长江上游包括重庆市、四川省、贵州省等大型码头的建设中,由于存在覆盖层浅及深水施工等问题,码头下部结构更多采用钢管混凝土嵌岩桩型式,桩基及纵横撑均大量使用钢结构。目前内河港口钢构件防腐主要依据沿海钢结构防腐标准采用涂层保护法。从实际效果看,经水流冲刷一年左右,防腐涂层就出现大范围脱落,钢构件锈蚀严重。出现该问题的原因主要是内河大流速含沙水流对防腐涂层的冲蚀严重。本文通过物理模型试验研究含沙水流条件下钢构件涂层的表面冲蚀特性和涂层-钢界面的结合强度性状,提出了适于内河含沙水流条件的钢构件涂层冲蚀模型。本文的主要研究工作及成果如下:(1)依托重庆果园港码头钢构件防腐工程,基于对内河含沙水流冲蚀环境的分析,开展低含沙量和高含沙量两组条件下不同冲蚀流速的模型钢构件涂层冲蚀试验。结果表明,含沙水流对钢构件涂层的冲蚀主要表现为两方面,一是泥沙颗粒反复作用,引起涂层表面弹塑性疲劳变形累计及微裂纹萌生、扩展;二是腐蚀介质通过损伤裂隙渗透到涂层-钢界面,削弱界面结合强度,并发生腐蚀反应,导致涂层起泡、剥落。(2)分析了不同流速、冲角及冲蚀周期等条件下的涂层表面损伤规律。分析得出,流速较大时,涂层冲蚀率随时间的变化趋势明显,其冲蚀过程可分为缓增期、加速期和减缓期三个阶段;而流速较低时,涂层冲蚀率增长趋势较为平缓。随着流速增大,涂层最大冲蚀率由30°冲角逐渐向45°冲角偏移,整体呈现“中间大,两边小”的趋势。(3)基于不同冲蚀条件下的涂层损伤形貌变化,揭示了涂层表面损伤机理。冲蚀过程中,泥沙颗粒受绕流影响主要以斜向冲角作用到涂层表面,其作用力可分解为正向冲击应力和水平切应力。前者主要造成点坑式损伤,后者主要形成微切削或犁削式损伤。涂层表面损伤表现出颗粒磨损和疲劳损伤两种机制。(4)获得了涂层-钢界面结合强度在不同冲蚀条件下的弱化规律。结果表明,涂层附着力弱化过程受涂层表面冲蚀程度影响,呈现“缓慢-加速-减缓”三个阶段的变化。随着流速增大,涂层附着力下降趋势越明显,其最大降低值逐渐由0°冲角向45°冲角偏移。(5)基于试验结果和现有理论公式,提出了大流速含沙水流条件下涂层冲蚀模型。结果表明,在大流速下涂层的临界冲角0?约为40°,其变形冲蚀系数η相比切削冲蚀系数?对流速的变化更敏感。同时,切削分量和总冲蚀量随冲角的变化趋势相似,在临界冲角增大到最大值后随之减小;而变形分量随着冲角增大近似呈线性增长。