析了不同钢筋锈蚀率下混凝土梁破坏形态和承载能力的变化规律,讨论了钢筋-混凝土间黏结退化对构件承载性能的影响。试验结果表明:光圆钢筋的锈蚀致使钢筋截面积减小,拉伸强度降低,从而使锈蚀梁的承载能力下降;另一方面钢筋与混凝土之间的黏结退化也致使受弯结构的力学性能退化,但在钢筋达到屈服的条件下,钢筋与混凝土间黏结退化不是致使结构承载力降低的主要因素,对构件屈强比等性能也未产生显著影响。     

环向预应力钢绞线加固RC拱肋力学性能试验

通过RC方柱偏压试验和RC拱肋面内受力全过程试验,对环向预应力钢绞线（LPSW）加固拱桥方法进行研究。对相对偏心距分别为0,0.25,0.5的3类RC方柱进行偏心受压试验,偏心试验表明：RC方柱加固后,预应力钢绞线先于箍筋约束混凝土,有效抑制了混凝土裂缝的纵向开展,预应力钢绞线及箍筋之间具有良好的变形协调性;LPSW加固柱承载力提高了3%～34%,LPSW加固技术适合于小偏心受压结构,偏心距越小,增强效果越明显。在偏压试验基础上,拓展了LPSW加固RC拱肋的模型试验,对LPSW加固模型拱荷载-挠度曲线、截面应变和结构破坏模式等方面进行分析。拱肋试验表明：LPSW拱肋受力过程和破坏模式与RC拱肋相似,分为弹性阶段、裂缝开展阶段和钢筋屈服阶段,最终因出现5个塑性铰形成机构而呈塑性破坏。由于环向预应力钢绞线约束,使RC拱肋提前处于3向受压应力状态,横向膨胀受到约束,避免拱肋出现拉应力,加固拱肋的初裂荷载、钢筋屈服荷载和极限荷载为未加固拱的2倍、1.6倍和1.47倍。基于偏压柱及拱肋试验结果,利用弹塑性失稳理论的等效梁柱法,建立LPSW加固拱肋极限承载力的计算公式,计算值与试验值吻合较好,且偏于安全,可用于评估实际加固拱桥的承载能力。     

缓冲型防落梁钢圈限位装置力学性能试验

经合理设计的防落梁限位装置可以有效减小地震发生时桥梁上、下部结构间的相对位移,阻止落梁破坏的发生,而明确限位装置力学性能是对其进行合理设计的必要前提.为探明缓冲型防落梁钢圈限位装置的滞回性能和破坏模式,并提出极限位移和极限承载力的计算方法,制作了6个试件进行拟静力试验研究.分析了钢材种类、限位装置截面高度h和直线段长度...     

钢-UHPC组合结构中PBL剪力键力学性能研究

为探究钢-UHPC组合结构与普通钢-混组合结构中PBL剪力键力学性能的差异性,通过推出试验和有限元分析相结合的方法对其展开详细研究。首先,对9个UHPC试件和9个普通混凝土试件进行推出试验,根据2种混凝土试件中PBL剪力键的破坏形态、荷载-滑移曲线及应变分布规律揭示其失效机制及力学性能的差异,分析贯穿钢筋直径和钢板开孔数对PBL剪力键力学性能的影响;然后,采用试验结果验证的有限元模型开展参数分析,详细探讨UHPC强度、钢板开孔孔径、贯穿钢筋屈服强度和钢板厚度对PBL剪力键极限抗剪承载力的影响;最后,基于试验和有限元分析结果,提出考虑钢纤维的PBL剪力键极限抗剪承载力计算公式。结果表明：受钢纤维的影响,UHPC的裂缝发展受到限制,且较普通混凝土裂缝数量少、宽度小;UHPC试件中贯穿钢筋发生明显屈服,以剪切破坏为主;单孔PBL剪力键的极限抗剪承载力主要取决于贯穿钢筋直径,而受混凝土强度影响较小;多孔PBL剪力键的极限抗剪承载力主要取决于贯穿钢筋直径和混凝土强度;与普通混凝土试件相比,UHPC试件的抗剪刚度提升了2～3倍,双孔剪力键极限抗剪承载力约提高41%,三孔约提高56%;钢板开孔孔径、...