锈蚀钢材表面的分形维数与多重分形谱

为研究锈蚀钢材的表面形貌特征,通过中性盐雾循环试验得到10组不同锈蚀程度的钢材试件,采用三维非接触式表面形貌仪采集试件表面的三维坐标数据,利用差分盒维数法计算钢材锈蚀表面的分形维数和蚀坑深度的多重分形谱,分析分形特征随锈蚀时间的变化规律。结果表明:锈蚀钢材表面具有分形特征;随锈蚀时间t的延长,分形维数D表现为先增加后减小的上下起伏变化规律;蚀坑深度的多重分形谱宽度Δα大幅增大后连续减小,随后上下波动;Δf以“连续增加—减小”的规律整体持续上升。

钢材表面多重分形随锈蚀龄期的变化规律

为研究钢材的表面形貌随锈蚀龄期的变化规律,通过中性盐雾环境下的快速锈蚀试验得到9组不同锈蚀龄期的钢板试件,采用PS50三维非接触式表面形貌扫描仪对试件的上、下表面进行扫描,得到表面形貌和粗糙度S q.根据多重分形理论对表面进行分析,计算其多重分形谱,得到特征参数Δα和Δf的变化规律,并根据这一规律研究试件表面形貌与锈蚀龄期之间的关系.结果表明,随着锈蚀龄期的增加,试件表面的平均Δα呈现出“增大(424.34%)—减小(26.5%)—增大(29.7%)”的变化趋势,该趋势符合四次幂函数曲线;平均Δf则呈现出符合二次曲线的下降(53.2%)趋势.随着锈蚀龄期的增加,1、试件表面的蚀坑形态由深窄型过渡到浅宽型,并进一步演化出了二级蚀坑;2、试件表面的高度差异经历了“显著增大—增速减缓—渐趋稳定”的变化规律;3、表面不同高度区域之间的过渡越来越平缓.

锈蚀后Q235钢的滞回性能与循环本构模型研究

对大气腐蚀33年的Q235钢开展了循环加载试验,重点分析了锈蚀后钢材的断裂模式、耗能能力和骨架曲线随腐蚀程度的变化关系;对比分析了静力与循环加载作用下,腐蚀钢材的力学性能变化;阐明了腐蚀程度对其滞回性能的影响,并建立了腐蚀钢材的循环本构模型.试验结果表明:锈蚀后钢材的滞回曲线仍较饱满,但耗能能力随质量损失线性降低,最高降幅达15.51%;随着循环加载次数的增加,质量损失使耗能能力及塑性变形能力降低得越来越多,当质量损失率大于0.12时,试件受压向的骨架曲线硬化点应变由0.6%缩短至0.3%,降幅高达50%;受拉也有类似的情况;同时,受蚀坑影响循环加载下钢材的变形能力会显著降低(极限应变与伸长率分别降低36.47%和8.88%),但对极限强度和断裂强度的影响甚微.考虑到传统的Ramberg-Osgood模型不包含钢材的屈服阶段且无法准确判断钢材的屈服荷载,引入了包含弹性、屈服以及强化阶段的三段式骨架曲线.钢材的卸载阶段根据试验确定为线性,并建立了卸载刚度随循环应变与质量损失率的定量关系.最后,考虑腐蚀损伤与循环应变明确了重加载阶段的解析式,在此基础上提出了不同质量损失下的锈蚀钢材滞回本构模型,并且通过与试验值比较验证了该模型的准确性.为工程中评估腐蚀钢材的滞回性能提供了参考.

