采用通电加速腐蚀的方法,研究了对所受应力水平为0.3倍屈服应力工况下共60个Q420qD钢材试件的应力腐蚀特征,并与相应无应力试件对比,得出关于腐蚀速率、腐蚀形貌、表面分形维数和蚀坑形态的四方面结论:(1) 有应力试件和无应力试件腐蚀速率均表现为先快后慢,在目标腐蚀率小于18%时,有应力和无应力腐蚀速率近似为常数,且有应力试件的腐蚀速率近似为无应力试件腐蚀速率的1.15倍;(2) 有应力试件腐蚀形貌发展快于无应力试件,且最终腐蚀形态都以均匀腐蚀为主;(3) 有应力和无应力试件表面分形维数变化规律相似,均在腐蚀初期迅速增大,之后出现减小-增大-减小的周期性上下波动现象,有应力试件的分形维数大于无应力试件;(4) 蚀坑形态以球冠状为主,有应力和无应力试件单个蚀坑深度分布均能较好的服从正态分布规律;蚀坑径深比变化范围稳定于2~6之间,平均值在4附近波动。 进行了斜拉索单根钢丝的均匀腐蚀试验,其过程可分为两个阶段,第一阶段为镀锌层的腐蚀,第二阶段是基体的腐蚀,在腐蚀的初步阶段在腐蚀的钢丝表面可以看到裂纹。腐蚀钢丝表面的微观形貌从致密的球形结构到多孔、中空和疏松的结构。第二阶段基体腐蚀时,腐蚀产物呈小团块状、蓬松状或花状絮状,随着暴露时间的延长,腐蚀产物呈层状、十字状和砂粒状。钢绞线横截面内钢丝的空间腐蚀变异性也受到护套破损形状的显著影响。随着暴露时间的延长,钢丝不同分层之间的整体腐蚀差异程度减小。矩形断裂形状、方形断裂形状的护套与环状断裂形状的护套相比会导致钢丝腐蚀具有更强的空间变异性。两个阶段的均匀腐蚀深度呈线性增加。均匀腐蚀深度的速率逐渐减小,然后趋于稳定。应用动态广义极值分布建立腐蚀导线的时间相关点蚀模型,单元最大点蚀因子可用Gumbel分布描述,位置参数和尺寸参数在第一腐蚀阶段呈指数下降,在第二腐蚀阶段呈线性下降,当护套整体老化或保护失效时,斜拉索相邻层中钢丝的腐蚀过程差异系数可用正态分布描述,平均值和变异系数分别为0.6758和0.2543。MIHAELA Iordachescu等[3]研究了在环境作用和镀锌钢绞线的局部剥离作用下导致部分钢绞线在使用30年后疲劳性能的变化。从所进行的失效分析得出的结论是,发展在固定了斜拉索的桥塔内部的单一介质对暴露的钢绞线产生影响之后,钢绞线发生选择性溶解、点蚀、扩展微裂纹和锌涂层损耗,从而加强预应力钢的应力腐蚀,直至失效。在实验室中,对作用于钢绞线护套部分30年的侵蚀环境的潜在损伤进行了定性复制和定量增加,并评估了30年服役后其对钢绞线疲劳行为的影响。从护套失效的部分选取内部钢绞线的样本,对这些钢绞线的试样进行电化学加速试验,复制了在服役断裂附近的未护套部分发现的损伤特征。对这些试样和商用锚固件进行的疲劳试验表明,在30年使用和增加的适度人为破坏的条件下,只有高强度的氢电荷触发了受损区域钢丝的疲劳失效,并将疲劳寿命降低到规范值的二十分之一。受到饱和NaCl溶液或中等电化学氢电荷影响的钢丝和有护套保护的钢丝在30年的服役期后均可以满足规范规定的疲劳强度。]利用微观腐蚀疲劳机理(腐蚀坑和疲劳裂纹行为)与宏观腐蚀疲劳特性(腐蚀环境下材料的疲劳抗力曲线(S-N曲线))重合部分求出裂纹扩展腐蚀加速因子,以此建立了正交异性板腐蚀疲劳耦合机理理论模型。该模型对比已有文献疲劳试验的疲劳强度降低了48.92%,由此,发现考虑腐蚀疲劳耦合效应会大大降低正交异性钢桥面板的疲劳性能。利用ABAQUS建立了关于正交异性钢桥面板的腐蚀疲劳模型,得到其不同应力幅值的腐蚀疲劳寿命预测,考虑腐蚀比不考虑腐蚀疲劳强度降低了48.92%。考虑了不同位置从1mm到35mm的裂缝分布,同时探究了横隔板厚度、间距以及顶板厚度等参数变化对应力强度因子的影响。相较于横隔板间距以及顶板厚度,横隔板厚度的改变对应力强度因子影响较大。在环境腐蚀的作用下,正交异性板横隔板弧形缺口疲劳裂纹扩展寿命会减小70.4%。在湿热环境下的腐蚀因子明显高于其他环境。由此可见湿度和温度对腐蚀的速率影响较大。

研究了点蚀对H截面钢梁抗弯承载力的影响。首次研究了受拉翼缘和受压翼缘的腐蚀影响。采用随机有限元方法分析了点蚀的影响,提出了一种预测H型钢梁剩余弯矩承载力的方法,该方法主要研究了腐蚀深度、质量损失率与弯矩承载力的关系。结果表明,该方法能准确预测腐蚀钢的强度,之后可以建立腐蚀后H钢的本构模型。需要注意的是仅当几何尺寸满足《钢结构设计标准》(GB 50017–2017)时,方可采用该方法。
研究了预测经受腐蚀的H梁抗剪承载力的分析方法,适用于小于1的任意材料的钢腹板,公式通过钢腹板腐蚀厚度、钢腹板厚度和质量损失率χ,计算出基于均匀腐蚀推导的折减系数,计算必须考虑点蚀的影响,如果以均匀腐蚀代替点蚀,则结果偏危险。该方法在预测腐蚀钢的强度方面取得了较高的精度。