局部腐蚀H型钢梁的端部局压性能及加固研究

发布时间：2020-09-30 01:10

　　钢梁桥是国际上广泛应用的一种桥梁形式,其在长期自然条件下常常出现严重腐蚀,给桥梁安全带来巨大隐患。由于桥面板漏水以及较差的通风条件,H型钢梁的端部是常见的腐蚀集中部位,呈现出明显的腐蚀局部化特征。局部腐蚀削弱梁端截面,导致钢梁的端部局压承载力降低,但目前国际上几乎未见局部腐蚀后钢梁端部局压行为的研究报道。为此,本文开展了局部腐蚀H型钢梁的端部局压性能及其加固方法研究,主要工作和结论如下:1.开展了15个局部腐蚀H型钢梁的端部局压试验,揭示了腐蚀模式、腹板腐蚀厚度及长度、垫板长度、支座类型等因素对钢梁端部局压行为的影响,采用国内外既有规范公式并基于腐蚀后的剩余截面尺寸,对相关试件的端部局压承载力进行了尝试性计算,同时对不同支座类型钢梁的端部局压破坏机理进行了初步探讨。研究表明:(1)腹板腐蚀对钢梁端部局压承载力的影响明显大于翼缘腐蚀,随着腹板腐蚀厚度和腐蚀长度的增加,钢梁的端部局压承载力显著降低,但当腐蚀长度超过一定值以后,腹板腐蚀对钢梁端部局压承载力的影响几乎不再变化;(2)支座类型对局部腐蚀钢梁端部局压承载力的影响明显大于其对未腐蚀钢梁的影响,与相应的弧形支座试件相比,平板支座完好试件和局部削弱试件的端部局压承载力分别提高了8.8%和25.7%;(3)对于平板支座试件,腹板与翼缘同时腐蚀对钢梁端部局压承载力的影响小于两者单独腐蚀所产生影响之和;(4)采用国内外既有规范公式计算得到的局部腐蚀钢梁端部局压承载力的安全裕度的波动范围过大。2.采用通用软件ABAQUS,建立了局部腐蚀H型钢梁的端部局压数值模型,利用前述15个试件的试验结果验证了该模型的有效性,在此基础上对钢梁端部局压行为的机理做了进一步的深入探讨,考察了初始缺陷、边界约束条件、剪跨比、过渡区倒角等参数对钢梁端部局压行为的影响。研究表明:(1)上翼缘的扭转约束对钢梁端部局压承载力几乎没有影响;(2)等效几何缺陷的形状对钢梁的荷载-端部竖向位移曲线影响很小,但缺陷幅值对钢梁端部局压承载力的影响相对较大,且主要影响垫板正上方靠近梁端的部分腹板所分担的荷载;(3)当剪跨比大于0.6时,剪跨比对钢梁端部局压承载力的影响很小,当剪跨比小于0.6时,随着剪跨比的减小,钢梁端部局压承载力逐渐降低且降低幅度有所增大,建议相关规范公式应适当考虑剪跨比的影响;(4)倒角对其端部局压承载力的影响明显小于腹板局部屈服极限法计算得到的相应比例,该方法高估了倒角的影响。3.基于有限元分析结果,对国内外有关未腐蚀H型钢梁端部局压承载力的三种既有计算方法进行了评估,并对其中的直接强度法进行了改进,提出了不规则非均匀局部腐蚀的简化处理方法,考察了局部腐蚀钢梁的端部局压承载力折减系数随主要因素的变化规律,提出了该折减系数的实用计算方法。研究表明:(1)直接强度法计算结果的离散性在三种既有方法中最小,但其计算结果总体上过于保守,且无法考虑支座类型的影响;(2)改进后的直接强度法,可分别较好地预测平板支座钢梁和弧形支座钢梁的端部局压承载力;(3)腹板单独腐蚀时,钢梁的端部局压承载力折减系数与其截面规格几乎无关,但随腹板剩余厚度的减小呈现线性降低趋势,同时随腹板腐蚀区域长度的增加总体呈现出先明显降低而后趋于稳定的变化趋势;(4)针对腹板和翼缘单独腐蚀以及二者共同腐蚀的钢梁,分别建立了其端部局压承载力折减系数的实用计算公式,预测结果良好。4.针对局部腐蚀H型钢梁,提出了加劲肋-高强灌浆料组合加固方式,开展了3个局部腐蚀钢梁加固后的端部局压试验,对该加固方式的可操作性以及加固效果进行了验证。研究表明:(1)局部腐蚀钢梁的端部局压承载力可通过焊接加劲肋得以快速恢复,高强灌浆料的包裹可使该局压承载力进一步提高;(2)采用加劲肋加固的试件主要发生腹板和加劲肋的下部屈曲破坏,而采用加劲肋-高强灌浆料组合加固的试件主要发生腹板的剪切屈曲破坏;(3)高强灌浆料的包裹可有效防止加固端的二次腐蚀。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U441;U445.72
【部分图文】：

钢梁桥,桥梁安全,简支钢梁,博士学位论文

华南理工大学博士学位论文具有造型简单、自重轻、施工快捷、维修方便等特点，被广泛用于中、小11-17]。对于简支钢梁桥，桥面板伸缩缝处的漏水，再加上通风不畅，使得支相对更加容易产生腐蚀，这类腐蚀通常被称为局部腐蚀[18-22]，如图 1-1 所削弱梁端截面，给桥梁安全带来巨大隐患，因此有必要对局部腐蚀钢梁的固进行研究。（a）工况 1 （b）工况 2

照片,钢梁桥

第一章绪论大约 190000 座钢构桥中，有超过 22.5%的桥梁被认为是具有结构缺陷，这些缺陷上都是由于腐蚀性环境造成的[27, 28]。桥梁检测员 Eric Thorley 对美国许多钢梁桥进检测，图 1-1 为他给本文作者所发的一些比较典型的钢梁桥腐蚀照片。可以看出，桥的腐蚀基本集中在梁端中下部区域。本文作者对广州市的一些钢梁桥进行实地考，也发现了类似的腐蚀现象，如图 1-3 所示，该桥位于广州市海心沙。图 1-2 钢梁桥的腐蚀模式Fig.1-2 Corrosion pattern of steel beam bridge

扭转屈曲,侧向

第一章绪论ISC 规范所采纳。需要指出的是，由于上侧向扭转屈曲，如图 1-14 所示。范中端部腹板局部屈服极限法承载力公式组合梁进行了 5 组钢梁的端部局压试验。支托，而另一端则为滚轴支座。通过试验行了修正，并提出了一个新的计算公式。先，由于试验装置的限制，被研究端钢梁束装置的刚度比较小，试验过程中钢梁上果可以发现，加载初期腹板正反两面相同始缺陷非常大。

【参考文献】