点蚀孔腐蚀钢构件力学性能劣化简化分析方法

点蚀是一种局部和剧烈的腐蚀形态,导致钢结构构件力学性能退化,突然之间发生事故,对结构整体造成安全隐患.本文针对具有点蚀孔腐蚀特征的钢构件,提出一种通过等效弹性模量定量评价其力学性能劣化程度的简化分析方法.依据周期喷雾复合试验数据,以锈蚀率和最大点蚀深度为基础,对点蚀孔深度、直径及分布情况作出适当假定;考虑涂层寿命的影响,以锈蚀率相等为原则建立人工加速腐蚀试验和海洋大气条件下Q235钢构件腐蚀情况的转换关系.建立考虑点蚀影响的有限元构件模型,通过轴向均布力作用下的构件变形确定海洋大气环境不同暴露时间下点蚀构件的等效弹性模量,提出点蚀构件力学性能劣化分析的实用计算方法.数值算例验证了上述采用等效弹性模量分析腐蚀构件受力性能方法的正确性;计算结果表明,在相同锈蚀率条件下,点蚀构件的等效弹性模量低于均匀腐蚀构件.     

随机点蚀圆钢管柱力学性能试验与应用分析

为研究随机点蚀损伤对圆形钢管柱的力学性能影响,对带有随机点蚀损伤的构件进行了轴压试验,试验中考虑了不同的内径和点蚀损伤强度。结果显示,在文中所选点蚀损伤范围内,随着点蚀损伤强度的增加,点蚀损伤构件的屈服载荷和弹性模量均呈现线性下降趋势;内径越小,点蚀损伤对其屈服荷载和弹性模量影响越大;点蚀损伤强度为4%时,点蚀坑之间环向应变发展明显快于纵向应变发展。利用ANSYS有限元软件分别建立了无损伤构件和损伤构件的数值模型,利用试验结果对数值模型进行校核,最大误差分别为-4.17%、-11.78%,说明文中所建立的数值模型合理。最后,利用该数值模型分析了不同点蚀损伤区域对结构构件力学性能的影响,研究发现当点蚀损伤区位于2L/5~3L/5柱脚处时,构件屈服荷载降低了26.96%,此区域为构件的随机点蚀敏感区。     

高强钢S460和S690火灾后力学性能试验

火灾后,材料力学性能的退化是导致钢结构火灾后承载力降低的主要因素.通过试验研究高强钢S460和S690过火冷却至常温后的力学性能,得到过火高温对高强钢S460和S690的弹性模量、屈服强度、极限强度及应力-应变曲线的影响规律,并与普通钢火灾后力学性能进行对比.结果表明,当过火温度低于600℃时,S460和S690冷却后可恢复其基本力学性能;当过火温度超过600℃后,甚至高达1 000℃时,高强钢S460仍可恢复其常温下75%以上的力学性能,而S690仅可恢复其常温下64.5%的弹性模量、38.1%的屈服强度及57.3%的极限强度;高强钢火灾后力学性能与普通钢不同.通过对试验数据进行数值拟合,给出可准确表达S460和S690火灾后力学性能剩余程度的预测公式,可用于指导含高强钢S460和S690构件的钢结构火灾后检测与鉴定,并为相关规范的修订提供参考依据.     

建筑结构用钢的大气腐蚀模型研究综述

腐蚀是钢结构面临的一大耐久性问题,而大气腐蚀是最常见、造成腐蚀损失最大的一类腐蚀.多年来,国内外学者通过在役结构的原位测试、大气暴露试验、室内加速试验、电化学测试等手段对各种钢材的大气腐蚀进程进行了大量研究,对不同环境中的钢材腐蚀机理进行了分析,并提出钢材的腐蚀模型.本文从典型腐蚀性大气环境中建筑结构用钢的腐蚀机理、钢材的腐蚀失重时变模型和钢材表面的蚀坑发展和分布规律等三方面论述了建筑结构用钢的大气腐蚀模型的研究现状和进展.     

