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．     

腐蚀疲劳下的高性能混凝土渗透性及破坏机理

腐蚀疲劳是公路工程用混凝土破坏的主要原因，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（HPC）在Na2SO4腐蚀溶液及三分点疲劳荷载耦合作用下的弯拉强度，分析了抗CI^-渗透特性及其疲劳破坏机理。结果表明，受腐蚀疲劳作用的高性能混凝土，其抗渗透性能大幅度下降，而交变应力、腐蚀介质的共同作用是其性能劣化的根本原因，降低单方混凝土用水量及掺加20％（质量分数）的粉煤灰可明显提高其密实度和抗腐蚀疲劳特性。     

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.     

钢桥腐蚀-疲劳耦合计算模型及影响因素分析

为了研究钢桥在交通荷载和腐蚀环境共同作用下的疲劳性能,考虑钢桥腐蚀-疲劳耦合效应,建立有2个阶段的腐蚀-疲劳耦合计算模型.在点蚀坑萌生阶段,考虑循环交通荷载对腐蚀过程的加速作用;在裂纹扩展阶段,引入裂纹扩展腐蚀加速因子,考虑腐蚀环境对裂纹扩展的影响.对钢桥顶板和纵肋焊接节点的腐蚀疲劳寿命算例分析表明：考虑腐蚀-疲劳耦合作用的疲劳强度相对于疲劳试验、规范AASHTO、规范BS5400和不考虑腐蚀-疲劳耦合作用的情况,分别降低41.25%、28.80%、44.60%和10.90%.对所建模型开展加载频率、腐蚀环境、腐蚀坑形貌特征等影响因素的比较研究,结果表明：随着加载频率的增加,焊接节点的腐蚀疲劳强度递增,当加载频率大于0.6 Hz时,焊接节点的腐蚀疲劳强度相近;随着腐蚀环境变强,腐蚀电流和腐蚀速率逐渐增大;腐蚀疲劳强度随着腐蚀坑形貌特征的增大而增大.     

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.     

Mechanical Behavior and Failure Criterion of High Performance Concrete Under Biaxial Tension-Compression Loading Condition

The mechanical behavior and failure criterion of high performance concrete(HPC)subjected to biaxial tension-compression loading conditions were investigated experimentally with a real triaxial testing system.The failure modes,ultimate strength and stress-strain curves of HPC under biaxial tension-compression loading conditions were obtained.Then,mechanical behavior of HPC under different stress ratios were analyzed.Finally,based on the Kupfers strength criterion for conventional concrete and test results,a novel failure criterion was proposed for HPC under biaxial tension-compression loading conditions.     

索承式桥梁吊索钢丝腐蚀疲劳寿命评估

根据吊索镀锌钢丝腐蚀疲劳破坏特点,把镀锌钢丝腐蚀疲劳纹形成和扩展过程分解成镀锌层腐蚀失效、蚀坑萌生、蚀坑形成、短裂纹扩展、长裂纹扩展和断裂破坏等阶段,建立各阶段时间表达式,得到镀锌钢丝疲劳寿命表达式,提出基于断裂力学的吊索钢丝腐蚀疲劳寿命评估研究结果方法。通过算例分析复杂运营条件下腐蚀环境和应力幅等因素对吊索钢丝腐蚀疲劳寿命的影响,研究结果表明：吊索钢丝腐蚀疲劳寿命主要由钢丝镀锌层腐蚀、蚀坑发展和短裂纹扩展等3个阶段组成,为了准确地评估吊索腐蚀疲劳寿命,需要掌握大桥的运营环境和交通荷载。     

Corrosion fatigue behavior of fastening hole structure and virtual crack propagation tests

The fatigue crack propagation behavior of the LY12CZ aluminum alloy fastener involving a central hole in air or in 3.5wt% NaC1 solution was investigated. The experimental results indicated that the corrosion fatigue crack growth rate decreased with the increasing loading frequency, and in a corrosive environment, the crack growth rate was slightly larger than that in air.Based on the experimental results, the virtual corrosion fatigue crack propagation tests were investigated and the stochastic process method and the AFGROW simulation method were presented. The normal process and lognormal process were considered for the stochastic process method based on the numerically fitted Paris equation. The distribution of crack size and the corresponding prob-abilistic model of crack length distribution for a given number of cycles can be found by integrating the stochastic process over time.Using the AFGROW software, the virtual simulation was carried out to analyze the corrosion fatigue crack growth behavior and the predicted crack growth curve was in good agreement with the experimental results.     

