腐蚀-疲劳荷载耦合作用下桥梁拉索高强钢丝自漏磁信号变化规律

为增强桥梁拉索高强钢丝漏磁检测的实用性,开展了腐蚀、应力单一因素作用试验与预腐蚀-疲劳-腐蚀、预疲劳-腐蚀-疲劳三阶段交互作用试验,阐述了腐蚀-疲劳耦合作用对自漏磁信号的影响机制。研究结果表明：腐蚀区域的自漏磁信号极值随腐蚀时间的增加而增加,且变化特征越发明显,腐蚀缺陷引起的异常自漏磁信号最大变化可达50 000 nT;随着疲劳加载循环次数的增加,无锈蚀高强钢丝自漏磁信号整体呈现先增加后稳定的趋势,当疲劳加载循环次数大于10 000时,磁场强度的增加速率降低且趋于平缓;预腐蚀后施加的交变应力场会削弱腐蚀缺陷引起的自漏磁信号,再次腐蚀后的磁场信号变化与预腐蚀程度有关,预腐蚀9 h后施加疲劳荷载,之后再腐蚀3 h,与单一腐蚀12 h相比,自漏磁信号强度削弱了32%;施加预疲劳交变应力场可强化磁场,导致腐蚀后自漏磁信号极值增加,当预疲劳加载循环次数从1 000增加至100 000时,自漏磁信号强度增大了30%。由此可见,早期腐蚀引起的高强钢丝异常自漏磁信号可被疲劳作用掩盖,考虑单一腐蚀与应力变化难以反映高强钢丝自漏磁检测效果,需综合考虑腐蚀-疲劳的耦合效应,以获得桥梁拉索高强钢丝自漏磁信号变...     

桥梁缆索钢丝疲劳性能影响因素试验

为研究桥梁缆索钢丝的疲劳与腐蚀疲劳性能，采用不同强度等级新钢丝、服役7年的斜拉桥拉索钢丝和人工加速腐蚀钢丝开展了缆索钢丝疲劳与腐蚀疲劳试验；根据典型疲劳断口宏观形貌特征，探究了缆索钢丝的疲劳断裂机制；采用威布尔分布函数拟合了缆索钢丝的应力-疲劳寿命曲线，对比了不同钢丝应力-疲劳寿命曲线的差异，揭示了强度等级、应力比、腐蚀损伤和腐蚀疲劳损伤4个关键因素对缆索钢丝抗疲劳性能的影响规律，并建议了相应的疲劳强度曲线。试验结果表明：钢丝未发生腐蚀时抗疲劳性能良好，随着强度等级的提高，缆索钢丝的疲劳强度显著增大，对应的疲劳极限也逐渐上升；缆索钢丝的疲劳强度随应力比的增大而显著减小；腐蚀和腐蚀疲劳损伤均会大幅降低缆索钢丝的疲劳强度，腐蚀疲劳损伤对缆索钢丝剩余疲劳寿命的影响大于单一腐蚀损伤；新钢丝的疲劳裂纹起源于表面划痕或材料不均匀处，对于带腐蚀和腐蚀疲劳损伤的钢丝，蚀坑处存在显著的应力集中，疲劳裂纹源形成于钢丝表面蚀坑处，多源裂纹萌生与裂纹不规则扩展的几率增大；桥梁缆索抗疲劳设计与安全评估时应综合考虑钢丝强度等级、应力比、腐蚀和腐蚀疲劳损伤的影响，试验采用国内桥梁缆索广泛使用的钢丝，得到的疲劳强度可...     

钢绞线局部锈断混凝土梁疲劳性能试验研究

针对预应力混凝土桥梁中钢绞线局部锈蚀造成疲劳性能退化问题,制作了6根预应力混凝土梁,对其中4根不同钢绞线锈断位置的试验梁进行电化学加速锈蚀试验、静力加载和疲劳加载试验,研究了钢绞线断裂后预应力混凝土梁的疲劳性能退化机理和力学性能退化规律,分析了混凝土表面裂缝扩展、荷载-挠度关系及疲劳寿命.研究结果表明:L/4锈断位置处...     

模拟酸雨腐蚀钢绞线蚀坑几何尺寸分布规律

为了探讨预应力混凝土钢绞线在模拟酸雨腐蚀下蚀坑的几何尺寸分布规律,从模拟酸雨溶液浸泡腐蚀的梁中取得腐蚀钢绞线试样,计算腐蚀率并对蚀坑形状进行观察和分类,然后在蚀坑分布集中处截取4段长80 cm的钢绞线,计算蚀坑密度并统计蚀坑长度、宽度与深度.结果表明:蚀坑形状可分为椭球形、马鞍形和棱锥形;蚀坑密度随腐蚀率增大而增大,而...     

