力和氯离子腐蚀共同作用下钢管混凝土构件工作机理研究

提高结构的耐久性已成为当前土木工程结构设计中考虑的核心问题之一。实际工程中，不少钢管混凝土结构承受力和氯离子腐蚀环境的共同作用，而以往尚未见有关研究的报道。因此，开展该方面的研究工作具有重要的理论意义和工程应用价值。.本项目深入研究钢管混凝土构件在力和氯离子腐蚀环境耦合作用下的工作机理和设计方法。建立钢管混凝土压弯构件在力和氯离子腐蚀共同作用下受力全过程分析的有限元模型，并开展力和腐蚀共同作用下压弯构件的试验，研究结构构件的破坏模态、承载能力和变形特性的变化规律。深入研究力和氯离子腐蚀环境的耦合作用对钢管混凝土构件力学实质的影响，明晰受力全过程中钢管及其核心混凝土之间的相互作用机理。研究重要影响因素，如材料强度、含钢率、长期荷载比（即长期工作荷载与构件极限承载力之比）、钢管腐蚀速率等的影响规律，在此基础上提出力和氯离子腐蚀共同作用下钢管混凝土压弯构件的承载力计算方法。

提高结构的耐久性已成为当前土木工程结构设计中考虑的核心问题之一。实际工程中的不少钢管混凝土结构承受长期荷载和氯离子腐蚀环境的共同作用，而以往尚未见有关研究的报道，因此，开展长期荷载和氯离子腐蚀环境共同作用下钢管混凝土结构工作机理和设计原理的研究具有重要的理论意义和工程应用价值。本项目通过试验和理论分析相结合，深入研究了钢管混凝土构件在力和氯离子腐蚀环境耦合作用下的工作机理和设计方法。对钢管混凝土轴压、轴拉和纯弯构件在力和氯离子腐蚀环境耦合作用下的力学性能进行了试验研究和理论分析，在此基础上，建立了用以分析钢管混凝土压弯构件在力和氯离子腐蚀环境耦合作用下受力全过程分析的计算模型，并开展了典型钢管混凝土压弯构件在长期荷载和氯离子腐蚀共同作用下的试验，研究了构件的破坏模态、承载能力和变形特性等的变化规律，同时也验证了有限元模型的合理性。采用有限元模型，深入分析了力和氯离子腐蚀环境耦合作用对钢管混凝土构件力学实质的影响，明晰了受力全过程中钢管及其核心混凝土之间的相互作用机理。研究了重要影响因素，如材料强度、含钢率、长期荷载比（即长期工作荷载与构件极限承载力之比）、钢管腐蚀速率等的影响规律，在此基础上提出了力和氯离子腐蚀环境耦合作用下钢管混凝土压弯构件的承载力计算方法。研究结果表明，在长期荷载和氯离子腐蚀环境的共同作用下，钢管和其核心混凝土能够协调互补，共同工作，与短期加载相比，长期荷载和氯离子腐蚀共同作用下钢管混凝土构件的承载能力有所降低，但其降低幅度总体上小于相应的空钢管构件。结合本项目研究工作的开展，培养博士研究生2名、硕士研究生4名；先后发表学术期刊论文9篇(其中SCI收录期刊7篇，EI收录期刊2篇)；发表国际会议论文4篇(其中邀请报告论文1篇)；获国家发明专利2项，实用新型专利3项。提出的构件承载力实用计算方法被国家电网公司企业标准《输电线路中空夹层钢管混凝土杆塔设计技术规定》Q/GDW 11136-2013采纳，可为有关工程设计提供计算依据。