台状蚀坑阶梯形貌对锈蚀结构钢应力集中效应的影响

作者：古松; 曾生辉; 任松波^*; 顾颖; 孔超

来源：建筑钢结构进展, 2023, 25(09): 83-90.

DOI：10.13969/j.cnki.cn31-1893.2023.09.009

• 锈蚀结构钢
• 台状蚀坑
• 应力集中系数
• 三维有限元模型
• 蚀坑参数

锈蚀结构钢表面蚀坑因生长、连接、叠合等一系列演化行为而发展为具有典型多阶构造的台状蚀坑，此类蚀坑不仅规模较大、形式复杂，还极易引起局部应力集中，造成材料的塑性、韧性降低，严重威胁既有钢结构安全稳定。基于此，通过5组锈蚀钢板表面蚀坑参数统计结果，确定了台状蚀坑参数分布区间和台状蚀坑形貌类型。采用数值分析方法，建立了台状蚀坑损伤三维有限元模型，分别讨论了台状蚀坑体态倾角θ、台阶宽度比R以及台阶宽高比S等对应力集中系数Kt的影响规律。结果表明，Kt随θ的增加呈线性增长，当θ=π/2时，Kt值最大；对于蚀坑总深度与总宽度不变的情况，Kt随着R的减小而增大，当R=0时，Kt达到最大值，即单侧台阶型（R=0～0.1）所引起的应力集中效应最明显，其次为双侧偏台阶型（R=0.1～0.9），双侧等台阶型（R=0.9～1.0）所引起的应力集中效应最小；最后，基于不同台阶宽高比S状态下的台状蚀坑有限元计算结果，结合R与θ对Kt的影响规律，建立了台状蚀坑Kt的综合计算模型。

• 单位
  西南科技大学; 土木工程与建筑学院