强腐后Q345钢力学性能退化试验

系统研究了强腐后Q345钢表面形貌和腐蚀时间对其力学性能退化的影响;采用浓度36%工业盐酸在室温环境下快速腐蚀的方法,设计了腐蚀时间分别为0、1、2、4、8、12、24、48、72 h的9组钢试件;采用三维非接触激光扫描仪和扫描电镜扫描腐蚀钢,测量了最大蚀坑宽度、高度和腐蚀试件厚度,计算了最大蚀坑影响系数;开展了拉伸试验,结合扫描形貌与微观组织形态解释了强腐后Q345钢的力学性能退化机理;建立了浓度36%工业盐酸在室温环境强腐后Q345钢的腐蚀动力学曲线和本构关系模型,揭示了强腐后Q345钢的力学性能退化规律。研究结果表明:随着腐蚀时间的增加,Q345钢的腐蚀动力学曲线展示了腐蚀率的变化规律;腐蚀时间在1 h以内,最大蚀坑影响系数增大最为明显,钢的名义屈服强度、名义抗拉强度、名义弹性模量和伸长率退化较大,分别达到未腐蚀钢的3.00%、0.69%、1.99%和4.88%;当腐蚀时间超过12 h,最大蚀坑影响系数增加缓慢,钢的名义屈服强度、名义抗拉强度、名义弹性模量和伸长率退化较为缓慢,分别达到未腐蚀钢的7.58%、4.02%、10.27%和26.64%;随着最大蚀坑影响系数和腐蚀时间的增加,屈强比变化较小;在腐蚀试件的应力-应变本构关系曲线中,随着腐蚀时间的增加,钢材的屈服平台逐渐缩短甚至消失,钢材由延性破坏转变为脆性破坏。      

腐蚀环境下钢材表面特征及钢梁承载力研究

采用粗糙度检测仪对周期浸润加速腐蚀试验获得的Q345qC钢试件表面进行测量,研究了复合大气环境下Q345qC钢材最大局部腐蚀深度问题;进行腐蚀钢材力学性能测试,研究了大气自然暴露腐蚀和实验室加速腐蚀情况下,腐蚀对Q345qC钢材屈服强度、极限强度、以及屈强比等材料力学性能的影响;通过均匀腐蚀和局部腐蚀影响下钢梁的试验研究与数值分析,对腐蚀钢梁承载力退化规律进行研究。研究表明,复合大气环境下Q345qC钢板的最大腐蚀深度符合Gumbel分布;失重率是影响均匀腐蚀钢材材料性能和均匀腐蚀钢梁力学性能的关键因素;相同的蚀坑密度下,当点蚀损伤程度超过10%时,钢梁的极限承载力急剧下降,点蚀损伤程度影响钢梁的失效形式。     

基于临界域法的桥梁钢丝腐蚀疲劳寿命

为评估桥梁钢丝服役期间的腐蚀疲劳性能,采用临界域法,根据钢丝腐蚀坑局部应力梯度求解临界距离.采用精细有限元法,建立了钢丝腐蚀疲劳寿命预测模型;通过圆形、三角形和含切口的三角形3种形状腐蚀坑钢丝的疲劳试验,获得了它们的疲劳寿命,并与疲劳寿命的预测结果进行比较.研究结果表明:轴向应力分布决定钢丝的疲劳强度;临界距离随应力集中效应增强而减小;腐蚀钢丝的剩余寿命可根据应力集中系数评估,应力集中系数大于3的腐蚀钢丝应考虑更换.      

车轮铸钢材料热循环表面氧化特征分析

研究了车轮铸钢在不同温度幅下热疲劳损伤表面及次表层行为。研究发现,表面氧化及剥落现象和氧化物的开裂随循环上限温度的增高而愈加严重;次表层损伤以裂纹为主,附带一些蚀坑。其损伤机理是由于氧化脱碳使铁素体区形成腐蚀坑,腐蚀坑的连接形成微裂纹,热疲劳主裂纹优先通过铁素体区氧化腐蚀坑而向前扩展。     

