耐候钢和高性能钢腐蚀后疲劳性能2019年度研究进展

免涂装耐候钢桥梁在使用过程中长期受到腐蚀作用,影响其性能的主要有均匀腐蚀和坑蚀。坑蚀能够直接导致钢材疲劳强度降低,并且疲劳细节等级越高,坑蚀对疲劳强度的削减越严重。在钢桥设计中,疲劳设计常为控制指标,需要对耐候钢和高性能钢腐蚀后的疲劳性能进行研究。针对中国耐候钢和高性能钢开展共计20个试件的腐蚀后疲劳试验,根据ISO规范对两种钢材进行中性盐雾干/湿循环腐蚀试验,盐雾采用5%的NaCl作为腐蚀溶液,其pH值为6.5,温度控制为35℃,腐蚀120个周期;针对腐蚀后的试件进行疲劳试验,并与未腐蚀试件的疲劳试验结果对比。试验结果表明,腐蚀后耐候钢和高性能钢的疲劳强度均大幅降低;不考虑保证率时,腐蚀后HPS 485W和Q345CNH钢2×10⁶次荷载循环的疲劳强度与未腐蚀试件相比分别降低了27.8%和26.6%;考虑95%保证率,采用m=3时,分别降低了34.7%和50.1%,并且低于FAT 125要求。腐蚀作用下,两种钢材表面形成稳定锈蚀层和蚀坑,其锈蚀层具有一定强度,疲劳裂纹均萌生于表面蚀坑部位。     

腐蚀预应力钢绞线的疲劳试验分析

为了研究钢绞线腐蚀后的疲劳性能,采用通电加速腐蚀方法制作了包括5根无腐蚀与22根腐蚀预应力钢绞线试件,并通过轴向拉伸疲劳试验对预应力钢绞线腐蚀后的疲劳性能退化规律进行了研究分析,试验主要考察了腐蚀率与应力水平对钢绞线疲劳寿命的影响。试验结果表明,腐蚀后的钢绞线疲劳寿命显著降低,腐蚀钢绞线的名义应力幅与疲劳寿命在双对数坐标系下仍近似符合线性关系,同级荷载水平下的钢绞线疲劳寿命随腐蚀率的增长按指数函数衰减。此外,本文根据试验结果还建立了腐蚀钢绞线的疲劳曲面方程,并给出了不同保证率下的腐蚀钢绞线疲劳强度建议值。     

铌对09CuPRe耐候钢腐蚀性能的影响

通过实验室周期浸润加速腐蚀试验,研究了铌对09CuPRe耐候钢在工业大气环境下腐蚀规律的影响.本试验分别采用激光共聚焦(LSCM)和扫描电镜(SEM)观察试验钢表面腐蚀形貌和试验钢锈层截面,并通过X射线衍射仪(XRD)测定腐蚀产物的物相组成.结果表明:在模拟工业大气条件下,铌元素在一定程度上提高了09CuPRe耐候钢的耐蚀性.     

高强度耐候钢及其在桥梁中的应用与前景

为了解高强度耐候钢的性能及其桥梁中的技术应用,首先总结当前国内外高强度耐候钢在桥梁工程应用的研究进展和成果,回顾了耐候钢技术的发展历程. 然后,分析了高强度耐候钢的腐蚀机理、腐蚀环境、抗腐蚀性能以及各种腐蚀评估方法;归纳总结了高强度耐候钢的焊接性能,以及耐候钢的腐蚀疲劳性能与评估方法. 最后,阐述了高强度耐候钢在国内外桥梁工程中的应用以及中国高强度耐候钢的试验状况. 分析结果表明:虽然中国的耐候钢技术有较大发展,但中国的耐候钢桥梁技术还处于萌芽阶段;耐候钢桥梁在腐蚀作用下的强度、稳定和疲劳问题将成为今后的研究方向;关键部位采用新焊接技术可保证耐候钢桥梁的疲劳强度;中国高强度耐候钢未腐蚀状态下的疲劳和力学性能满足桥梁建设要求,腐蚀状态下高强度耐候钢的疲劳性能和力学性能有待深入研究;基于电化学腐蚀和断裂力学的腐蚀疲劳模型可用于高强度耐候钢的腐蚀疲劳寿命评估.     