锈蚀表面形貌及其对钢材超低周疲劳性能的影响

锈蚀是钢桥耐久性退化的主要形式之一,而锈蚀钢材的表面形貌是改变结构应变分布进而影响超低周疲劳性能的重要因素。为了研究钢材锈蚀形貌及其对超低周疲劳性能的影响,以中国钢桥建设中常用的Q345钢材为例,对4组不同锈蚀程度的人工加速锈蚀钢板试样进行表面形貌测量,讨论了用粗糙度、分形维数和功率谱密度函数3种指标表征锈蚀形貌的可能性;根据三维形貌实测数据建立试样的规整六面体单元模型,并利用循环空穴扩张模型(CVGM)计算了锈蚀钢材的超低周疲劳开裂寿命,分析了锈蚀形貌对钢材超低周疲劳开裂寿命的影响。结果表明:人工加速锈蚀试验的锈蚀速率受锈层阻隔影响明显;对于不同锈蚀时长的试样,各组表面轮廓的粗糙度、分形维数和功率谱密度函数区分度不高;锈蚀形貌的不均匀程度是引起试样超低周疲劳性能下降的重要因素,蚀坑位置的超低周疲劳开裂寿命受蚀坑所处截面缩小程度、所处位置以及形状特征等不均匀因素耦合影响。

锈蚀对网壳结构抗连续性倒塌性能的影响

发生在水泥生产线建(构)筑物空间网格结构节点、支座处的锈蚀易导致相关的杆件失效,引发建(构)筑物空间网格结构连续性倒塌。通过有限元数值模拟,研究了实际服役结构在不同锈蚀年限下抗连续性倒塌性能的变化情况。动力响应过程中单层网壳结构最大应力达到静力作用下的1.5倍,部分杆件屈服,相邻节点位移达结构跨度的1/500~1/300。双层球面网壳结构冗余度高,抗连续性倒塌性能较好。

静载作用下含中心裂纹锈蚀钢板断裂性能退化机理与退化规律

以带中心裂纹的锈蚀钢板为研究对象,运用断裂力学的理论和参量,对锈蚀钢板断裂性能的退化机理与退化规律进行研究,建立了锈蚀钢材残余断裂韧度退化的经验模型.结果表明,锈蚀会导致应力强度因子的幅值增加,增大裂纹尖端应力场和位移场的强度,加速既有裂纹的扩展.对于未锈蚀模型和均匀锈蚀模型,裂纹尖端应力强度因子在厚度方向上从模型内部到模型表面逐渐减小;对于点蚀模型,裂纹尖端应力强度因子在厚度方向上从模型内部到表面锈坑底部逐渐增大.锈蚀还会影响J积分荷载曲线,使J积分值更快达到其临界值,导致钢板断裂提前发生.断裂韧度退化的经验模型结果与断裂试验结果较为符合.

考虑锈蚀的钢结构地震易损性分析

钢材锈蚀会引起结构的抗震性能与刚度的退化。通过已有钢材锈蚀规律并考虑结构的随机性,将IDA、Pushover与蒙特卡洛抽样结合得到结构概率地震需求及概率抗震能力的统计参数并代入本文提出的地震易损性模型,得到结构在不同极限状态的易损性曲面。以15层3跨钢框架为例,利用建立的方法研究了结构易损性随服役年限的变化规律。研究成果可为结构的全寿命设计、既有结构的运营以及地震风险评估等提供理论依据。

均布荷载下锈蚀后预应力钢骨混凝土梁的滑移计算

利用弹性理论,结合预应力钢骨混凝土梁的受力特征,建立了同时考虑预应力增量和钢材锈蚀率影响的滑移微分方程,给出了均布荷载下梁滑移计算的理论公式.讨论了钢骨锈蚀率、荷载、钢筋锈蚀率及预应力增量对滑移的影响,并给出了计算滑移的简化公式.计算结果表明,均布荷载下交接面的滑移随着钢骨锈蚀率和荷载的增大而增大,钢筋锈蚀率和预应力增量对梁滑移的影响相对较小.

