拉吊索湿度测量与锈蚀判断

拉吊索是桥梁的主要承重构件,其结构十分纤细,一般布置在桥梁外部,且长期处于高应力状态,对外界侵害比较敏感,现有拉吊索桥梁病害主要集中在拉吊索上,主要表现为拉吊索钢丝的锈蚀,但钢丝包裹在PE套管内,检测困难,现有检测手段不足,无法直接判断钢丝是否锈蚀。现有无损检测方法的精度受限,解剖检查较为直观、精确,但修复较为困难。通过分析拉吊索钢丝锈蚀原理,提出露点温度法,通过测量索内温度、湿度,计算露点温度,与当地月最低平均气温比较,判断拉吊索内是否结露,进而间接判断钢丝是否锈蚀。应用实例证明,该方法有效。     

吊杆钢丝锈蚀分布规律及检测试验

早期修建的拉吊索桥梁,限于当时的认识和技术水平,结构构造不合理,拉吊索锚头、钢丝锈蚀现象普遍。而现有检测手段对它们无法进行简便、直观有效的检查,导致拉索和吊杆的破坏存在极大的偶然性,并已出现桥梁坍塌的严重事故。文章通过对某中承式拱桥吊杆锈蚀的检测,介绍了吊杆钢丝锈蚀的程度和分布规律,提出了吊杆检查和养护的重点。     

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。     

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。     

局部锈蚀下Q550E钢梁抗弯性能试验研究

侵蚀环境下高性能钢结构普遍存在局部锈蚀病害，这将削弱结构的整体承载能力。为了研究局部锈蚀对钢结构承载力的影响程度，设计制作了7片H形Q550E高性能钢梁，研究不同局部锈蚀对高性能钢梁抗弯性能的影响。首先对其中6片试验梁的弯剪段和纯弯段开展了不同锈蚀率的加速锈蚀，另1片为未锈蚀对比梁。接着，对试验梁开展四点弯曲分级加载试验，采集并对比分析了试验梁关键截面的应变和挠度数据。结果表明：锈蚀导致试验梁的承载力、屈服挠度、极限挠度和延性降低，相同锈蚀率下纯弯段性能降低程度大于弯剪段；右半截面承载力比下半截面降低程度更大；所有试验梁均为受压翼缘屈曲失稳破坏；SCR梁屈曲发生在弯剪段，其他试验梁屈曲位置位于纯弯段；弹性阶段腹板应变符合平截面假定，试验梁受拉翼缘一般先于受压翼缘屈服，因此随着荷载的增加，会出现截面中性轴上移现象；整体锈蚀比纯弯段下半截面锈蚀时的剩余承载力低，主要因为整体锈蚀时受压翼缘存在锈蚀削弱，导致试验梁屈曲提前，承载力降低；局部锈蚀的不均匀性会产生翼缘应力集中，导致PCR试验梁比整体锈蚀梁承载力低；与普通钢梁相比，锈蚀对于高性能钢梁承载力退化影响更大；对于顶板和底板锈蚀，梁的剩余承载力与其锈蚀程度为线性关系。     

拉吊索外观检查与评定方法

拉吊索构造复杂、难以到达、病害隐蔽、检查困难,虽有很多检查、检测方法,但难以反映拉吊索真实病害。本文将拉吊索按构造分为5段分别检查,详细介绍了各段外观检查的内容及方法,给出了拉吊索检查评定标准。为拉吊索桥梁养护维修提供依据,从而确保拉吊索桥梁的安全使用。     

大连北大桥桥面下挠病害维修方案研究

大连北大桥为主跨133m的三跨简支钢桁架重力式地锚悬索桥,1987年建成通车,2015年检测发现该桥桥面出现严重的下挠,并伴随有主索鞍、散索鞍偏位等病害。基于病害及其产生原因,提出结构减载、主缆张拉及吊索更换的方案。为研究该方案的合理性并进一步进行方案优化,采用有限元软件建立全桥模型,计算分析结构减载方式、主缆张拉量对桥面线形、结构内力、主缆重力刚度的作用效应。结果表明:优化后的方案为全桥减载5kN/m、主缆张拉100mm,结合吊索更换使桥面达到理想线形;优化后的维修方案可以有效地消除桥面的下挠病害,改善结构受力状况,提高全桥的承载力。     

吊杆拱桥的吊杆检测试验与评定

吊杆拱桥因其优美线形及良好的地形适应性而广泛修建,但由于其吊杆的易腐等蚀病害使得吊杆成为该类桥梁的显著薄弱环节,并已有数座桥梁因此而垮塌。在此以德阳市旌湖大桥为例,详细介绍其主桥吊杆检测与吊杆力测试分析结果。经过检测发现该桥吊杆下锚杯均有积水,下锚头钢丝锈蚀。数根吊杆保护层有破损,且吊杆大多有保护层鼓包等病害。打开部分吊杆表明吊杆发生严重锈蚀,单根钢丝锈坑最大达2.2mm。恒载吊杆力测试表明吊索力与理论值及以前测试结果有一定的偏差。检测综合评定建议换吊杆。最终该桥进行了吊杆更换。     