基于随机过程理论的舰船结构时变可靠性分析

针对疲劳和腐蚀对舰船结构强度的影响,提出一种结构时变可靠性的评估方法.根据舰船在服役期间的载荷环境特点,采用断裂力学及一般腐蚀原理,研究了其在疲劳和腐蚀作用下总纵强度随时间的变化,基于随机过程理论,建立了船体梁截面模量的随机时变模型.然后应用上穿率分析,结合并联系统的可靠性分析方法对舰船结构的时变可靠性进行了计算和分析.该分析方法既能体现疲劳和腐蚀因素导致的船体梁可靠性的时间连续性,又避免了数值积分,因此简单可行.通过算例与年度瞬时可靠性进行比较,表明该方法能更精确地预测在役舰船的时变可靠度从而为服役舰船的可靠性、维修性、保障性决策提供参考.     

交变荷载对硫酸盐侵蚀混凝土速率影响研究

为了研究交变荷载对硫酸盐侵蚀混凝土腐蚀速率的影响,引入受交变荷载影响的硫酸根离子有效扩散系数Dt,采用有限差分法通过matlab软件求解不同交变荷载应力水平、加载频率作用下的有效扩散系数Dt,并与已知的单一硫酸根离子在混凝土中扩散系数D进行比对分析。结果表明:有效扩散系数Dt的引入可以有效地表征交变荷载对硫酸盐侵蚀混凝土速率的影响,交变荷载作用明显地提高了硫酸根离子的有效扩散系数,加速了硫酸根离子的侵蚀速率,侵蚀速率随交变荷载应力水平、加载频率的增加而呈现不同程度的提高。     

锈后无黏结钢筋混凝土梁的模拟疲劳试验与分析

根据6根模拟试验梁的疲劳试验结果,分析了钢筋严重锈蚀、黏结力基本丧失后钢筋混凝土梁的破坏形态、刚度及疲劳寿命退化.指出局部无黏结梁中钢筋的疲劳断裂位置都处有无黏结的分界面上;试验梁的刚度随跨中完全无黏结区段长度的增加而减小,荷载水平越高刚度退化越明显;试验梁中钢筋的应力范围是影响梁疲劳寿命的最主要因素;锈后钢筋混凝土梁疲劳寿命的降低主要是由钢筋的截面积减小和疲劳强度退化引起的,与黏结退化的关系不大,仅梁中钢筋最大应力的增大与黏结退化有关,且荷载水平越高黏结退化的影响越大;建议分析锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳寿命时认为黏结退化对的梁的疲劳寿命无显著影响.     

环境作用与疲劳荷载藕合下混凝土结构性能劣化行为

混凝土结构往往需要承受疲劳荷载的作用,进而引起结构的疲劳损伤及脆性破坏;同时,混凝土结构还可能承受腐蚀、高（低）温、冻融循环等环境作用,并由此引起结构的环境损伤;当疲劳荷载与环境作用相互耦合时,结构性能会加速劣化,从而导致结构过早发生脆性破坏.该文分析多种环境作用与疲劳荷载耦合下混凝土结构性能劣化的机制,介绍有关研究现状,提出需要进一步解决的问题.     

腐蚀疲劳裂纺扩展过程中裂尖阳极溶解的贡献

对7475－T761铝合金材料在3．5％NaCl水溶液中的变形与腐蚀电流关系进行了试验测试,结合裂尖局部应力应变的分析结果,对等幅循环载荷作用下,7475－T761铝合金－3．5％NaCl溶液体系腐蚀疲劳裂纹扩展过程中裂尖阳极溶解的贡献进行了计算分析。     

锈蚀对钢材低周疲劳性能的影响分析

以我国钢桥结构中使用较多的Q345钢材为例,对人工加速锈蚀试样进行2种应变幅下的低周疲劳试验研究.应用精细的有限元模型分析,基于微观断裂判据--循环空穴扩张模型（CVGM）,对锈蚀钢材的低周疲劳断裂机理进行分析,讨论蚀坑对钢材低周疲劳（LDF）寿命的影响机理,并验证方法的有效性.结果表明,质量损失率约为6%的锈蚀Q345钢材试样的低周疲劳寿命比无锈蚀钢材减少约30%;完好试样与锈蚀试样的稳定滞回环形状几乎相同,锈蚀对钢材承载能力影响较小;在1%应变幅作用下,试样破坏现象为脆性的低周疲劳破坏,而在2.5%应变幅作用的循环荷载下,试样发生延性的超低周疲劳破坏.锈蚀引起钢材超低周疲劳寿命下降程度与蚀坑位置的应变集中有关,随着应变集中程度的增加,疲劳寿命的下降增大.     

