局部锈蚀圆钢管混凝土短柱轴压承载力试验研究

钢管混凝土(CFST)在服役环境中被腐蚀,导致其钢结构承载力降低,严重威胁到结构的服役性能和使用寿命。首先,采用机加工车铣方法制作模拟局部锈蚀的人工缺陷,然后以钢管外表面局部环向贯通锈蚀位置、锈蚀钢管体积损失率、锈蚀外表面面积损失率(简称锈蚀面积损失率,下同)为试验参数,对45根局部锈蚀圆CFST短柱试件进行轴压承载力试验;其次,分析锈蚀位置、锈蚀钢管体积损失率、面积损失率和壁厚损失率对锈蚀试件承载力、刚度和延性的影响,揭示锈蚀CFST试件破坏机理和承载力退化机制;最后,针对局部锈蚀圆CFST短柱构件轴压承载力提出一个简化实用计算公式。研究结果表明：各试件具有类似的破坏特征,主要呈明显的腰鼓状破坏,且发生在锈蚀区;随着锈蚀钢管体积损失率增大,锈蚀CFST柱的承载力、刚度和延性均出现不同程度的降低;在锈蚀钢管体积损失率和面积损失率相同的情况下,就局部锈蚀位置影响而言,中部影响最大;就锈蚀程度表征参数影响而言,锈蚀钢管体积损失率影响最大,面积损失率次之,壁厚损失率最小;本文提出的简化实用公式可为圆钢管混凝土构件全寿命设计提供参考依据。     

锈蚀圆钢管混凝土柱伪静力性能研究

目的研究酸雨对钢管混凝土构件的抗震性能影响.方法笔者设计了12根圆钢管混凝土柱进行低周反复加载试验.分析轴压比和锈蚀程度对试件滞回曲线、骨架曲线和刚度退化曲线的影响规律.结果随着锈蚀程度的加深,滞回曲线不断捏拢,试件的侧向承载力、刚度、延性都不同程度的减小;同一锈蚀程度,随着轴压比的增大,试件承载力和延性都会增大.所有试件的延性系数和阻尼黏滞系数随锈蚀程度的增大明显减小,随轴压比的增大上下波动,增大趋势并不明显.结论利用ABAQUS对钢管混凝土的抗震性能进行数值模拟,模拟结果与试验结果吻合良好,证实了有限元模型的有效性和可行性.锈蚀程度对抗震性能的影响比轴压比的影响要显著.     

四肢缀条轴压钢管混凝土格构柱承载能力分段合成法

采用泰勒级数作为分段插值函数,在考虑多个截面的平衡条件和紧箍效应钢管混凝土应力-应变关系、剪切变形及初弯曲影响的基础上,建立杆件截面的平衡方程,提出四肢缀条轴压钢管混凝士格构柱弹塑性极限承载力数值方法,并编制相应的计算程序.利用提出的计算方法和编制的程序对国内已有轴压四肢钢管混凝土格构柱试件进行计算,并与现有一些规程进行比较.同时,结合数值计算结果及长细比折减系数计算模型,提出长细比折减系数计算公式.利用提出的长细比折减系数计算公式对国内已有轴压四肢钢管混凝土格构柱试件进行计算,并与数值计算结果及试验结果进行比较.研究结果表明:该方法适用于轴压长柱和短柱的弹塑性极限承载力的计算.规程计算方法结果偏于保守,计算误差大,本文方法的计算结果与试验结果较吻合;本文提出的长细比折减系数计算公式正确.     

基于统一强度理论的多室T形钢管混凝土短柱轴压承载力

为研究多室T形钢管混凝土柱的轴压性能,将多室T形钢管混凝土柱等效成两个正方形和一个矩形钢管混凝土柱,对于矩形钢管混凝土柱,考虑长边和短边对核心混凝土的不同约束作用,将矩形钢管对核心混凝土产生的约束力等效成圆钢管对核心混凝土产生的均匀约束力,并引入混凝土折减系数。对于等效成圆钢管后直径小于100 mm的小尺寸方钢管混凝土柱,假定混凝土折减系数为1。利用统一强度理论分别求出两种钢管内部核心混凝土轴压强度,将钢管部分轴压承载力和两种钢管内部核心混凝土轴压承载力进行相加,得出整体的轴压承载力。计算结果与试验结果吻合较好,说明所建立的理论公式可以精确地计算多室T形钢管混凝土短柱的轴压承载力。     

锈蚀钢筋混凝土墩柱的双向拟静力试验

为探讨钢筋锈蚀对混凝土桥墩抗震性能的影响,对2组共10个具有不同锈蚀率的钢筋混凝土墩柱模型进行双向拟静力试验,得到在两个不同轴压比下、钢筋不同腐蚀程度时的滞回曲线.分析了钢筋锈蚀率和轴压比对墩柱模型承载力、刚度、位移延性和滞回耗能等的影响,给出墩柱模型的骨架曲线和刚度退化曲线.结果表明,钢筋锈蚀在一定程度上可改变钢筋混凝土墩柱的破坏形态,尤其是在较大的轴压比下;钢筋锈蚀对钢筋混凝土墩柱的水平承载力和位移延性均有较大影响.     