锈蚀冷弯薄壁型钢板材力学性能退化规律

为了研究锈蚀对冷弯薄壁型钢和热轧钢材料力学性能的不同影响,通过对工业环境下服役多年的冷弯薄壁C型钢进行拉伸试验,借助3Dscan手持式激光扫描仪得到腐蚀钢板表面形貌,探讨了锈蚀程度对其材料力学性能的影响。将试验结果与锈蚀热轧钢进行对比分析,比较了锈蚀对两种钢材表面形貌、断口形式、应力-应变曲线、力学性能指标的不同影响。研究结果表明:锈蚀冷弯薄壁型钢三维粗糙度参数S_a、S_q随锈蚀率的增大而呈现逐渐增大趋势,且增长速率高于热轧钢;锈蚀冷弯薄壁型钢的弹性模量、屈服强度、极限强度和极限应变均随着锈蚀率的增大呈线性下降,但伸长率随锈蚀率的增大呈二次曲线下降;同等锈损深度下,冷弯薄壁型钢的弹性模量、屈服强度、极限强度、极限应变和伸长率的下降速率均大于热轧钢,证明了锈蚀对冷弯薄壁型钢力学性能的影响高于热轧钢。     

高温后高强度钢的力学性能试验

通过试验研究了高强度G450钢高温冷却后的力学性能。将高强度G450钢试件分别加热升温至200,300,400,500,600,700,800℃,使用泡沫冷却方式使其冷却至室温,再进行力学拉伸试验,获得了高强度G450钢高温冷却后的应力—应变曲线、弹性模量、屈服强度及极限强度。试验结果表明:钢材经不同温度冷却后会有不同的表观特征,高温冷却后钢材的弹性模量、屈服强度及极限强度随温度的升高先小幅增大后逐渐减小。基于试验结果和对比分析,提出了力学参数简化方程来预测高温冷却后高强度G450的力学性能,该力学参数预测方程与实测结果基本吻合。     

高温下不锈钢螺栓的材料性能试验研究

为了给建筑钢结构螺栓连接的抗火性能分析与抗火设计提供依据,对不锈钢螺栓高温下的力学性能进行试验研究,开展了两组不同等级不锈钢螺栓高温下的拉伸试验,得到了不同温度下不锈钢螺栓的全应力-应变曲线。对不锈钢螺栓高温下的弹性模量、屈服强度和极限强度进行分析,将试验结果与不锈钢母材和耐火钢螺栓在高温下力学性能进行了对比,并对比相关规范关于不锈钢母材的推荐值,提出了不锈钢螺栓高温下弹性模量、屈服强度和极限强度的折减模型。研究结果表明：不锈钢螺栓高温下的极限强度折减系数与欧洲规范EC3中对不锈钢母材的推荐值相近,弹性模量折减系数差距较大。温度低于650 ℃时,不锈钢螺栓相比不锈钢母材屈服强度下降更慢;温度在500～900 ℃时,不锈钢螺栓相比耐火钢螺栓强度和弹性模量下降更慢。     

薄壁衬层再生复合管材层间界面力学行为分析

本文通过带腐蚀缺陷管道钢与薄壁衬层单面粘结试件的拉剪试验和T形板面粘结试件的法向拉伸试验,对薄壁内衬再生复合管材层间界面力学行为进行研究。单面粘结试件切向力作用下,随着带腐蚀缺陷管道钢腐蚀程度的增加,粘结层与基层管道钢剥离所占的比例逐渐减小,层间极限承载力逐渐增大,界面粘聚力随着腐蚀损失率的增加略有增加,但随着粘结材料失效所占比例的增加,这种增加趋势慢慢趋于平缓,层间界面切向破坏以粘结材料内聚力失效为主。利用差值法建立复合管材层间界面切向应力位移“双线性”本构关系模型。T形板面粘结试件的法向拉伸试验结果表明,试件法向力作用下的破坏形式基本相同,破坏以粘结层内聚力失效破坏为主,界面法向应力位移变化关系也可简化为“双线性”界面法向应力位移本构关系模型。基于“双线性”本构关系模型及试验结果,建立了带腐蚀缺陷管钢修复后的有限元分析模型。通过与试验结果对比分析得出“双线性”界面内聚力模型在有限元模型分析中能够准确模拟薄壁内衬复合管材层间力学性能。研究内容和结果可为埋地管道非开挖连续内衬修复技术提供理论依据。     