某悬索斜拉索组合式跨越管桥的换索设计

某(320+500+225)m悬索斜拉索组合式跨越管桥,运营多年后索结构出现防腐保护层老化、破损,钢丝锈蚀严重,索体松弛等病害。为保障管桥结构和运营安全,对全桥主缆、吊索及斜拉索进行更换设计。新索全部采用镀锌钢丝绳。采用整体置换法更换主缆,在锚固墩和塔顶设计新主缆通道,按设计空缆线形架设新主缆;采用单根置换法更换所有吊索,新主缆逐步替代旧主缆;采用单根置换法更换斜拉索,从桥塔向跨中逐根进行,北塔和南塔同步;所有缆索更换完后,进一步调整索力和线形;最后参照公路桥梁缆索的防腐技术对所有新索进行防腐处理,并拆除旧主缆。采用MIDAS Civil 2012进行换索计算,结果表明结构受力均满足规范要求。该管桥已于2015年底成功完成换索,目前运营情况良好。     

拉吊索常见病害与处理措施

本文通过研究拉吊索桥梁存在的常见病害,从拉吊索设计、构造缺陷、成桥受力、制作、运输、安装、PE防护材料及运营管养等方面分析了病害产生的原因,并提出相应的改进处理措施,从而延缓拉吊索桥梁病害的发生及提高其安全性。     

汕头海湾大桥试验吊索更换工程施工和监控

针对汕头海湾大桥吊索出现的病害,选取具有代表性的吊索进行更换试验,对吊索更换施工方案和方法进行研究,提出了吊索更换施工方案;针对施工中的重点和难点,提出了施工监控要点,为下阶段全桥吊索更换提供参考。     

钢筋锈蚀的配斜筋混凝土梁抗剪性能试验研究

为了解钢筋锈蚀对配斜筋混凝土梁抗剪破坏形态和抗剪承载力的影响,设计制作14片配斜筋混凝土梁,采用电化学方法对试验梁钢筋进行快速锈蚀,达到设计锈蚀率后进行抗剪试验,分别研究仅箍筋锈蚀和全部钢筋锈蚀对试验梁抗剪破坏形态和抗剪承载力的影响,并考虑钢筋截面减少、力学性能退化及混凝土截面损伤等因素提出配斜筋混凝土梁抗剪承载力的简化计算方法。结果表明:剪跨比相同的情况下,钢筋锈蚀对试验梁的抗剪破坏形态影响不大;箍筋轻微锈蚀在一定程度上能提高梁的抗剪承载力,严重锈蚀时抗剪承载力下降较为明显;全部钢筋锈蚀时,梁的抗剪承载力随锈蚀率的增加显著减小,其下降速率比仅箍筋锈蚀时更快;提出的混凝土梁抗剪承载力计算方法具有较高的精度。     

广东汕头海湾大桥吊索更换计算分析

汕头海湾大桥吊索钢丝绳出现锈蚀、涂装局部老化、剥落等病害。拟对大桥的所有吊索进行更换。采用结构空间分析有限元软件,建立空间分析模型,模拟设置桥面钢桁架,对不中断桥面交通的工况进行计算分析,以研究施工的难点及可行性。计算分析结果表明:在实际更换过程中,主缆、主梁的内力与几何外形数据均与计算值相符,全桥结构安全、状态可控,吊索索力偏差符合要求。换索后的桥梁使用状况良好,达到了设计的预期目标。     

桥梁拉、吊索疲劳特性分析

本文选取了中、下承式拱桥各1座,斜拉桥、悬索桥各2座,提取最长和最短拉、吊索的影响线,用相同的车流对影响线进行加载得到拉、吊索的应力历程,并对该应力历程进行雨流计数,最后得到应力谱。计算分析结果表明:连续型桥面系保证了多个拉吊索共同承担车辆荷载,拉吊索受力比较均匀,在运营过程中不会发生由于单根拉吊索破坏导致整个桥梁坍塌的现象,且利于今后吊杆的更换;疲劳积伤主要受影响线长度和峰值影响,斜拉桥和悬索桥中,短拉吊索的疲劳积伤程度均要大于长拉吊索。     

