銹蝕表面形貌及其對鋼材超低周疲勞性能的影響

宋方遠，謝旭，張婷婷

(浙江大學 建筑工程學院，杭州 310058)

在1994年美國北嶺地震[1]和1995年日本阪神地震[2]中，不少鋼結構在梁柱節點或橋墩底板連接位置發生了超低周疲勞破壞。與破壞性質為脆性斷裂或偽脆性的高周疲勞和低周疲勞不同，超低周疲勞的破壞機理是鋼材局部塑性大應變引起材料延性開裂，破壞性質為延性斷裂，疲勞壽命一般在20周以內[3]。而銹蝕是鋼結構耐久性退化的一種主要形式[4-6]，鋼材銹蝕不但使結構的截面厚度減小、承載能力降低，而且還會因為表面產生蝕坑引起應力和應變集中，降低結構的延性和疲勞壽命，影響服役鋼結構的抗震性能。

迄今，雖然一些學者研究了銹蝕線材的疲勞性能，如Apostolopoulos[7]、Hawileh等[8]研究了銹蝕鋼筋在循環荷載下的力學性能；李曉章等[9]、鄭祥隆等[10]對銹蝕高強度鋼絲的高周疲勞性能進行了試驗研究，這些研究均驗證了蝕坑位置會加速萌生疲勞裂紋，導致鋼筋或鋼絲的疲勞壽命顯著下降。筆者根據銹蝕鋼板的低周疲勞試驗結果[11]，發現銹蝕鋼板的滯回曲線形狀與未銹蝕試樣基本一致，而疲勞壽命較未銹蝕試樣有明顯的下降，且蝕坑是促進低周疲勞裂紋萌生、縮短疲勞壽命的主要影響因素。這表明銹蝕形貌對鋼板的低周疲勞強度有不可忽視的影響。為了評價鋼板的銹蝕形貌，孔德英等[12]采用圖像掃描方法獲取碳鋼實海掛片的表面形貌并進行分析，建立了掃描灰度值分布與試片局部銹蝕平均深度之間的關系模型；……