足尺沥青混凝土路面加速加载动力响应

采用足尺沥青混凝土路面加速加载试验设备,检测了移动车辆荷载下路面结构的动力响应,分析了面层底部的动应变和土基顶竖向压应力,研究了车辆轴重、行驶速度和轮胎胎压对路面结构动力响应的影响,分别建立了动力响应与轴重、车速的回归模型,在不同轴重、车速和胎压下对4种路面结构进行了试验。分析结果表明:在行车荷载作用下,面层底部应变响应呈拉压应变交变状态;在中等试验温度条件下,面层底部应变响应随轴重的增加而线性增加,土基顶竖向压应力呈单向应力状态,且随轴重增加而增大;车速显著影响面层底部应变响应,但对竖向压应力影响不大,仅影响应力的脉冲持续时间;随车速增加,应力脉冲时间缩短,面层底部应变响应减小;重载车辆在低速行车时对路面的破坏作用更严重,但胎压对面层底部应变和土基顶竖向压应力影响较小。     

变幅交变应变控制下沥青混合料应力响应

借助于单位阶跃函数将分段的应变写成连续应变的形式,基于Burgers模型,求解出变幅交变应变控制条件下沥青混合料的应力解析解;同时,开展了沥青混合料变幅疲劳试验,并将解析解与试验结果进行比较。结果发现:当加载顺序为先低后高时,沥青混合料在两阶段的应力都会随着荷载作用次数的增加而减小;而加载顺序为先高后低时,沥青混合料在低应变控制的初始阶段会存在一个平衡应力,当卸载幅度过小时,低应变控制阶段的初始应力会高于平衡应力,应力会随着荷载作用次数的增加而减小,当卸载幅度过大时,低应变的控制阶段的初始应力会低于平衡应力,应力随着荷载作用次数的增加先增大后减小。     

疲劳加载对部分预应力混凝土梁钢筋应力,裂缝宽度及静力强度的影响

作者根据四片静力循环加载和八片疲劳加载部分预应力混凝土梁的试验结果，重点分析了梁的裂缝开发过程以及疲劳加载对梁的钢筋应力和裂缝宽度的影响，指出由于部分预应力混凝土梁持裂缝宽度限值较小，在设计使用荷载下梁的裂缝开展仍处于不稳定的发展状态，裂缝处受拉区混凝土相对于受位钢筋仍具有相当明显的作用。疲劳加载对钢筋应力及裂缝宽度的影响主要归因于拉区混凝土的进一步疲劳开裂。此外，还分析了混合配筋部分预应力混凝土     

沥青混合料疲劳性能影响因素的灰关联分析

荷载条件，环境条件以及沥青混合料本身性质都会影响沥青混合料的疲劳性能，研究了荷载间歇时间、加载频率，试验温度，空隙率，沥青针入度，沥青用量六因素对沥青混合料疲劳性能的影响程度。首先将影响因素适当组合，在MTS材料试验系统上进行了不同条件下的应力控制的疲劳试验；然后灰关联的分析方法，分析了各影响因素与沥青混合料疲劳寿命的关联程度；最后，讨论了各因素是如何影响沥青混合料的疲劳性能的，研究表明，各因素对沥青混料疲劳性能影响程度大小顺序为：荷载间歇时间→试验温度→沥青针入度→加载频率→混合料空隙率→沥青用量。     

无粘结预应力活性粉末混凝土梁疲劳性能试验研究

通过对1根普通钢筋的RPC梁及3根具有相同配筋的无粘结预应力RPC梁进行等幅疲劳加载试验,对比研究了2种梁在相同疲劳荷载作用下的承担压力区边缘应变﹑受拉区普通钢筋应变﹑试验梁跨中变位随疲劳荷载反复次数的变化态势。对比试验结果发现:在上限值为0.3Mu下限值为0.05Mu的等幅疲劳荷载作用下,两类型梁的疲劳寿命都在200万次以上。伴随着反复外力实施次数的增加受压区边缘应变﹑普通钢筋拉应变﹑跨中挠度都随加载次数的增加而不断增大,其中无粘结预应力RPC梁的变化速率比普通钢筋RPC梁的变化速率快,表明了无粘结活性粉末混凝土梁的强度和刚度退化相对较快。     

基于足尺加速加载试验的地震波模量变化规律

为了解沥青路面的模量衰变特性,基于行车荷载模拟系统(MLS66),在实际路面上进行了足尺加速加载试验;并使用便携式路面分析仪(PSPA),对试验区域的地震波模量进行了测量。试验结果表明：沥青路面的地震波模量与荷载作用次数的关系曲线呈现3个阶段(①模量-荷载作用次数呈线性关系;②出现加速衰减;③趋于稳定)。荷载的间歇作用有利于地震波模量的恢复,间歇时间越长,模量恢复百分比越高,但恢复速率降低。模量衰减不限于加速加载区域,对加速加载方向前、后的影响要大于两侧的。得出了沥青路面模量的衰变规律。在常温状态下,地震波模量与路面性能在荷载作用下具有一致性。     

