桥梁缆索腐蚀镀锌钢丝的疲劳强度试验研究

为研究桥梁缆索镀锌钢丝的腐蚀程度、缺口形状对钢丝疲劳性能的影响规律,对3种腐蚀程度的镀锌钢丝进行疲劳试验,并根据腐蚀试件设计人造圆形、三角形和含切口的三角形缺口试件,采用试验和有限元法研究缺口试件的疲劳强度。结果表明:钢丝腐蚀越严重,腐蚀坑区域越集中,腐蚀坑越深,且疲劳强度随腐蚀程度加深而降低;在400MPa应力幅的循环作用下,圆形缺口试件到100万次仍没破坏;三角形缺口试件的疲劳强度低于圆形的,寿命很短;带切口的三角形缺口试件寿命更短,且与切口长度无关;三角形缺口试件的S～N曲线与实际腐蚀钢丝的S～N曲线有相似的趋势;缺口应力集中系数实测和有限元计算值表明缺口形状是疲劳强度降低的主要因素。     

交变应力与环境耦合作用下拉索腐蚀疲劳损伤机理研究

通过开展室内盐雾加速腐蚀试验,研究分析了各种应力状态下腐蚀钢丝的腐蚀失重量及弹性模量、抗拉强度等力学性能的变化,得出腐蚀钢丝各种力学性能中断后伸长率对疲劳腐蚀最为敏感的结论。在试验开展的基础上,以细观损伤力学为研究手段,并结合断裂力学强度准则,分析了环境腐蚀、应力腐蚀和疲劳腐蚀各自的特征、机理。腐蚀斜拉索的腐蚀疲劳损伤主要是由于腐蚀造成的钢丝表面的蚀坑,进而导致应力集中现象,加之氢致开裂,导致裂纹不断萌生、发展,研究分析了应用腐蚀疲劳裂纹扩展门槛值作为点蚀坑向腐蚀疲劳裂纹转化的判据的方法,并通过数值手段,分析了钢丝全面腐蚀、表面蚀坑深度、蚀坑形状和蚀坑纵向净间距对钢丝应力分布状态和疲劳寿命的影响。     

腐蚀桥梁缆索的氢脆和腐蚀疲劳研究

既有悬索桥和斜拉桥的缆索容易遭受腐蚀,影响桥梁安全.通过对不同腐蚀程度的桥梁缆索钢丝试验研究其力学性能和剩余强度.静力试验结果表明:实际腐蚀钢丝的抗拉强度与腐蚀程度关系不大,但当镀锌层消失钢丝开始腐蚀时,其伸长率急剧降低.由于中度腐蚀钢丝的氢累积含量在未受拉和受拉情况下都不大于0.2 ppm,所以当氢含量远小于脆断临界浓度0.7 ppm时,对钢丝张拉没有影响,表明氢脆可能不会发生.疲劳试验结果表明:当仅有镀锌层发生腐蚀时,疲劳强度变化不大;当腐蚀进入镀锌层下的钢材时,疲劳强度会显著降低;潮湿环境下钢丝的疲劳强度与干燥环境下相比会进一步降低.既有悬索桥的断裂钢丝断面分析表明:其断裂面和腐蚀疲劳断面相同,不是氢脆断裂.     

钢丝拉索腐蚀磁致伸缩导波检测的试验研究

钢丝腐蚀退化是桥梁拉索承载能力下降的主要原因,定期腐蚀检测对拉索的寿命非常重要。为模拟拉索实际腐蚀过程和检测思路,选取制造完好的平行钢丝拉索截段倾斜摆放,在不剥开拉索外护套HDPE的条件下,设计一套均匀滴加NaCl溶液吊瓶装置,通过小孔滴加NaCl溶液进行98d加速腐蚀,使用磁致伸缩导波检测仪器定期跟踪采集拉索腐蚀区域和端部信号。分析对比腐蚀前后信号发现,腐蚀区域反射系数逐渐增大,导波能量在腐蚀钢丝中逐渐衰减,端部回波信号逐渐减小。拉索腐蚀试验的导波信号特性规律能为实桥在役拉索腐蚀检测提供数据依据和可靠支撑。     

