腐蚀后耐候钢栓焊节点的疲劳性能试验研究

摘要

耐候钢(Weathering Steel)，也被称为耐大气腐蚀钢。与普通碳钢相比，其在大气环境下具有较好的耐腐蚀性。它仅含少量合金元素，是属于低合金高强度钢的一种。耐候钢中合金成分主要为Cu、P、Cr、Ni等元素，这些元素使其在金属基体表面上形成致密且连续的稳定锈层。外表的保护锈层能阻碍锈蚀进一步往里扩散和发展，从而达到保护锈层下的基体，减缓腐蚀速率的效果，提高了钢材的耐大气腐蚀性能。本文主要针对栓焊节点耐候钢梁腐蚀后疲劳性能开展试验研究，以获得腐蚀后耐候钢栓焊节点的疲劳性能，并与普通钢梁栓焊节点的疲劳性能做对比，为耐候钢裸露使用提供试验依据。
　　论文首先设计并实施对Q355NHD栓焊节点耐候钢梁的乙酸盐雾循环试验，详细阐述了试件制备过程，并观察腐蚀后耐候钢栓焊节点及标定试件的形貌。通过与已有Q235钢的加速腐蚀试验对比，获得耐候钢栓焊节点在自然大气环境下相应的腐蚀时间。
　　接着设计并实施了腐蚀后的栓焊节点耐候钢梁的疲劳试验。详细描述了试件疲劳破坏过程以及相应的疲劳寿命。根据试验数据拟合栓焊节点的应力-疲劳寿命(S-N)曲线，包括Basquin模型以及三参数模型。对比Q370qE栓焊节点普通钢梁的疲劳现象以及试验结果，结果表明，栓焊节点的疲劳性能主要由焊缝控制，耐候钢栓焊节点并未由于锈蚀而降低该处焊接的疲劳性能，因此在工程疲劳设计中，无需对腐蚀后耐候钢栓焊节点进行额外的疲劳设计。
　　最后，实施了Q355NHD耐候钢板式试件的室内加速腐蚀和疲劳试验，以探究耐候钢母材的疲劳性能，并与已有耐候钢板式试件对比。阐述了试件制备，并介绍了试件的疲劳试验结果及其断口形态。研究表明，修正后的耐候钢S-N曲线在原S-N曲线的上方，即原S-N曲线估算的疲劳强度偏保守。原腐蚀后耐候钢S-N曲线虽没有耐候钢板式试件长周期疲劳的试验点，但其得到的耐候钢S-N曲线对长周期的疲劳强度估计仍具有一定的参考意义。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 课题背景

1．2 耐候钢的发展

1．2．1 国外耐候钢的发展

1．2．2 国内耐候钢的发展

1．3 耐候钢疲劳性能国内外研究

1．3．1 疲劳问题

1．3．2 国内外研究

1．4 课题的研究目的

1．5 本文的主要内容

第2章 耐候钢梁栓焊节点的腐蚀试验

2．1 大气腐蚀的研究方法

2．1．1 自然大气环境户外暴露试验

2．1．2 人工模拟室内加速试验

2．2 加速腐蚀试验

2．2．1 概述

2．2．2 标定试件制备

2．2．3 钢粱试件制备

2．2．4 腐蚀试验设备

2．2．5 腐蚀试验方法

2．3 腐蚀试验结果与分析

2．3．1 试件腐蚀形貌观察

2．3．2 试验结果

2．4 本章小结

3．1 概述

3．2 疲劳试验

3．2．1 试验方法

3．2．2 疲劳试验过程

3．3 试验现象

3．3．1 A1试件

3．3．2 A2试件

3．3．3 A3试件

3．4 本章小结

4．1 疲劳试验结果

4．2 疲劳裂纹分析

4．3 绘制S-N曲线

4．3．1 曲线拟合

4．3．2 S-N曲线图

4．4 普通钢栓焊节点疲劳对比

4．4．1 普通钢梁栓焊节点的疲劳试验介绍

4．4．2 普通钢栓焊节点与腐蚀后耐候钢栓焊节点疲劳性能对比

4．5 本章小结

第5章 耐候钢板式试件加速腐蚀后疲劳性能试验

5．1 概述

5．2 腐蚀试验

5．2．1 试件制备

5．2．2 试验方法与试验现象

5．3 疲劳试验

5．3．1 疲劳试验试件

5．3．2 试验设备与加载制度

5．3．3 疲劳试验现象及结果

5．3．4 腐蚀后耐候钢S-N曲线

5．4 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历