预腐蚀后超载对LC4CS铝合金疲劳性能的影响

首先用加速腐蚀环境谱对无裂纹试件进行腐蚀试验,然后进行拉伸超载疲劳试验。实验结果表明,在等幅载荷谱前加上一个拉伸超载,并定义该超载值与等幅载荷谱的峰值比为超载比,那么超载比越大,超载对无裂纹试件的增益作用越明显,但在超载比一定的情况下,超载的增益作用由于腐蚀程度的增加而降低。因此,在构件寿命的初期,必须考虑超载对无裂纹寿命的增益作用,以得到较长的寿命指标,但在寿命的后期随着腐蚀程度的增加无需考虑超载增益。     

高性能混凝土腐蚀疲劳评价指标研究

混凝土腐蚀疲劳破坏是交变应力与腐蚀介质耦合作用的结果，对其研究目前国内外还仅出于理论探索阶段．本文利用自行设计的腐蚀疲劳加载试验装置，研究了高性能混凝土在三分点疲劳加荷及Na2SO4腐蚀溶液同时作用下的强度衰减规律，提出了评价高性能混凝土抗腐蚀疲劳破坏能力的腐蚀疲劳因子及腐蚀介质因子两项指标．结果表明，受腐蚀疲劳高性能混凝土的强度衰减幅度远超过浸泡腐蚀试件，水胶比、矿物掺合料对抗腐蚀疲劳有显著的影响．     

铝合金中的腐蚀疲劳裂纹扩展

提出一个新的腐蚀疲劳裂纹扩展公式，并利用铝合金的实验结果对其进行了验证。     

混凝土梁腐蚀疲劳刚度衰减规律

为研究腐蚀环境下钢筋混凝土梁的刚度衰减规律,对空气环境、淡水环境、盐水环境中的试验梁在循环荷载作用下的混凝土模量和试验梁的刚度进行了分析.根据钢筋混凝土梁在腐蚀疲劳下钢筋与混凝土的应变、残余应变、挠度等试验结果,得到了受弯构件正截面混凝土腐蚀疲劳模量降低率和构件腐蚀疲劳刚度的衰减规律.结果表明,虽然试验过程中混凝土并没有遭受明显腐蚀,但其疲劳模量却有所降低,降低的速率依试验环境的不同而不同.主要是钢筋腐蚀疲劳发展,截面协同工作的结果.试验梁的腐蚀疲劳刚度降低速率亦较快,在不同的腐蚀环境中疲劳刚度降低的速率也不同,以盐水环境中刚度衰减的最快.主要原因是构件中钢筋腐蚀疲劳裂纹的不断扩展导致构件刚度的降低.     

钢箱梁悬索桥大节段正交异性钢桥面板疲劳性能试验

针对正交异性钢桥面板的焊接细节在反复荷载作用下易疲劳开裂的问题,以三峡库区某大跨悬索桥的钢箱梁正交异性钢桥面板为工程背景,进行1∶2缩尺的钢桥面板疲劳性能试验研究,进行设计寿命期内的疲劳试验和极限寿命期内的疲劳试验.疲劳试验结果表明:200万次的循环加载后,模型上各测点的应力值波动很小,在加/卸载过程中位移具有良好的对称性、可恢复性与重复性,说明模型的应力状态稳定,没有出现因局部开裂、损伤而导致模型应力显著变化的现象,说明该桥的正交异性钢桥面板的构造满足设计要求,且有一定的安全储备.     

锈蚀疲劳后混凝土中钢筋力学性能试验

为研究锈蚀疲劳后混凝土中钢筋的力学性能退化规律,对锈蚀钢筋混凝土梁疲劳破坏后取出的梁内主筋进行轴向拉伸试验,结合试验得到的锈蚀疲劳钢筋的应力-应变曲线,定量化地提出了锈蚀疲劳后混凝土中钢筋的本构关系模型,并对模型计算值与试验实测值进行对比验证.试验结果表明,未锈蚀钢筋在疲劳循环200万次后表现出与原状钢筋相同较好的延性破坏特征,疲劳作用对未锈蚀钢筋的力学性能没有实质影响;锈蚀疲劳后钢筋的应力-应变曲线发生了显著变化:屈服台阶特征改变、延伸率减小、屈服强度降低,变化幅度的大小与锈蚀疲劳程度有关,软钢不同程度地硬化;疲劳裂纹的出现使得钢筋在极低的延伸率下即突然拉断破坏,强度大幅降低,延性几乎完全丧失.     

