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地铁钢筋杂散电流腐蚀疲劳损伤演化研究及数值模拟
| 论文题名： | 地铁钢筋杂散电流腐蚀疲劳损伤演化研究及数值模拟 |
| 关键词： | 地铁钢筋;杂散电流腐蚀;裂纹扩展;数值模拟;疲劳损伤;剩余寿命 |
| 摘要： | 地铁以其具有客运量大、快速等优点广泛被用来缓解当前日趋繁重的城市交通压力。但地铁运行过程中产生的杂散电流，易与疲劳荷载耦合造成地铁钢筋发生杂散电流腐蚀疲劳损伤，导致结构过早损伤破坏，从而严重威胁地铁结构耐久性和使用寿命。 本文依托国家自然科学基金面上项目《地铁钢筋混凝土界面多尺度腐蚀疲劳损伤及失效机理研究》（项目编号：51478183），采用理论研究和有限元数值模拟的方法研究了地铁钢筋在杂散电流腐蚀和拉伸疲劳荷载耦合作用下的损伤演化规律、损伤劣化机理和剩余寿命预测。主要工作和成果如下： （1）基于锈蚀钢筋抗拉试验，研究了地铁钢筋力学性能杂散电流腐蚀损伤退化规律。研究表明：杂散电流引发钢筋发生严重的点蚀现象，导致钢筋力学性能严重退化，且杂散电流强度愈大，钢筋发生腐蚀愈严重，钢筋屈服强度、抗拉强度、弹性模量等力学性能退化愈严重。 （2）采用现代电化学腐蚀断裂力学理论的方法，并结合锈蚀钢筋拉伸实验分析了影响地铁钢筋杂散电流腐蚀与拉伸疲劳荷载耦合作用下裂纹扩展的主要因素，并给出了其裂纹扩展速率方程表达式；研究表明：地铁钢筋杂散电流腐蚀疲劳裂纹扩展的主要影响因素有杂散电流强度、疲劳荷载应力水平和服役时间。 （3）结合锈蚀钢筋拉伸断口微观形貌观察，采用有限元数值模拟方法研究了地铁钢筋杂散电流腐蚀疲劳裂纹扩展过程、损伤劣化机理并建立了其损伤演化模型。研究表明：随着杂散电流强度、疲劳荷载应力水平的增大，钢筋杂散电流腐蚀疲劳裂纹扩展速率愈大。究其原因主要在于：杂散电流引发钢筋发生严重的点蚀不仅降低钢筋力学性能，并在拉伸疲劳荷载作用下可形成疲劳裂纹源，从而加速地铁钢筋腐蚀疲劳损伤。 （4）研究了杂散电流强度、疲劳荷载应力水平对地铁钢筋在杂散电流腐蚀与拉伸疲劳荷载耦合作用下剩余寿命的影响。研究表明，地铁钢筋杂散电流腐蚀疲劳剩余寿命随着杂散电流强度和疲劳荷载应力水平的增大而不断降低。在疲劳荷载应力水平为0.5时，当杂散电流强度由0V增大至30V时，其剩余寿命由56260次缩短至3664次。在杂散电流强度为15V时，当疲劳荷载应力水平由0.1增大至0.6时，其剩余寿命由25891次缩短至23577次。 |
| 作者： | 李启发 |
| 专业： | 材料学 |
| 导师： | 王凯 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华东交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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