中性盐雾环境锈蚀对接焊缝连接滞回性能研究和理论分析

摘要

对接焊缝连接是钢结构构件的主要连接形式，低周往复荷载作用下对接焊缝连接的滞回性能是衡量钢结构抗震性能的重要方面。然而，许多长期处于海洋环境下的钢结构工程，通常难以采用防护和构造措施避免锈蚀，钢结构对接焊缝连接的锈蚀降低了其塑性和断裂韧性，这无疑对对接焊缝连接滞回性能产生较大影响。本文以中性盐雾环境锈蚀对接焊缝连接为对象，通过试验研究和理论分析，研究锈蚀对接焊缝连接滞回性能退化机理与规律，其成果为既有钢结构工程抗震性能评估提供技术支持和理论依据。论文研究内容如下： （1）通过室外周期性喷洒盐雾加速锈蚀方法，在中性盐雾环境下对Q235钢制作的对接焊缝连接试件进行了12个月的快速锈蚀，研究了对接焊缝连接试件锈蚀质量损失率随腐蚀时间的变化规律。借助PS50三维形貌扫描仪对5个不同锈蚀程度对接焊缝连接试件母材区、热影响区及焊缝区表面形貌进行了局部测试，并对测试结果进行了数理统计分析，得到了试件表面形貌特征参数随腐蚀时间的变化规律，并据此建立了各区域粗糙度参数、蚀坑尺寸参数与其锈蚀率之间的关系。 （2）利用DNS300型电子万能试验机，对12个对接焊缝连接板材试件进行了单调拉伸试验，研究了中性盐雾环境锈蚀对接焊缝连接的力学性能退化规律，并建立了各力学性能指标（屈服强度、极限强度及伸长率）与锈蚀率之间的关系；开展了2个未锈蚀和10个锈蚀对接焊缝连接板材试件低周循环加载试验，研究了锈蚀程度对对接焊缝连接板材试件滞回曲线、骨架曲线、滞回耗能及破坏形态的影响；以 Ramberg-Osgood模型为基础，对锈蚀对接焊缝连接试件骨架曲线模型进行了理论分析，得到了模型参数与锈蚀程度之间的关系，并将骨架曲线与单调曲线进行对比，分析了锈蚀对对接焊缝连接循环强化特性的影响。 （3）借助大型有限元软件（ABAQUS）中的混合强化模型对低周循环加载锈蚀对接焊缝连接进行了有限元模拟，并与试验结果进行对比分析。在试验与有限元分析的基础上，提出了由循环骨架准则与滞回准则组成的锈蚀对接焊缝连接滞回本构模型。对试验结果和模型计算结果进行了对比分析，分析结果表明本文提出的滞回本构模型能比较准确地模拟锈蚀对接焊缝连接在低周循环荷载作用下的滞回性能。

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