悬索桥吊索锈蚀的力学影响分析

悬索桥的吊索锈伤是影响悬索桥结构安全性和耐久性的关键因素之一。应用有限元方法研究了悬索桥在吊索锈蚀过程中结构响应的变化规律,提出并验证了锈蚀过程中主缆位移的弱相干性原理和吊索索力的相邻影响原理,即锈蚀吊索在吊索锈蚀过程中,除对自身吊点影响较大外,对非锈蚀吊点的主缆位移影响很小,对相邻吊索内力影响很大,而对非相邻吊索则不产生显著影响。对一座三跨钢筋混凝土加劲桁架悬索桥的模拟计算表明,单根吊索锈蚀时,运用该原理可以诊断锈蚀拉索的位置和程度;多根吊索同时发生锈蚀时,结构响应趋于复杂,主缆位移的影响可近似等效单吊索锈蚀影响的线性叠加,弱相干性仍然明显,而索力变化率最大的吊杆位置发生漂移,相邻性原理不再适用。     

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。     

运营期桥梁斜拉索的技术状况检测

某桥为主跨232m独塔双索面预应力混凝土斜拉桥,至今运营了约19年,斜拉索采用7mm镀锌高强钢丝,抗拉强度标准值1 600 MPa。为了掌握运营期斜拉索的耐久性技术状况,评定其是否处于安全状态,对该桥的斜拉索相关组成构件进行了较为全面详细的检测,运用机器人无损检测技术对拉索内部钢丝锈蚀率和断丝情况进行了量化检测,分析病害产生原因和严重程度,结合斜拉索索力和结构线形进行了综合拉索受力安全分析。检测结果表明:该桥有占总数78.8%的斜拉索存在不同程度的PE护套破损病害;PE护套出现开裂或断裂的斜拉索钢丝均出现了锈蚀,其中斜拉索钢丝截面的最大锈蚀率在1.08%~4.93%之间,但尚未发现断丝情况。根据当前技术状况,对斜拉索索力安全系数进行检算,其结果满足规范要求。     

润扬大桥悬索桥长吊索更换技术研究

为了对悬索桥服役期间损坏的长吊索进行快速更换,依托润扬大桥南汊悬索桥1对长吊索火灾后紧急更换的工程案例,结合既有吊索锚固构造,设计一种悬索桥长吊索更换装置,开发传统吊索更换须在吊索无应力状态下拆除转换为吊索在有限应力而销轴无应力状态下拆除的吊索更换技术。详细介绍施工过程及施工关键步骤,并采用ANSYS建立全桥有限元模型,对吊索更换过程中的7个关键施工步骤进行仿真模拟,分析更换过程中待更换吊索索力、相邻吊索索力、主缆竖向位移、加劲梁竖向位移等指标的变化趋势。同时,对不中断交通情况下的施工全过程进行监控,实测施工过程中分级张拉临时吊索,安装新吊索、拆除临时索等工况的相应吊索索力以及临时吊索索夹与永久吊索索夹的相对滑移。研究结果表明：实测值与模拟值变化趋势基本吻合,验证了施工方案的合理性;该桥长吊索的成功更换,验证了所开发的吊索更换装置的可靠性,不仅完成了在不中断交通情况下的吊索更换,而且还实现了对悬索桥既有状态干扰最小的目标。     

某拱桥吊杆内温湿度分布及其锈蚀作用分析

为研究拱桥吊杆内部温湿度分布及其对吊杆钢丝的锈蚀作用,以王安石大桥为依托工程,结合建立的吊杆数值有限元模型,通过将吊杆内钢丝简化为多孔介质,模拟在外界温度作用下吊杆截面内的温湿度分布,进而分析温湿度耦合作用对吊杆钢丝造成的锈蚀影响。研究结果表明：吊杆内温度的分布主要受侧面日光照射而影响,且吊杆圆周表面各方位温度变化存在明显相位差;随着温度的升高吊杆内的水由液态转化为水蒸气并分布在整个吊杆内,随着温度下降,吊杆内的水蒸气也逐渐冷凝成水;温湿度耦合作用下吊杆内的钢丝会产生一定程度的锈蚀,随着运营年限的不断增长,吊杆内的钢丝锈蚀程度逐渐增大,吊杆钢丝剩余直径逐渐减小。     

锈蚀钢筋混凝土圆柱加固后的抗震性能

通过试验研究了利用加大截面和碳纤维布包裹复合加固后的锈蚀圆柱的抗震性能,研究变量包括钢筋锈蚀程度、轴向荷载大小以及碳纤维布包裹层数。根据试验结果编制程序,对复合加固锈蚀柱的骨架曲线进行了数值模拟,并分析了轴压比、碳纤维布用量、锈蚀量和加固钢筋用量对加固效果的影响。结果表明:碳纤维布包裹与增大混凝土截面复合加固锈蚀钢筋混凝土构件是一种有效的方法,改善了试件的延性,提高了加固试件的极限承载力和耗能能力,与仅用增大截面加固的试件相比,复合加固试件抗震性能改善明显;提出的骨架曲线确定方法,可用于锈蚀钢筋混凝土结构加大截面和碳纤维布复合加固后的地震时程分析。