腐蚀吊索钢丝力学性能退化研究

为了进行腐蚀吊索承载力评估,需要研究腐蚀吊索钢丝力学性能退化特征。利用103根袁州大桥拆除得到的腐蚀旧钢丝进行静力拉伸试验、疲劳试验和扭转试验。结果表明:在0.05的显著性水平下,腐蚀吊索钢丝的静拉力学性能参数不拒绝正态分布和对数正态分布;相比较新钢丝,即使腐蚀蚀坑尺寸很小,疲劳寿命仍然降低很多;腐蚀钢丝疲劳断口没有明显的宏观塑性变形;腐蚀钢丝的抗扭性能明显退化。     

伶仃洋大桥锌-铝-稀土合金镀层钢丝腐蚀-疲劳耦合试验研究

深中通道伶仃洋大桥主缆采用φ6 m m 2060 M Pa锌-10％ 铝-稀土合金镀层钢丝,为了解腐蚀-疲劳耦合作用对该类型钢丝疲劳寿命的影响,对其进行试验研究.在钢丝试样常规疲劳试验的基础上,结合伶仃洋大桥主缆的承载特征和海洋环境下的服役特点,对腐蚀疲劳试验的方法进行比选,最终采用了干湿交替腐蚀-疲劳循环耦合试验的新...     

锈蚀钢丝疲劳断口分析与寿命预测

为了研究桥梁锈蚀高强度钢丝的疲劳性能以及疲劳断裂机理,并为基于断裂力学理论的锈蚀高强度钢丝疲劳寿命评价提供试验依据,以服役10余年的漂浮结构体系的拱桥吊杆退役钢丝及人工加速腐蚀钢丝为试验样本,对这2类钢丝进行了不同应力幅下的疲劳试验;利用扫描电镜分析了锈蚀钢丝的疲劳断口形貌特征以及疲劳断裂失效过程,对比分析了2类锈蚀钢丝疲劳源的蚀坑尺寸;考察了2类锈蚀钢丝初始裂纹应力强度因子及剩余断裂韧性,并与既有的钢丝疲劳阈值和断裂韧性指标进行了比较;采用三参数公式对锈蚀钢丝应力-寿命(S-N)曲线进行了拟合,对比了不同锈蚀程度钢丝S-N曲线的差异;针对锈蚀钢丝高应力幅的疲劳寿命特征,运用线弹性断裂力学方法对其进行了分析。结果表明:随着腐蚀程度的增加,钢丝的疲劳性能下降;表面蚀坑分布较密时,容易诱发多源裂纹并表现出不规则的裂纹扩展规律;萌生主裂纹的蚀坑阈值条件主要由疲劳裂纹扩展阈值ΔK_(th)控制;锈蚀钢丝S-N曲线在低应力范围下出现拐点,符合三参数公式的拟合规律;锈蚀钢丝的裂纹扩展寿命所占比例较大,基于一定初始裂纹尺寸假设得到的疲劳裂纹扩展寿命SN曲线能较好地反映锈蚀钢丝中等寿命区的平均疲劳行为。     

锈蚀钢索服役性能以及换索条件研究

桥梁钢索在服役一段时间后会不可避免地发生锈蚀,导致结构的安全性、耐久性降低。通过对高强钢丝的锈蚀程度和其力学性能之间的关系进行研究,当钢丝直径较小时,表面微小的刻痕或凹坑虽然不会造成其抗拉强度的大幅降低,但会严重削弱其疲劳性能,即锈蚀的出现易导致高强钢丝的疲劳断裂,而非拉伸断裂,尤其是当蚀坑出现时,钢丝的残余疲劳寿命迅速下降。通过结合相关实桥的换索案例及断裂钢丝的电镜扫描图,对高强钢丝断裂的相关因素进行分析,并提出了拉索残余寿命评估的相关流程和建议。     

摩托车车架系统疲劳强度分析及寿命预估

对疲劳强度理论进行分析,结合摩托车车架系统的疲劳类型为机械高周变幅疲劳的特点,提出采用安全寿命设计方法分析摩托车车架系统疲劳问题的研究思路。建立了与疲劳试验机试验工况相对应的摩托车车架系统有限元分析模型,对摩托车车架系统疲劳强度进行了计算,在此基础上对该车架系统的疲劳寿命进行了预估,车架疲劳试验机上试验结果验证了理论分析的正确性,为车架疲劳强度分析及寿命预估提供了理论依据。     