内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压中长柱极限承载力研究

根据内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土的特点,通过引入混凝土强度折减系数和等效约束折减系数,将内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土等效为内置CFRP圆管的圆钢管高强混凝土.进而,在统一强度理论的基础上,推导出内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压构件的强度承载力.通过引入整体稳定系数,推导出内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压中长柱的稳定极限承载力公式.将该公式的计算结果与试验结果进行了比较,结果表明该理论公式是正确可行的.理论公式以期能为工程应用提供帮助.     

锈蚀对钢管混凝土柱协同工作机理的影响

钢管锈蚀会对钢管本身的材料属性和套箍作用效果产生直接影响,也势必影响到钢管混凝土柱的力学性能和承载力。为了对钢管混凝土柱锈蚀后套箍力学机理有更清楚的认识,通过采用钢管壁厚和钢管刚度折减法,建立了钢管混凝土柱的锈蚀模型。在此基础上,根据弹性力学理论和钢管混凝土柱的协同工作原理,研究了轴向压力作用不同锈蚀程度下轴压钢管混凝土的套箍力学机理。分析结果表明,套箍力不但与核心混凝土的Poisson比、截面尺寸和弹性模量有关,而且还与外钢管的锈蚀程度、Poisson比、截面尺寸和弹性模量有关。随着锈蚀程度增加,钢管混凝土柱的组合弹性模量呈线性递减,外钢管对核心混凝土的套箍作用减弱,核心混凝土轴向压力分配系数呈线性增大。套箍力降低了核心混凝土轴向压力分配系数,提高了其轴向压承载力。     

基于电流密度的锈蚀钢筋混凝土梁承载力

对48根加速锈蚀的钢筋混凝土梁进行试验,研究锈蚀后钢筋混凝土梁的承载力退化规律．结合钢筋混凝土有限元的计算结果。归纳出基于锈蚀率锈蚀钢筋混凝土梁协同工作系数与综合折减系数的表达式．以电化学的法拉第定律为基本原理,提出了一种基于钢筋内部电流密度的承载力计算方法,通过该方法可对锈蚀构件的承载力、钢筋内部电流密度限值进行分析．     

锈蚀钢筋混凝土框架节点力学性能退化研究

目的找出不同钢筋锈蚀率对钢筋混凝土框架节点承载力的退化规律,进而为老旧框架节点的修复与加固提供依据.方法考虑柱端轴压比、约束条件等实际情况,且考虑钢筋强度折减以及钢筋与混凝土之间的摩擦作用,采用位移法对钢筋混凝土框架节点核心区没有配置箍筋的15个模型进行非线性数值分析.结果相同轴压比下,随着钢筋锈蚀率的增大,承载力降低,退化幅度逐渐增大,当锈蚀率达到10%,承载力基本不变,但构件已由延性破坏变为脆性破坏;相同锈蚀率下,增大轴压比,构件的承载力、极限位移呈现出先增大后减小的趋势,轴压比取0.4时,节点表现出较好的力学性能.结论钢筋锈蚀率与轴压比是影响节点力学性能的重要因素.过大钢筋锈蚀率和过大轴压比导致框架节点受单调荷载作用时的极限承载力与极限位移损失严重,节点的强度在锈蚀初期便表现出明显的退化趋势.     

混凝土柱中箍筋锈蚀影响纵筋压屈行为分析

为了估算箍筋锈蚀对混凝土柱剩余承载力的影响,利用能量原理推导了锈蚀箍筋抗拉刚度和锈蚀纵筋抗弯刚度退化情况下纵筋压屈模态的计算模型;列出了锈蚀纵筋压屈的1阶、2阶和3阶模态所对应的临界刚度系数Kcr,n;提出了根据箍筋锈蚀率推断纵筋压屈模态的判别式,其理论计算结果与计算机仿真试验结果能很好吻合.基于197根锈蚀钢筋的压屈试验,建立了锈蚀纵筋压屈模态与承载力之间的函数关系.所提出的计算模型可为既有混凝土柱剩余承载力评估中考虑箍筋锈蚀因素提供依据.     

