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强腐作用下桥梁钢力学性能退化试验研究
| 论文题名： | 强腐作用下桥梁钢力学性能退化试验研究 |
| 关键词： | 桥梁用钢;强腐蚀作用;本构关系;力学退化性能;失效行为 |
| 摘要： | 自上个世纪以来，钢板梁已普遍应用于桥梁工程领域，使用钢-混凝土组合结构比仅使用传统钢或混凝土结构有较多优势，其中最常见的复合受弯构件就是由混凝土与工字钢组成。这类结构充分利用其材料特性提供了更高的强度和刚度。随着交通运输发展进程不断加快，在桥梁上发生液体运输车侧翻泄漏事故屡见不鲜。腐蚀性液体罐式运输车一旦发生事故，钢板组合梁的钢材迅速腐蚀并产生大量酸雾，其力学性能严重退化，结构承载力急剧下降，组合梁发生下挠甚至坍塌，对道路通行影响大，更可能对事故现场人员及周边环境带来严重危害。因此，强腐蚀性液体对钢-混凝土组合梁力学性能的影响被值得重视。 国内外学者对腐蚀钢-混凝土组合结构进行了一定的研究，但大多数都是基于模拟大气腐蚀环境，对强腐下钢混组合结构的力学退化性能、承载力衰变规律等研究较少。本文在国内外学者已研究的基础上，采用试验研究、模拟与理论相结合的方法，通过强腐蚀不同桥梁钢材单调拉伸试验，揭示了强腐下钢材腐蚀程度与力学性能指标之间的关系，建立了桥梁用钢的本构模型。在研究力学性能退化模型的基础上，对荷载与腐蚀性液体耦合作用下钢板组合结构建立有限元模型，分析不同腐蚀率与腐蚀时间下的正弯矩抗弯承载力衰减规律及失效机理。 本文的主要内容与结论如下所示： （1）通过搜索与读研相关课题论文，掌握有关腐蚀钢材的基本概况。将桥梁用普通钢Q345和耐候钢Q345置于36%盐酸中，分别浸泡0、1、2、4、8、12、24、48、72h，对腐蚀钢板进行3D形貌扫描，分析了最大蚀坑系数与力学性能的关系，建立了强腐蚀动力学曲线。 （2）对两种强腐蚀桥梁用钢进行准静态拉伸试验，测得其材料力学参数并获得其本构关系，分析了钢材的断口形态、应力-应变曲线、力学性能指标与腐蚀程度的关系。 （3）将强腐蚀钢材的名义应力-应变曲线转化为真应力-应变曲线，利用Origin软件进行拟合得到不同的Johnson-Cook模型中的A、B、n并代入到ABAQUS中，考虑柔性金属损伤以模拟耐候钢Q345的应力流动及颈缩破坏；最后，建立了基于腐蚀时间的强腐钢材等效延性断裂准则。 （4）采用ANSYS有限元程序建立三跨双工字钢板梁有限元模型，分析三种强腐蚀桥梁工况的结构响应，开展其在腐蚀性液体强腐下的结构承载力、变形等影响，探索强腐下钢板梁的结构性能变化规律。 |
| 作者： | 张浩 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 乔文靖 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西安工业大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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