掺矿粉高性能混凝土梁低周反复荷载试验研究

在高性能混凝土中掺加矿粉可提高混凝土的工作性和耐久性．目前,国内外对高性能混凝土抗震性能的研究还比较缺乏．基于6根梁的低周反复荷载试验,较为系统地研究了掺矿粉高性能混凝土梁的破坏形态、恢复力模型、变形恢复能力、延性、刚度退化、耗能能力等抗震性能．研究表明,掺矿粉高性能混凝土梁具有优良的抗震性能．     

低周腐蚀疲劳自动测控系统的改进

针对硫化氢环境下低周腐蚀疲劳试验面临的硫化氢腐蚀、试验时间长、运行成本高难以实时测控等问题,采用高速A／D卡替代原有DH3819静态应变仪进行数据采集,采用闭环控制原理对试验中的加载进行控制,利用内部时钟作为循环周期的计时时钟,并对试验中出现的载荷、位移超出设定范围、停电丢失数据等事件,在软件中采取相应的处理方法．改进后的测控系统采集数据精度高、控制及时准确、运行安全可靠、试验成本低、可连续运行．     

盐水泥浆中碳钢的腐蚀疲劳断裂

钻井液中钻具因受到各种作用应力,加上井下高温高压的腐蚀环境,使其易发生腐蚀疲劳断裂。为探讨钻具的断裂过程以期能找到有效的防护措施,实验室内建立了模拟试验装置。针对盐水泥浆中４５钢的腐蚀疲劳断裂行为,通过自制的旋转弯曲腐蚀疲劳试验机,模拟钻具的运转受力情况,研究了不同泥浆介质、应力、载荷频率和温度对４５钢腐蚀疲劳断裂行为的影响,并结合动态腐蚀试验和断口分析,讨论了各影响因素的作用。结果表明,盐水泥浆的ｐＨ值、Ｃｌ－含量等对４５钢的疲劳寿命有直接影响,腐蚀疲劳寿命与与局部腐蚀的程度大小有密切关系;随着加载频率的增大,４５钢的腐蚀疲劳寿命有较大提高;在１５～８０℃温度范围内,４５℃左右时４５钢的腐蚀疲劳寿命最短。     

Experimental study on mechanical behavior of high performance concrete under multi-axial compressive stress

Experimental investigation was conducted to characterize the responses of high performance concrete(HPC) subjected to multiaxial compressive stresses. The HPC specimens were prepared with three different mix proportions, which corresponds to three different uniaxial compressive strengths. The cubic specimens with size of 100 mm for each edge were tested with servo-hydraulic actuators at different stress ratios. The principal stresses and strains of the specimens were recorded, and the failure of the cubic specimens under various stress states was examined. The experimental results indicated that the stress states and stress ratios had significant influence on the strength and deformation of HPC under biaxial and triaxial compression, especially under triaxial compression. Failure criteria were proposed for the HPC specimens under biaxial and triaxial compressive loading. The test results provided a valuable reference for obtaining multi-axial constitutive law for HPC.     

钢芯铝绞线微动疲劳机理及其疲劳寿命的研究进展

微动疲劳普遍存在于钢芯铝绞线中,在长期的使用过程中,微动磨损及腐蚀同时存在,共同损害输电线路,造成巨大的隐患。综述了钢芯铝绞线的微动疲劳研究进展,介绍了钢芯铝绞线的微动疲劳机理、裂纹萌生和扩展机制及其影响因素。结合超高压输电导线结构特性及受力特性,基于非线性强度退化模型,研究了钢芯铝绞线的疲劳寿命,并提出了一些尚待研究与探索的问题。     

国内外耐候钢腐蚀疲劳试验技术发展

为了解耐候钢在腐蚀作用下的疲劳性能,并更好地用于桥梁建设,腐蚀疲劳试验是有效的研究途径.首先,介绍了环境腐蚀等级分类、均匀腐蚀和坑蚀,简述了腐蚀作用对钢材及其疲劳性能的影响.随后,回顾了3种疲劳试验的种类,总结和分析了国内外腐蚀作用对疲劳性能影响的试验研究结果.在此基础上,归纳了腐蚀疲劳试验包含的内容:试件设计、腐蚀试验和疲劳试验,研究了耐候钢腐蚀疲劳试验.最后,进行了20个加速腐蚀后HPS 485W和Q345CNH钢的疲劳试验,并与自然腐蚀后的耐候钢进行对比分析.结果表明:腐蚀环境能对钢材的腐蚀作用产生很大影响,坑蚀作用是导致疲劳裂纹萌生的重要因素;虽然有多种钢材的腐蚀疲劳试验方法,但需要有顺序有层次合理地展开相关试验研究;试件的设计应该在规范的基础上进行优化,并考虑疲劳过程中试件的能量耗散;在加速腐蚀试验需要合理控制环境条件,保证预期的试验结果;盐雾干/湿交替腐蚀后耐候钢的疲劳强度大幅降低,并且数据离散性更小.在自然腐蚀试验和加速腐蚀试验结合的基础上,逐步实现从腐蚀后疲劳试验到腐蚀-疲劳试验和从小试件到结构件的发展.