光照对Q450NQR1耐候钢在干湿交替下腐蚀行为的影响

采用腐蚀质量损失、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、线性极化等测试手段,研究无光照、半光照及全光照三种实验条件对Q450NQR1耐候钢在干湿交替条件下腐蚀行为的影响规律.结果表明:光照对实验钢干湿交替腐蚀过程影响显著.实验钢在腐蚀前期(48h)腐蚀速率大小依次为半光照、无光照和全光照,腐蚀中后期(72 ～96h)腐蚀速率由大到小依次为半光照、全光照和无光照.腐蚀宏观形貌有明显差别,无光照时试样腐蚀产物呈淤泥状分布整个表面,有光照条件时腐蚀产物则呈颗粒状分布,但全光照条件时腐蚀产物颗粒更细且孔隙更小.另外,三种条件下腐蚀产物物相组成一致,但含量有所不同.线性极化测试得出96h极化电阻由大到小依次为无光照、全光照和半光照,这一结果与通过腐蚀失重得出的腐蚀速率结果一致.     

霉菌对超高强钢腐蚀行为的影响

采用扫描 Kelvin 探针测试技术,研究了300M 钢、Aermet100钢与超高强不锈钢在黄曲霉、黑曲霉、球毛壳霉、绳状青霉和杂色曲霉组成的混合霉菌菌种作用下的腐蚀行为.通过扫描电镜结合能谱分析对霉菌在三种超高强钢上的生长进行了观察和分析.300M 钢试样上霉菌呈现分散式堆积生长,数量逐渐增加;Aermet100钢试样上霉菌呈现分散式单个生长方式,数量逐渐增加;超高强不锈钢上霉菌呈现放射式网状生长方式,数量急剧增加,在钢表面形成一层生物膜.霉菌实验后,三种超高强钢表面都发生一定的腐蚀.300M 钢腐蚀最严重,蚀坑宽而浅;Aermet100钢次之,蚀坑窄而深;超高强不锈钢的耐蚀性最好.扫描 Kelvin 探针测试结果表明,霉菌一定程度上能促进300M 钢和 Aermet100钢的腐蚀,而对超高强度不锈钢的腐蚀行为有一定抑制作用.     

Influence of mill scale and rust layer on the corrosion resistance of low-alloy steel in simulated concrete pore solution

Electrochemical impedance spectroscopy, cyclic potentiodynamic polarization measurements, and scanning electron microscopy in conjunction with energy-dispersive X-ray spectroscopy were used to investigate the influence of mill scale and rust layer on the passivation capability and chloride-induced corrosion behaviors of conventional low-carbon (LC) steel and low-alloy (LA) steel in simulated concrete pore solution. The results show that mill scale exerts different influences on the corrosion resistance of both steels at various electrochemical stages. We propose that the high long-term corrosion resistance of LA steel is mainly achieved through the synergistic effect of a gradually formed compact, adherent and well-distributed Cr-enriched inner rust layer and the physical barrier protection effect of mill scale.     

恒电流脉冲法研究钢筋在模拟混凝土孔溶液中的腐蚀行为

通过恒电流脉冲法研究了钢筋在不同pH值模拟混凝土孔溶液中的腐蚀行为.应用时间常数与双电层电容计算了钢筋的极化电阻.结果表明:钝化钢筋的时间常数大于活化腐蚀钢筋,钝化钢筋的双电层电容比活化腐蚀钢筋小;腐蚀末期较好的抗腐蚀能力证实了钢筋在CP模拟液(pH13·6)中形成的钝化膜比在CH模拟液(pH12·5)中更致密,耐蚀性更好,而在CN模拟液(pH11·0)中基本无法形成完整的钝化膜;SO2-4与SiO2-3加入CP模拟液能提高钢筋的极化电阻,钢筋表面形成了更致密的钝化膜,在腐蚀末期钢筋表现出了更好的耐蚀性.最后,比较了恒电流脉冲、线性极化及电化学阻抗谱所测的极化电阻与腐蚀电流密度,表明这三种电化学方法在测试钢筋腐蚀速率方面具有较好的相关性.     

低温盐浴渗氮对Custom 465钢耐蚀及耐磨性的影响

为了提高Custom 465马氏体沉淀硬化不锈钢的耐磨性,分别在440、480和520℃对580℃时效后的样品进行了2 h的盐浴渗氮,使用显微硬度计、X射线衍射仪、电化学工作站、球盘式摩擦磨损仪、表面轮廓仪、扫描电镜等设备,研究渗氮温度对Custom 465钢表面物相、硬度、渗层显微形貌、耐蚀性及耐磨性的影响. 随着渗氮温度升高,耐蚀性逐渐降低,但表面硬度增加,520℃处理后表面硬度增大到1240 HV,较未处理试样的400 HV明显上升,渗层厚度达到22μm. 440℃渗氮后表面物相为氮在马氏体基体中过饱和的α'N ,点蚀电位降低约60 mV;480℃时有少量CrN相析出,引起点蚀电位降低约180 mV,同时磨损体积下降约43%;520℃时CrN相的含量明显升高,自腐蚀电位降低约70 mV,无明显的稳态钝化区,磨损体积降低82%,减磨效果明显.     