建筑用Q235钢在高温（火灾）条件下的力学性能研究

对建筑常用的Q235钢在火灾情况下的力学性能分析，获得了Q235钢在高温下的屈服强度、极限强度、弹性模量、伸长率等力学性能指标的变化规律，并在恒温加载和恒载加温两种试验下对Q235钢进行强度对比。     

高温冷却后奥氏体不锈钢力学性能试验研究

基于奥氏体不锈钢S30408材料,研究不同温度工况下冷却后不锈钢材料的力学性能.考察空气中自然冷却和浸水冷却这2种方式对材料力学性能的影响,获取高温冷却后不锈钢材料的力学性能指标(弹性模量、名义屈服强度、抗拉极限强度和断后延伸率等)与相应的折减系数,并将试验结果和已有同类试验结果进行对比.结果表明:不同温度工况对不锈钢材料应力-应变曲线中应变值较大(20%)的区段有着较为显著的影响;当温度工况600℃时,不同温度工况和不同冷却方式对不锈钢材料的力学性能影响较小;当温度工况≥600℃时,不同温度工况和不同冷却方式对材料的弹性模量、名义屈服强度和断后延伸率存在着影响,且材料的抗拉极限强度随温度升高略为增长,但不同冷却方式对材料的抗拉极限强度几乎没有影响.     

锈蚀脚手架钢管轴压稳定性试验研究

为研究锈蚀对扣件式脚手架体系中钢管立杆稳定性的影响,通过对不同锈蚀龄期的钢管进行表面形貌测试,分析锈蚀对钢管内、外壁表面形貌的影响;通过锈蚀钢管材料单调拉伸试验,探讨锈蚀条件下钢材力学性能的退化规律;基于锈蚀钢管的轴心受压试验结果,提出锈蚀钢管立杆稳定性的计算模型。结果表明：随着钢管失重率的增加,钢管表面坑蚀分布由独立蚀坑向溃疡状蚀坑群发展,外壁坑蚀率、算术平均高度和均方根高度均不同程度地高于钢管内壁;锈蚀钢材表面随机分布、大小不一的蚀坑会导致钢材强度与塑性变形能力下降、塑性变形能力劣化更明显;不同锈蚀程度的钢管轴压破坏模式均为整体弯曲失稳,锈蚀钢管的极限荷载随失重率的增加线性下降,峰值荷载对应的轴向位移值逐渐降低。     

锈损冷弯薄壁型钢材料力学性能试验

为研究锈蚀对冷弯薄壁型钢材料力学性能的影响,通过对工业环境下服役9 a的冷弯薄壁C型檩条进行拉伸试验,探讨锈蚀程度、类型对其材料力学性能的影响.研究了钢材断口形态、应力-应变曲线、力学性能指标与其锈损程度、类型之间的关系,建立了锈损冷弯薄壁型钢材料本构模型.在此基础上,运用有限元方法分析比较了锈蚀对不同材料属性、不同厚度钢板力学性能的影响.结果表明:点蚀试件断口为单一的平断形式,而全面锈蚀试件断口则呈现为斜断、圆弧断或阶梯断;点蚀试件均表现为屈服平台、颈缩段消失,而全面锈蚀仅当锈蚀率达到36.14%时,屈服平台才消失;试件屈服强度、极限强度、伸长率、极限应变、弹性模量均随锈蚀程度增大而减小,当锈蚀率为36%时,强度下降36.66%,伸长率下降约70%.点蚀对延性的影响要高于全面锈蚀,锈蚀对冷弯薄壁型钢材料性能的影响要高于热轧型钢.     