输煤通廊焊接球节点空间钢管桁架的锈蚀检测及加固修复

针对服役16年的输煤通廊焊接球节点空间钢桁架的锈蚀损伤现状进行了检测,得到杆件截面平均锈蚀深度和杆件锈蚀程度的分布规律。根据检测结果,经计算知锈蚀杆件的承载力已出现明显的下降,无法满足安全承载要求。结合现场实际情况制定了杆件加大截面和置换的加固修复方案,并在加固施工时实施顶升卸荷和施工监控等措施。利用动测法分别得到了加固前、后的钢桁架动力特性参数实测值,为评价加固效果提供了可靠的依据。

基于生死单元的腐蚀钢材表面蚀坑模拟

钢材锈蚀之后,表面会产生大量锈坑,而锈坑具有随机性和不规则性,为灵活模拟锈坑,利用ansys有限元分析软件,首先通过几何建模与生死单元建模两种方法,分别模拟同一种有规则锈坑,然后加载进行力学计算,得出锈蚀钢材应力分布特征和应力集中程度,进行比较分析以验证生死单元法的有效性;最后将实验所得部分锈蚀钢材表面数据,利用生死单元法进行建模并加载分析。

历史建筑结构材料中钢材的检测

历史建筑结构材料中钢材的锈蚀会降低其承载力和耐久性,因此,文章提供了钢结构、混凝土中钢筋锈蚀科学的检测方法,以及其材性无损检测的方法,并提出了测定锈蚀度来作为其强度折减系数确定的依据。

钢闸门结构时变抗力模型及其可靠度分析

根据现有文献资料,对影响钢闸门结构构件抗力衰减的主要因素钢材锈蚀进行了统计分析,得到了锈蚀规律。在此基础上,进一步分析得到了闸门构件抗力的衰减模型。并以受弯构件为例,对)(tj是确定性函数和随机变量、荷载是时不变和时变情况的可靠度进行了分析计算,从而为现役闸门结构使用年限的预测和维修加固奠定了基础。这些工作目前在国内还是首次。

考虑多因素共同作用的钢桥焊接节点疲劳可靠度评估

提出考虑多因素共同作用的钢桥焊接节点疲劳可靠度评估方法,该方法不仅考虑焊接节点的应力集中效应,同时也考虑钢材锈蚀引起的焊接节点有效截面积衰减和疲劳性能退化。基于该方法,采用长期应变监测数据评估青马大桥典型焊接节点的疲劳可靠度。通过研究焊接节点热点应力幅随机特性、钢材锈蚀引起的有效截面积衰减模型及疲劳性能退化函数,利用疲劳损伤累积Miner准则连续函数概率解析表达式,建立考虑多因素共同作用的疲劳可靠度模型。综合考虑交通荷载(包括汽车荷载和火车荷载)和台风影响,通过统计分析长期应变监测数据建立标准日应力谱。采用有限混合分布方法及基于遗传算法的混合参数估计算法,获得标准日应力谱多模态有限混合分布函数。比较分析应力集中效应和钢材锈蚀因素(包括有效截面积衰减和疲劳性能退化)对焊接节点的疲劳寿命失效概率和可靠度指标的影响规律。结果表明,应力集中效应和钢材锈蚀因素对焊接节点的疲劳可靠度评估结果有较大影响。

钢闸门结构时变刚度模型及其可靠度评估

基于可靠性原理 ,建立了水工钢闸门结构正常使用极限状态刚度可靠度分析的极限状态方程 ,提出了钢闸门结构刚度可靠度分析的 3种计算模式 .对影响钢闸门结构构件刚度衰减的主要因素——钢材锈蚀进行了统计分析 ,得到了锈蚀规律 ,并进一步分析得到了闸门构件刚度的衰减模型 .以受弯构件为例 ,采用 JC法对其刚度可靠指标进行了计算分析 .结果表明 ,其刚度可靠指标满足结构可靠性总原则的要求 ,且露顶门的刚度可靠指标大于潜孔门的刚度可靠指标 。

