钢材腐蚀对住宅钢结构性能影响的研究与评估.pdf

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【学位年度】近代 【摘要】 钢结构具有轻质高强和建造工业化的优点，同时也有耐腐蚀和耐火等方面的不足。以往钢结构防腐机理和技术措施的研究主要针对工业建筑以及大型公共建筑物。近年来，钢结构住宅研发在中国兴起热潮，被认为是未来住宅建筑的发展方向。但是，开发商、业主对住宅钢结构防腐层面的耐久性还是存在疑惑和担心，这一定程度上影响了钢结构住宅推广应用。 本文对有涂装和无涂装的Q235B钢材完成最长达6400小时的盐雾室内加速腐蚀试验，之后再进行钢材力学性能试验。通过对试验数据的分析，采用最小二乘法原理回归得到了受腐蚀钢材屈服强度、极限强度和伸长率下降与其失重率的关系式。 为考察无涂装和有涂装焊接H型钢简支梁腐蚀后的承载力、变形等受力性能指标，及其受力性能随着腐蚀时间增加的变化规律，本文对三组包括有涂装和无涂装的焊接H型钢试件完成最长达2400小时的盐雾室内加速腐蚀试验，之后再进行静力破坏试验。试验结果表明，在有涂装保护的试件中，腐蚀了2400小时的试件承载力、变形能力有相对明显的下降；在无涂装试件中，翼缘、腹板厚度较小的试件承载力、变形能力都显示出更大的降幅。 在试验研究的基础上，本文对试验中的受腐蚀钢梁进行了有限元模拟，建模时考虑了腐蚀造成的构件截面损失和材料力学性能降低。通过将试验结果和有限元结果进行比较，验证了运用有限元数值模拟的方法分析腐蚀后的结构或构件性能的适用性和有效性。 参照本文受腐蚀钢材材性试验得到的数据和研究成果，通过有限元数值模拟的方法，建立某十二层住宅钢结构腐蚀前和腐蚀后的两个模型，对实际城市大气环境中25～50年腐蚀后住宅钢结构性能进行评估。建模时考虑了腐蚀造成的构件截面减损和钢材力学性能降低的影响，以及室内外构件所处环境的差别。参照相关规范对于结构和构件的验算结果表明，腐蚀后住宅钢结构自振周期变长，承重构件的正应力比、水平荷载或作用下的层间位移，以及主、次梁相对挠度均有一定程度的增加。这些现象表明腐蚀削弱了承重结构的承载力储备，使得结构的侧向刚度降低。 与钢结构面临的腐蚀危害一样，钢筋混凝土结构也经受由于钢筋腐蚀导致的耐久性失效问题。本文研究获得的住宅钢结构基于服役时间承载力下降程度与现有混凝土结构研究成果的比较表明，面对住宅环境中腐蚀的危害，钢结构并不差于混凝土结构。 上海市工程建设规范《多高层钢结构住宅技术规程》中“钢结构防腐”部分的编制工作是本文研究内容的一部分。本文介绍了该规程中有关防腐设计的条文，并进行对这些条文进行了解释说明。 为了克服室内加速腐蚀试验研究的局限性，进一步掌握城市大气中建筑钢结构腐蚀发展的第一手数据，本文规划了相应的长期跟踪计划，包括对同济大学土木大楼钢结构和一组焊接H型钢简支梁试件进行腐蚀长期跟踪研究。 参照试验研究和有限元数值模拟的结果，本文最后对目前住宅钢结构防腐蚀面临的问题进行了回答，对未来住宅钢结构的防腐蚀设计和研究提出了建议。 共156页