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弯剪段局部锈蚀高性能钢梁抗弯承载力退化研究

弯剪段局部锈蚀高性能钢梁抗弯承载力退化研究

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作者：方兴长沙理工大学

学位级别：硕士

与普通钢相比,高性能钢(High-performance Steel,hps)具有高强度、良好的韧性和较低的厚度效应等优点,目前被广泛地应用到桥梁结构、高层建筑结构中。然而,随着时间推移,由于防腐涂层老化剥落大、雨水冲刷作用强等因素,桥梁更易出现局... 详细信息

与普通钢相比,高性能钢(High-performance Steel,hps)具有高强度、良好的韧性和较低的厚度效应等优点,目前被广泛地应用到桥梁结构、高层建筑结构中。然而,随着时间推移,由于防腐涂层老化剥落大、雨水冲刷作用强等因素,桥梁更易出现局部锈蚀,威胁结构安全。本文以弯剪段随机锈蚀hps钢梁为研究对象,主要探究了锈蚀hps的表面形貌以及点蚀影响下锈蚀hps试件的承载力,研究内容有以下几方面:(1)明确了锈蚀hps试件的表面形貌特征。以Q550E钢材为研究对象,设计了标准拉伸试件和非厚实翼缘H型高性能钢梁并进行了电化学加速锈蚀试验,结合3D扫描,分析了残余面积和蚀坑深度的分布类型,蚀坑平均深度、深度标准差和蚀坑深宽比与质量锈蚀率之间的关系,以及局部锈蚀钢梁的残余几何特征。(2)研究了 hps点蚀结构的抗拉承载力退化。结合实测点蚀数据,建立了随机点蚀有限元模型,模拟得到了 Q550E随机点蚀钢片荷载-位移曲线,利用现有试验结果验证了有限元模型的计算精度。在此基础上,分析了点蚀位置、深度和尺寸效应对极限强度和最大变形的影响,并得出了极限载荷与最大横截面损失率之间的关系。(3)考察了不同局部锈蚀状况下高性能钢梁抗弯承载力退化情况。对弯剪段局部锈蚀H型高性能钢梁进行承载力试验,得到了锈蚀程度和锈蚀位置对于锈蚀高性能钢梁承载力退化的影响规律。针对以均匀锈蚀为主的弯剪段锈蚀钢梁,模拟分析了各种锈蚀状况下的抗弯性能变化,提出了折减系数法对锈蚀钢梁承载力进行预测。(4)分析了随机点蚀对弯剪段锈蚀hps钢梁极限承载力以及破坏模式的影响。基于热分析理论和特征值分析计入残余应力和初始缺陷影响,采用随机投样的手段构建点蚀钢梁的三维有限元模型。研究了不同点蚀体积损伤度DOPV、点蚀面积损伤度DOP以及不同锈蚀区域下的hps钢梁极限承载力变化。

关键词：锈蚀hps表面形貌随机点蚀抗拉承载力折减系数法抗弯承载力

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