多龄期钢框架时变损伤模型研究

对3种不同厚度的钢材标准试件进行酸性大气环境气雾加速腐蚀试验,并对锈蚀后的试件进行单向拉伸试验,得到钢材力学性能随失重率的衰变规律。同时考虑构件截面削弱与材料力学性能降低,建立不同锈蚀程度下的钢框架有限元分析模型,利用非线性静力推覆分析得到锈蚀钢框架结构的整体初始刚度随锈蚀程度增大的退化规律,以表征结构因锈蚀造成的损伤。提出同时反映最大变形效应和累积耗能效应的双参数结构整体地震损伤模型,并在此损伤模型的基础上集合钢材材性试验结果及有限元分析结果,提出适用于锈蚀钢结构的"时变"损伤模型。对比分析以层间位移角及时变损伤模型为性能指标建立的不同龄期钢框架结构的地震易损性曲线,结果表明:随着锈蚀程度的增加,在相同地震动强度下结构超越某一极限状态的失效概率均增大。

考虑钢材锈蚀的桥梁焊接节点概率疲劳寿命评估(英文)

由于循环外荷载和腐蚀性环境的共同作用,近海桥梁结构易受疲劳破坏.本文提出了一种考虑钢材锈蚀的桥梁结构改进疲劳可靠度评估模型,并基于青马大桥长期结构健康监测数据对其典型焊接节点的概率疲劳寿命进行了评估.通过建立有效截面衰减模型和材料疲劳性能退化函数,利用Miner损伤累积准则的连续概率函数表达式,提出了考虑钢材锈蚀的疲劳可靠度解析模型.同时考虑交通载荷(包括汽车载荷和火车载荷)和台风影响,通过统计分析长期应变监测数据建立了标准日应力谱.采用有限混合分布方法及基于遗传算法的混合参数估计算法,得到了标准日应力谱多模态有限混合分布函数.比较分析了考虑和未考虑钢材锈蚀的焊接节点疲劳寿命失效概率和可靠度指标,研究结果表明钢材锈蚀因素对桥梁焊接节点的疲劳可靠度评估结果有较大影响.

海洋腐蚀环境下Q690高强钢对接焊缝连接的力学性能研究

为研究海洋环境腐蚀对高强钢对接焊缝力学性能的影响,对不同锈蚀程度下的高强钢对接焊缝连接进行了微观形貌扫描和静力拉伸试验,分析了试件表面形貌与腐蚀时间的变化规律,建立了屈服强度、极限强度、弹性模量等力学参数的退化关系,基于二次塑流模型给出了不同腐蚀程度下高强钢对接焊缝连接的本构模型。结果表明:随着腐蚀时间的增加,红褐色腐蚀产物逐渐增多,试件的屈服强度、极限强度和弹性模量逐渐减小,延性降低;在腐蚀100d后,蚀坑深度达到440μm,弹性模量相对降低7.8%,屈服强度降低了8.28%;二次塑流模型能准确模拟不同腐蚀程度下高强钢对接焊缝连接的应力-应变关系,具有良好适用性。

既有双链式悬索桥承载力与变形研究

针对既有悬索桥检测维修工作,将表观检测、有限元理论计算与静动载试验相关联,提出了同时考虑结构强度、韧性、耐久性(抗疲劳和抗锈蚀)耦合作用下的承载能力系数法,对既有悬索桥承载力进行评定,运用此方法验算某悬索桥的承载力与变形,结果表明,经修正后的承载能力系数能很好地反映实桥的受力行为,该悬索桥在当前使用状态下,强度、刚度已不能满足安全性要求,必须予以维修加固。

重视雨季施工措施的落实

从若干方面阐述雨季施工的不利条件对工程质量影响.对于如何落实雨季施工措施提出了建议.

浅析雨季施工对工程的影响

在多雨季节里,为了提高工程质量,必须搞好防雨施工。文中详细介绍了雨季施工不利条件对建筑材料、钢材焊接和混凝土浇注施工工艺对工程质量的影响。针对雨季施工的特点,提出了相应的建议,确保雨期施工顺利进行。