中文摘要：

大批既有水工钢闸门遭受腐蚀损伤，面临日益复杂的环境与荷载多因素耦合作用的严峻考验，抗力退化将导致耐久性显著降低并直接威胁后续服役期的安全和运行。本项目根据材料学和材料物理化学理论，研究闸门涂层材料、钢材的腐蚀过程和服役性能时变规律、微结构演变过程、机理和失效准则。揭示其腐蚀退化规律和特点，建立定量计算的退化模型；基于此，将物理模型试验与数值模拟结合，研究腐蚀构件承载和变形的退化规律、构件之间的相互影响及其对闸门整体性能的作用机制，寻求构件、构件体系和闸门结构系统的退化机理和预测模型。建立主要构件的可靠度随机有限元模型，结合概率故障树法分析获得构件的系统可靠度，验明构件及其系统的时变可靠度变化规律；深化前期研究成果，应用系统多级模块分解技术，提出水工钢闸门系统"寿命-可靠度"模块分析方法,预测既有钢闸门剩余寿命，建立耐久性评估等级；为最大程度发挥既有水工钢闸门的使用潜力奠定理论和实践基础。

结论摘要：

大批既有水工钢闸门遭受腐蚀损伤，面临日益复杂的环境与荷载多因素耦合作用的严峻考验，抗力退化将导致耐久性显著降低并直接威胁后续服役期的安全和运行。本研究采用试验研究、理论分析、数值模拟等手段，对水工既有钢闸门的腐蚀损伤、可靠度等问题进行了一系列的研究，主要研究内容如下（1）既有水工钢闸门腐蚀机理研究。在快速腐蚀试验条件下研究了水工钢闸门裸钢和涂层材料的腐蚀过程，揭示了既有水工钢闸门腐蚀机理，为建立既有水工钢闸门主要构件的可靠度随机有限元模型，预测既有水工钢闸门剩余寿命，建立耐久性评估等级等奠定理论和实践基础。（2）水工钢结构锈蚀材料及其承载性能退化规律研究。通过对水电站水工钢闸门面板材料进行现场取样，分析了钢闸门面板材料经过多年的腐蚀，其表面锈蚀产物的物理形态，材料机体的化学成分及力学指标，揭示水工钢闸门抗力退化的原因。（3）水工钢闸门锈蚀模型及数值模拟方法研究。基于试验提出了“钢材某一点产生锈蚀后，后续在该点产生锈蚀的概率将比其他点大”的假设，利用二维图像处理技术和三维激光扫描技术还原面板锈蚀原貌，绘制面板锈蚀厚度分布特征图，模拟所得数据可以为进行有限元微观模拟分析奠定基础。（4）闸门构件的可靠度分析。水工钢闸门构件抗力非线性衰减规律研究，建立一种新的水工钢闸门构件抗力衰变非线性模型，用于计算水工钢闸门构件抗力及抗弯截面模量等衰变过程；进行了水工钢闸门构件时变可靠度研究，项目组结合Monte-Carlo随机有限元法与钢材的非线性锈蚀模型分析水工钢闸门常用的H型钢和面板构件的时变可靠度，得出了构件时变可靠度与锈蚀规律之间的内在联系，该方法可以计算构件的可靠度指标，确定钢材的锈蚀规律。（5）平面钢闸门主梁体系可靠度研究。以水电站溢流坝钢闸门为原型，建立了钢闸门有限元模型，以钢闸门5根主梁腹板厚度为变量，采用正交试验法对其进行正交试验设计，初步得到了闸门主梁体系相关关系。（6）既有钢闸门维护策略研究。