基于蚀坑参数的既有斜拉索钢丝腐蚀程度分级评价研究

钢丝腐蚀是导致斜拉索运营能力下降的主要因素,为了有效评估既有斜拉索的运营安全性,对其钢丝腐蚀程度进行准确的分级评价是基础性的工作。由于钢丝表面的蚀坑是导致钢丝力学性能退化的主要原因,采用实际工程更换下来的斜拉索中腐蚀钢丝为样本,以蚀坑几何尺寸为主要评价参数,进行了钢丝腐蚀分级下蚀坑参数测量试验研究。试验数据表明:钢丝腐蚀程度等级越高,蚀坑发育越明显,分布由稀疏变化为紧密相连,典型蚀坑深度逐渐增大,钢丝截面损伤率迅速扩大。基于试验统计数据,提出了包含蚀坑参数指标的斜拉索钢丝腐蚀分级的新评价标准,可有效提高斜拉索腐蚀开窗检测的实践操作性。     

恒丰北路桥拉索试验研究

恒丰北路桥是国内建造最早的斜拉桥之一，其拉索防护采用了水泥砂浆、黑色PE两层防护体系，具有一定代表性。在对该桥进行换索后，利用换下的旧索进行了钢丝锈蚀分布检查、钢丝锈蚀性能分析以及拉索锈蚀性能分析，详述了试验的方法、步骤和试验结果，分析了这种防护体系的弊病以及拉索在腐蚀条件下的力学性能变化。     

奥尔顿克拉克大桥斜拉索的疲劳强度

介绍了伊利诺斯州克拉克密西西比河大桥斜拉索的疲劳强度试验。该桥是一座主跨为２３０．４ｍ的结合梁斜拉桥，共有４８根斜拉索用于支承宽３１．４ｍ的上部结构，其中有４０根斜拉索直接挂放在两座桥塔的塔顶鞍座上。斜拉索的疲劳强度试验包括过去在同类构件上尚未进行过的轴向疲劳、轴向及挠曲组合疲劳试验两项。     

随机车流-风联合作用下沿海大跨度斜拉桥拉索疲劳寿命预测

为了预测沿海大跨度斜拉桥拉索在车流、风和波浪等变幅荷载长期作用下的疲劳寿命，提出了沿海大跨斜拉桥拉索在随机车流、风和波浪荷载联合作用下拉索应力谱的计算方法和步骤，并基于线性疲劳累积损伤理论建立了斜拉桥拉索疲劳可靠度的计算框架。首先，根据桥上实测车流数据，建立了随机车流模型，基于桥址处风浪观测数据，运用二维Copula函数建立了桥址处风浪联合概率模型。然后，将生成的随机车流及风浪荷载作为外部激励，基于风-浪-车-桥耦合振动数值模拟平台，实现随机车流、风、浪荷载联合作用下的斜拉索应力谱的计算分析。最后，基于线性疲劳累积损伤理论推导了服役期内斜拉索疲劳可靠度及疲劳寿命预测公式，并以一座沿海大跨斜拉桥为例，结合桥址处的实测车流、风和波浪数据，计算了拉索在随机车流、风和波浪荷载联合作用下关键拉索的疲劳寿命。结果表明：车辆荷载主要影响拉索的应力响应均值，风荷载主要影响拉索的应力响应的脉动部分，而波浪荷载对拉索的应力响应影响非常小，可以忽略。此外，在随机车辆、风和波浪荷载共同作用下，拉索的日累积疲劳损伤符合威布尔分布，并且岸侧拉索的中间索疲劳寿命最低，为121年。研究成果可为沿海大跨度斜拉桥拉索疲劳可靠度分析及疲劳寿命预测研究提供参考。     

疲劳分析在汽车零部件设计中的应用

本文应用有限元疲劳分析软件NSC/FATIGUE，结合疲劳台架试验，对汽车安全零件-控制臂进行了疲劳分析，探讨了疲劳强度理论在汽车产品疲劳寿命计算中的应用，提出了提高零部件疲劳强度的方法。     

车身台架疲劳强度试验方案研究

综合运用多体动力学、有限元结构强度和疲劳寿命预测等计算机仿真技术,预测了汽车车身在台架疲劳强度试验载荷作用下各点的应力分布,对车身高应力区域进行了疲劳寿命估计,为实际试验中应变片贴片的布置提供了指导。经试验验证,计算机仿真结果与试验结果吻合较好。该研究对车身台架疲劳强度试验方案提出了一些改进建议。     

装载机动臂疲劳寿命预估研究

以ＺＬ５０装载机动臂关键部位实测的应力谱和１６Ｍｎ焊接头疲劳试验数据为依据，建立了随机载荷下结构疲劳寿命计算的概率模型，根据该模型对装载机动臂进行了可靠疲劳寿命计算。预测结果与实际使用寿命取得一致，为动臂疲劳强度评估及结构改进提供了依据。     