高强耐候钢Q450NQR1腐蚀规律和机制

 通过采用周浸腐蚀试验方法研究了Q450NQR1高强耐侯钢和Q345钢在浓度为0.01mol/L的亚硫酸氢钠溶液中,经过6,24,48,72和96h周浸腐蚀试验后的耐腐蚀性能,并测试了不同周浸腐蚀时间后试样的腐蚀电位和腐蚀电流密度.研究发现,Q450NQR1钢腐蚀速率随试验时间延长而下降,其表面的锈蚀产物膜在周浸腐蚀试验48h后基本达到稳定.Q450NQR1钢在浸泡各个周期内相对Q345钢均有更好的耐腐蚀性.电化学极化实验证实Q450NQR1钢的腐蚀电流48h后趋于稳定,而Q345B 48h后腐蚀电流密度略有增大,这与周浸腐蚀试验结果是一致的.微观腐蚀形貌及EDS分析认为这是由于Q450NQR1钢中添加的Cu和Cr元素参与了腐蚀成膜,并促使腐蚀产物膜整齐致密.XRD分析结果表明,Q450NQR1钢随时间延长,腐蚀产物中的α-FeOOH含量不断增加,在48h后含量基本稳定,大量α-FeOOH促使了锈层更加致密稳定,从而提高了Q450NQR1试样的耐腐蚀能力.     

冶金因素对钢点蚀扩展的影响

选择六种冶金因素各有特点的低碳钢和一种低合金钢,通过模拟闭塞腐蚀电池实验,结合冶金特点和腐蚀形貌分析,研究冶金因素对孔蚀扩展的影响. 结果表明,钢中固溶氧量、夹杂物、钙处理、磷含量及其偏析和合金元素镍铬等对点蚀扩展有重要影响. 钢中固溶氧量高、钙处理、高磷量和高镍铬量有利于抑制蚀坑扩展.     

库尔勒土壤环境中X70管线钢剥离涂层下的腐蚀特征

利用矩形剥离缝隙模型研究了库尔勒土壤模拟溶液中X70管线钢剥离涂层下的滞留液化学特征以及X70钢腐蚀特征.随着浸泡时间的延长,缝内滞留液的p H值逐渐下降直至稳定.Cl-在缝内滞留液中有不同程度的聚集,其中在缝隙底部的质量浓度最高.SO2-4的质量浓度在腐蚀初期表现为随距离增加而降低,到腐蚀后期表现为随距离增加而升高.HCO-3和NO-3的质量浓度从漏点至缝底有小幅降低.阳离子的质量浓度变化不明显.缝内X70钢的腐蚀形貌表现为明显的点蚀,且随距漏点距离的增加,点蚀越严重.     

碳钢在高温高浓度溴化锂溶液中腐蚀行为

通过电化学测试技术和化学浸泡方法 ,在高温 5 5 %LiBr溶液中研究了Na2 MoO4 对碳钢的腐蚀行为 .结果表明 ,Na2 MoO4 作为阳极型缓蚀剂抑制了碳钢的阳极活性溶解 ,表面膜主要由Fe3 O4 构成 ,Mo元素参与了成膜过程 .在 5 5 %LiBr+0 .0 7mol/LLiOH溶液中添加 15 0mg/LNa2 MoO4 时 ,可有效地改善碳钢的耐蚀性能 .     

Corrosion behavior of low alloy steels in a wet–dry acid humid environment

The corrosion behavior of corrosion resistant steel (CRS) in a simulated wet–dry acid humid environment was investigated and compared with carbon steel (CS) using corrosion loss, polarization curves, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), electron probe micro-analysis (EPMA), N₂ adsorption, and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The results show that the corrosion kinetics of both steels were closely related to the composition and compactness of the rust, and the electrochemical properties of rusted steel. Small amounts of Cu, Cr, and Ni in CRS increased the amount of amorphous phases and decreased the content of γ-FeOOH in the rust, resulting in higher compactness and electrochemical stability of the CRS rust. The elements Cu, Cr, and Ni were uniformly distributed in the CRS rust and formed CuFeO₂, Cu₂O, CrOOH, NiFe₂O₄, and Ni₂O₃, which enhanced the corrosion resistance of CRS in the wet–dry acid humid environment.