Corrosion behavior and corrosion products of a low-alloy weathering steel in Qingdao and Wanning

A newly developed low-alloy weathering steel has been exposed in two coastal sites (Qingdao in the north,Wanning in the south) in China for one year.The samples in Wanning corroded far more seriously than those in Qingdao.The rust layer formed on the steel was analyzed by X-ray diffraction (XRD),scanning electron microscopy (SEM),N2 adsorption approach,polarization curves,and electrochemical impedance spectroscopy (EIS).The rust formed in Qingdao contains more X-ray amorphous compounds and is more compact than that formed in Wanning.Cr and Cu are enriched in the rust layer near the steel matrix,and the phenome-non is more obvious in Qingdao than in Wanning.The rust layer formed in Qingdao suppresses the anodic and cathodic reaction more remarkably than that formed in Wanning does.The rust layer formed in Qingdao possesses a higher ability to block the per-meation of chloride ions than that formed in Wanning does.     

Cu对耐候桥梁钢耐腐蚀性能的影响

采用干湿周浸实验模拟海洋大气环境研究含Cu耐候桥梁钢腐蚀过程中耐腐蚀性能的变化,并利用XRD,SEM等方法研究了两种不同Cu含量耐候桥梁钢的锈层变化．结果表明：Cu能够有效地降低钢的平均腐蚀深度和腐蚀速率,利于提高钢的耐蚀性能．锈层组成随腐蚀时间而变化,腐蚀初期锈层主要由Fe3O4和γ—FeOOH组成,腐蚀中期锈层开始生成Ni（0.6-1）Fe（2.4-2）O4尖晶石类复合氧化物和α-FeOOH两种晶相;腐蚀后期组成基本保持不变,主要由Ni（0.6-1）Fe（2.4-2）O4、α—FeOOH、γ—FeOOH和少量Fe3O4组成．     

钛微合金化高强度耐候钢成分设计及熔炼

在普通耐候钢Q450NQR1成分的基础上,通过理论计算,设计出一种钛含量为0.04%～0.10%、屈服强度为520～750 MPa的高强度耐候钢。按照成分设计要求,采用高频真空感应炉在1 873 K条件下熔炼钢样,并对不同钛加入量的钢样进行成分和组织结构分析。结果表明,熔炼的钢样中氧含量为（17～26）×10-6,氮含量为（12～66）×10-6,钛含量为0.006 1%～0.059 0%;钢样组织主要由铁素体和珠光体构成,随着钢中钛含量的增加,晶粒明显细化,钢组织渐趋均匀。SEM分析表明,钢中长方体的TiN夹杂,是以球形的Al2O3、MgO和钛氧化物夹杂为核心生长的,必要时在微合金化处理之前将钢中的氧含量降低到一定程度。     

高强度钢54SCV6超高周疲劳研究

介绍用２０ＫＨｚ超声波振动疲劳试验机对一组高强度钢５４２ＳＣＶ６的２９个试件的超高周疲劳强度研究结果,研究发现,中材料的高周直到超高周区间疲劳强度随材料寿命的加大呈明显减小,即Ｓ－Ｎ曲线呈明显下降。这一结果与传统的假说认为该区间的疲劳强度为水平渐近线或为一定值完全不同。     

Ti微合金化450-550MPa级耐候钢组织性能研究

设计了屈服强度达450-550MPa级高强耐候钢化学成分,在实验室进行冶炼和热轧试验,测试和观察了试验钢的力学性能和显微组织,分析了Ti含量对Ti微合金化耐候钢性能的影响。结果表明,试验钢的金相组织主要为在多边形铁素体基体上分布少量的珠光体;Ti微合金化耐候钢具有足够的强度和塑性,随着W（Ti）从0．025％增加到0．07％,试验钢的屈服强度从360MPa增加到550MPa;采用传统控轧控冷工艺可生产出屈服强度达450～550MPa级高强耐候钢。     

斜拉桥正交异性钢桥面板疲劳试验研究

以板桁斜拉桥的Q500qE正交异性钢桥面板作为研究对象,采用足尺节段模型疲劳试验和数值模拟的方法,对具有宽U肋的正交异性钢桥面板关键细节的疲劳性能进行研究. 通过施加预应力的方法模拟桥面板的轴压力. 3个试验模型总计进行650万次变幅疲劳循环加载. 研究结果表明,嵌补段焊缝初始裂纹以宏观长裂纹的方式出现在腹板下缘,荷载幅越大,初始裂纹越长;宽U肋嵌补段腹板和底板的裂纹扩展可以分为4个阶段,各阶段间有明显的分界点;裂纹扩展速度与裂纹扩展长度正相关;轴压力增大了嵌补段裂纹扩展速度;对设置了焊接垫板的宽U肋嵌补段的焊缝余高进行铲除并磨平处理可以提高焊缝细节的疲劳强度. 推荐采用我国公路钢桥结构设计规范（JTG D64-2015）中110类细节疲劳强度设计宽U肋嵌补段对接接头焊缝.