斜拉桥拉索失效的两个问题

对广东某斜拉桥拉索钢丝腐蚀失效的两个问题进行了研究。拉索钢丝锈蚀的关键原因是拉索上段的水泥浆体长时间不凝结，产生微电池作用的电化学腐蚀，水泥浆体不充满及含一定的Ｃｌ－等更加速了钢丝的锈蚀；拉索内水泥浆体离析，含ＦＤＮ减水剂的液相富集于拉索上段，水泥浆体在较大水灰比、较高ＦＤＮ减水剂含量及密闭的三个条件下，会长时间不凝结，采取有效措施避免上述异常现象发生至关重要     

受腐蚀桥梁钢丝的力学性能和剩余强度

制备不同腐蚀程度的镀锌钢丝,研究它们的力学性能和剩余强度,发现受腐蚀钢丝的实际抗拉强度并未降低。然而,钢丝的延伸率、扭转强度、疲劳强度大幅度下降;经测量腐蚀钢丝吸收的氢元素含量,表明并未达到发生氢脆的浓度。受腐蚀钢丝表面凹凸不平造成了钢丝延性的降低。从旧悬索桥主缆截取主缆钢丝进行研究,断裂面形态表明断裂源自腐蚀引起的疲劳而非氢脆。可以认为该钢丝开裂由腐蚀、循环应力、残余应力、氢和磨损等因素综合造成。     

在役桥梁拉吊索腐蚀-疲劳损伤与破断机理分析

拉吊索(悬索桥的吊索、斜拉桥的斜拉索以及中、下承式拱桥的吊索)是拉索桥梁的重要承重构件,其服役可靠性直接影响这些桥梁的安全性。以拉吊索病害特性为导向,通过有限元分析、索体钢丝的腐蚀-疲劳模拟试验,结合理论分析研究拉吊索的损伤与破断机理,以期为拉吊索的设计、养护以及检测提供参考。首先通过有限元分析发现若下锚固区发生0.001 13 rad的转角,该处产生的弯曲应力就有18.8 MPa,研究下锚固区索体钢丝的病害不能忽视弯曲应力的影响,弯曲应力也是造成长拉吊索发生破断病害的因素之一;接着以近5 a中国西南地区雨水中形成酸雨的离子浓度的平均值为基准值,在盐雾腐蚀箱中模拟酸雨环境,将直径7 mm抗拉强度为1 860 MPa的镀锌钢丝在盐雾腐蚀箱中模拟酸雨腐蚀环境与交变应力耦合作用下索体钢丝的腐蚀-疲劳试验,研究其腐蚀-疲劳损伤机理。研究表明:服役的桥梁拉吊索在腐蚀环境和交变应力耦合作用下发生腐蚀-疲劳损伤,腐蚀-疲劳致使构件腐蚀加剧,塑性降低,脆性增强,发生脆性破断,若在设计、检测、评估分析中对结构的腐蚀-疲劳损伤考虑不充分就会有重大安全隐患;弯曲应力也是造成长拉吊索发生破断病害的因素之一;在相同的腐蚀环境下,随着时间的增加,交变应力工况试件的腐蚀程度最大,其次是静态应力工况,无应力工况下的腐蚀程度最小;试件发生腐蚀-疲劳损伤后,其破断应力约为无腐蚀试件的60%,断后伸长率降低得更多,约为无腐蚀试件的40%,断口表现为脆断;发生腐蚀-疲劳损伤的拉吊索钢丝,若有复杂空间应力的作用,更易发生脆断。     

斜拉桥拉索腐蚀失效与水泥浆体的异常特性

研究了广东某斜拉桥拉索钢丝的腐蚀失效。结果表明，拉索钢丝锈蚀的关键原因是拉索上段的水泥浆体长时间不凝结，产生微电池原理的电化学腐蚀。而水泥浆不充满，浆体中含一定量的Ｃｌ有拉索在受应力的情况下，更加速了钢丝锈蚀；较大的水灰比，含一定浓度的ＦＤＮ减水剂及是导致含ＦＤＮ减不剂水泥浆体长时间不凝结的三个条件；拉索内水泥浆了 及ＦＤＮ减水剂等富集于拉索上段，而未能采取相应有效措施解决，从而导致密闭的拉索上段