持荷状态下钢绞线腐蚀及性能退化研究

通过预应力用高强钢绞线在模拟腐蚀溶液中及在不同应力状态下进行加速腐蚀,并对腐蚀后的钢绞线进行静力拉伸和疲劳试验,初步探讨应力对钢绞线的腐蚀程度,腐蚀速率及钢绞线断面面积损失程度的影响,以及其力学性能退化规律.实验结果及分析表明:钢绞线在应力状态下的腐蚀速率较快,腐蚀程度较大,且力学性能退化严重,对此应引起足够重视.     

基于有限元分析的管道腐蚀缺陷生长预测模型

由于服役环境的影响,管线钢表面不可避免的会出现腐蚀缺陷,腐蚀处会产生应力集中,促进裂纹形核。基于有限元方法建立了用于预测腐蚀缺陷形貌发展的应力和电化学多物理场耦合模型。在模型中采用了变形几何和动态网格技术,用以研究X70管线钢在海泥模拟溶液中的应力腐蚀行为和腐蚀形貌随时间发展情况。结果表明,机械⁃电化学效应对应力腐蚀裂纹的形核具有重要作用;较小的腐蚀缺陷宽度使应力集中程度加大,电极电位负移,腐蚀速率增大;随着操作压力增大,腐蚀缺陷底部的管壁出现大面积的高应力集中区域,因腐蚀导致的金属损失面积增大。     

应力对X70钢在NaHCO3溶液中腐蚀行为的影响

采用电化学交流阻抗技术和显微微观观察研究了X70钢在0．5mol／LNaHCO3＋0．5mol／LNaCl溶液中的腐蚀行为。分析了外加应力水平对开路电位、极化电阻及表面形貌的影响。结果表明,在弹性载荷范围内,X70钢的耐蚀性下降。外加应力主要从两个方面促进了金属的腐蚀溶解：首先是在应力集中区域,原子排列发生形变,随着外加应力的增大,晶格缺陷增多,原子活化能提高,从而使平衡电位急剧下降;二是在应力集中区域,表面钝化膜发生不同程度的破坏或局部减薄,导致在钝化膜破裂或薄弱的位置上发生优先腐蚀并溶解。在外加应力和侵蚀性介质的共同作用下,X70钢表面的钝化膜破裂,试样局部塑性变形增加,导致局部电位发生变化,从而使其与周围基体形成了大阴极小阳极的腐蚀微电池,为点蚀形核创造了条件。     

隧道下穿引起既有管道竖向位移的简化计算方法

采用两阶段法推导了考虑管道剪切效应时盾构隧道下穿施工引起既有管道竖向位移的解析解。在第1阶段采用Loganathan公式计算盾构隧道下穿管道施工引起的管道轴线处土体竖向位移,第2阶段采用考虑剪切效应的Timoshenko梁模型模拟管道,并结合叠加法对管道位移控制方程进行求解,提出了简化计算方法。通过与工程监测、既有文献结果及离心机试验数据的对比,验证了方法的准确性,并进一步分析了管–土弹性模量比、管道直径以及管道剪切刚度变化对管道变形的影响。分析结果表明：随着管–土弹性模量比、管道直径的增大,管道的竖向最大位移值减小;管道剪切刚度对管道位移存在较大影响,剪切刚度减小可导致管道最大位移值增大。     

腐蚀管道剩余强度评价的基本方法

管道在长期的运行中不可避免会出现腐蚀，腐蚀缺陷的破裂是管道的主要失效形式。根据腐蚀管道的缺陷形貌将腐蚀分为均匀腐蚀、局部腐蚀和点蚀。采用双剪应力准则分析了腐蚀缺陷管道剩余强度的塑性极限承载能力，所建立的模型考虑了管道现场条件和室内爆破实验条件的差异，并提出了均匀腐蚀、局部腐蚀和点蚀管道剩余强度的分级评价方法和步骤，评价的精确性、评价所需数据资料的多少、评价人员的技能和完成评价分析的复杂性随级度的提高而增加。根据加拿大NOVA公司的爆破实验结果，可以验证该方法比美国ASME B31G和API579所推荐的方法更为接近于工程实际。