大气锈蚀下高铁客站雨棚钢结构的承载性能研究

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大气锈蚀是影响既有钢结构尤其是室外钢结构耐久性的重要因素。由于钢结构锈蚀问题的复杂性,目前没有统一的锈蚀影响表征方法和实用的锈蚀钢结构承载力计算方法。本文针对高铁客站雨棚钢结构的构件及体系开展锈蚀影响及耐久性研究,系统分析了不同锈蚀类型下钢结构的稳定性能,提出了实用的锈蚀残余承载力计算公式、锈蚀影响评价方法和耐久性评估原则。首先,进行了全长理想均匀锈蚀下轴压柱的稳定承载性能研究。针对不同截面形式和边界条件的轴压柱,采用理论推导分析了理想均匀锈蚀影响,并通过有限元和试验进行了验证,证明了均匀锈蚀对稳定承载力的影响可近似表示为几何截面折减的影响和材料强度折减影响的简单叠加。研究了全长随机锈蚀下轴压柱的稳定承载性能。基于实际工程点锈蚀的数据统计规律,建立了包含全长随机蚀坑的圆管柱精细化有限元模型,分析了随机蚀坑对稳定承载能力的影响,提出了以理想均匀锈蚀模型为基础的随机锈蚀残余承载力计算式。接下来对轴压柱的局部锈蚀影响进行研究。从锈蚀深度、锈蚀高度、锈蚀位置和锈蚀形状分析了局部均匀锈蚀的影响,变化截面形式和长细比得到了构件承载力的变化规律。对于局部随机锈蚀,建立圆管柱的精细化有限元模型进行参数分析,基于局部均匀锈蚀模型得到了实用的局部随机锈蚀残余承载力计算式。最后,开展了客站雨棚钢结构体系的锈蚀影响研究。首先对雨棚钢结构(门式刚架、拱桁架)的全长理想均匀锈蚀进行了研究,提出了体系残余承载力系数计算式。其次考虑局部均匀锈蚀的影响,针对刚架结构,变化钢柱长细比和梁的跨度,揭示了锈蚀位于不同位置时,刚架稳定承载力的变化规律。最后,在上述研究基础上建立了客站雨棚钢结构的锈蚀影响分级和耐久性评估方法。
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