基于改进Sherwood-Frost模型的钢结构重防腐涂装本构研究

作     者：蔺鹏臻 陈星 

作者机构：兰州交通大学土木工程学院 

出 版 物：《铁道科学与工程学报》 (Journal of Railway Science and Engineering)

年 卷 期：2024年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 081401[工学-岩土工程] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：甘肃省交通运输厅科研项目(2022-26) 中央引导地方科技发展资金项目(22ZY1QA005) 甘肃省重点研发计划-工业类项目(23YFGA0042) 

主　　题：钢结构 重防腐涂装 力学性能 影响因素 本构模型 

摘      要：为探究影响钢结构重防腐涂装层单轴拉伸力学行为的关键因素，并据此构建其综合多重因素影响的本构模型。选取底漆、中间漆、面漆结合的三层钢结构重防腐涂装体系为研究对象，使用控制变量法对涂层进行了单轴拉伸试验，记录了各项拉伸力学性能指标，包括拉伸强度、断裂伸长率等。实验在-20℃至50℃的温度范围内进行，应变率设置在 6.67×10-4s-1至1.67×10-2s-1内，中间漆厚度则在140μm至700μm之间变化。量化分析了各因素对钢结构涂装层力学性能的影响程度，并揭示了各影响规律产生的原因。基于Sherwood-Frost模型理论，结合涂层材料特性及试验结果，确定了本构模型温度项、应变率项及厚度项，构建了多因素钢结构涂装层本构模型。并通过对钢结构重防腐涂装层进行了在应变率恒定，温度和中间漆厚度两种工况耦合的单轴拉伸试验，验证了该模型的可靠性。研究发现，在试验条件范围内，随着温度升高或应变率降低，涂层的拉伸强度减小而断裂延伸率增大。在中间漆厚度方面，当厚度为560μm时，涂层的力学性能响应最为明显。构建的本构模型预测值与试验结果的相关系数r均在0.97及以上，能够描述和预测在各种单因素或多因素耦合影响下涂装层的拉伸力学性能表现。本研究可以为钢结构重防腐涂装层的设计和应用提供理论支持，并为相似结构的防腐设计和研究提供参考。