随着我国土木工程和基础设施建设的高速发展,对高性能钢材的需求日益增加,近十年来,具有高强度、高韧性等优良性能的Q420qD成为交通土建建设中非常重要的钢种,受到投资方和设计人员的青睐。目前Q420qD越来越多的应用于海洋、工业大气或地下水侵蚀等复杂环境中,由此导致的钢材腐蚀造成了结构构件截面损失、性能退化和耐久性降低等问题,使得钢结构在服役期限内的腐蚀问题成为影响其全寿命耐久性设计的重要因素。同时,钢结构在正常使用阶段由于承受荷载而带应力工作,特别是地下结构还受到周围环境中杂散电流的影响,这些不利因素将进一步加剧钢结构的腐蚀。本文将通过试验开展对Q420qD钢材应力腐蚀特征及力学性能的研究,并通过有限元分析对地铁结构中腐蚀后钢管混凝土柱的承载力进行预测。本文对共60个有应力与无应力腐蚀试件进行通电加速腐蚀试验和拉伸试验,得到了有应力与无应力腐蚀试件的应力应变曲线并分析了应力应变曲线在不同腐蚀程度下的变化规律。建立了有应力与无应力腐蚀试件腐蚀速率模型,发现了有应力与无应力腐蚀试件的质量损失率均随腐蚀时间呈非线性增加关系且有应力试件腐蚀速率略快于无应力试件。另外还建立了有应力与无应力腐蚀试件按照原始截面面积计算得到的名义屈服强度和名义极限强度随质量损失率和截面损失率的退化模型,发现当数据离散程度较小时,有应力试件的名义屈服强度和名义极限强度的退化速度均快于无应力试件。同时也建立了按照腐蚀后截面面积计算得到的屈服强度和极限强度随质量损失率和截面损失率的退化模型。在腐蚀后有应力与无应力腐蚀试件伸长率退化模型中,伸长率随质量损失率和截面损失率的增大均呈线性下降规律。对于有应力与无应力腐蚀试件,在拉伸试验前借助三维形貌扫描仪对部分试件表面进行形貌扫描,分析了有应力与无应力腐蚀试件的表面形貌发展规律并观察蚀坑形状,探究了蚀坑深度分布规律和径深比分布规律。通过佳能照相机对所有腐蚀试件表面进行形貌采集,利用差分盒维数计算了所有试件表面分形维数并探究了有应力与无应力腐蚀试件分形维数随质量损失率和腐蚀时间的变化规律。根据地铁结构环境因素、钢材自身化学成分和受力状态,拟合得到地铁环境中钢材的腐蚀速率,对腐蚀后钢管混凝土柱进行了有限元分析,研究预测了腐蚀对钢管混凝土柱服役期间承载力的影响。