不同级配橡胶沥青混合料疲劳性能研究

为了探究不同条件下橡胶沥青混合料的疲劳性能,选取AC-13和SMA-13两种级配,在不同条件下进行试验,研究了应力水平和加载速率对两种橡胶沥青混合料疲劳寿命的影响,并分别研究了老化时间对AC-13混合料的疲劳寿命和纤维掺量对SMA-13混合料疲劳寿命的影响。试验结果表明,应力比越大,疲劳寿命越低,应力比为0.5是疲劳寿命大幅改变的分界点;随着加载速率的增大,疲劳寿命逐渐增大最后趋于稳定;老化使AC-13混合料的疲劳寿命降低,但前期老化对疲劳寿命影响程度不大,而后期老化使疲劳寿命大幅降低;各应力比下,随着纤维掺量的增多,SMA-13混合料的疲劳寿命都出现先增大后减小的趋势,当掺量为0.4%时疲劳寿命最大。     

PC连续刚构桥运营阶段箱梁开裂机理及预防措施

从温度应力、车辆荷载、砼容许主拉应力、砼疲劳、预应力损失等方面,对PC连续刚构桥在运营阶段出现的腹板斜裂缝进行了具体分析,结论是:容许主拉应力偏大、温度梯度选择不当、温度荷载及车辆荷载共同作用下的砼疲劳效应是箱梁腹板斜裂缝产生的主要原因;提出了预防开裂的措施:设计时选择适当的温度梯度;用防锈涂料对钢绞线进行防锈处理以防止因孔洞渗水对钢绞线产生的锈蚀;在各跨箱梁腹板的1/4L~3/4L之间的砼用钢纤维砼浇筑.     

PC连续刚构桥运营阶段箱梁开裂机理及预防措施

从温度应力、车辆荷载、砼容许主拉应力、砼疲劳、预应力损失等方面,对PC连续刚构桥在运营阶段出现的腹板斜裂缝进行了具体分析,结论是:容许主拉应力偏大、温度梯度选择不当、温度荷载及车辆荷载共同作用下的砼疲劳效应是箱梁腹板斜裂缝产生的主要原因;提出了预防开裂的措施:设计时选择适当的温度梯度;用防锈涂料对钢绞线进行防锈处理以防止因孔洞渗水对钢绞线产生的锈蚀;在各跨箱梁腹板的1/4L~3/4L之间的砼用钢纤维砼浇筑.     

基于神经网络理论的沥青混合料疲劳性能的预测模型

荷载条件、环境条件以及沥青混合料性质都会影响沥青混合料的疲劳性能。而疲劳试验所得出的疲劳方程不能反映众多因素对沥青混合料疲劳性能的影响。本文将荷载间歇时间、加载频率、试验温度、沥青混合料空隙率、沥青软化点、沥青用量等6个影响因素适当组合,在MTS材料试验系统上进行了不同条件下的应力控制的疲劳试验;然后,运用遗传算法和神经网络理论来考虑各因素对沥青混合料疲劳性能的影响,得出一种较为完善的沥青混合料疲劳性能的预测模型。研究表明,这种方法是科学和可行的,所得出的预测模型的精度较高。     

斜拉桥施工中多工序并行作业技术分析

分阶段施工实际上是斜拉桥结构体系与作用于结构上的荷载不断变化的过程。施工工序的变化引起荷载的变化,结构上荷载的变化改变着斜拉索的索力,斜拉索的主动调索表面上是改变着斜拉索的索力,而本质上是改变了斜拉索的无应力长度。按照无应力状态控制法最终结构的内力和线形与施工过程无关的基本原理,可以实现斜拉桥施工中斜拉索调索与其他工序同步并行作业。介绍了斜拉桥施工中多工序并行时的作业技术。     

考虑锈蚀作用的平行钢丝斜拉索疲劳损伤研究

斜拉索是斜拉桥重要构件,长期承受恒载和可变荷载作用,对拉索进行疲劳损伤分析是评估斜拉桥寿命的重要环节。平行钢丝斜拉索外层聚乙烯护套在无应力状态下预制成型,上桥后,往往因施工、检测及雨水侵蚀等原因提前开裂,导致内部钢丝锈蚀。锈蚀会改变钢丝的表面形态和力学性能,将导致斜拉索破坏甚至断裂。为此,本文将锈蚀作用加入疲劳损伤分析中,以有效截面面积为参数,给出平行钢丝斜拉索疲劳损伤等相应计算式,并通过算例进行了验证。