悬索桥主缆钢丝腐蚀速率计算方法

悬索桥主缆钢丝的腐蚀严重影响着主缆的安全服役,缆内钢丝的腐蚀与其所处的缆内微环境有密切的关系,为预测悬索桥主缆内各区域中钢丝的腐蚀发展和剩余承载力,需建立主缆钢丝区域化腐蚀环境与腐蚀速率之间的计算关系。采用正交试验原理将影响钢丝腐蚀的:温度、相对湿度、Na Cl浓度、p H值、钢丝拉力5个主要因素分为两组,分别采用极化电阻腐蚀传感器和电化学工作站三电极体系两种测量手段对正交工况下的钢丝腐蚀速率进行测量。试验分析数据表明:在试验因素的取值范围内相对湿度和p H值各为两组因素中的主要因素,Na Cl浓度和p H值两个因素之间存在交互效应,温度、相对湿度、钢丝拉力之间相互独立;通过最小二乘法分别拟合得到5个因素与钢丝腐蚀速率之间的拟合计算关系;将实测的主缆内各区域的腐蚀环境统计为腐蚀环境年谱,并代入腐蚀速率与环境因素的计算关系,得到主缆各区域内钢丝的腐蚀速率和直径损失,其中主缆顶部区域腐蚀速率最高为0. 010 8 mm/a,服役20年后直径损失约为0. 02 mm即镀锌层耗损完毕,与实际桥梁检测情况吻合,服役100年直径损失将达到约1. 1 mm,将不能满足主缆的设计要求。建立的腐蚀速率计算方法为计算钢丝腐蚀量提供参考。     

悬索桥主缆内部温湿度变化机理模型试验研究

为研究长期处于潮湿易腐蚀环境中的悬索桥主缆内部温、湿度的分布及变化规律,设计主缆缩尺模型室内试验,在特制环境模拟房中放置主缆模型(长4m,直径30cm),进行4种工况下的环境模拟,布置温湿度传感器对主缆温度和含湿量进行监测,获得主缆内部温、湿度的分布规律,并计算主缆的热传导率和热交换系数。结果表明:含湿量分布规律与温度分布规律相似,环境温度上升后,主缆内部的温度和含湿量均随时间上升;外界温度越高,主缆内部温度和含湿量越快达到稳定;对主缆局部加热时,主缆截面会出现明显的温度梯度分布,含湿量分布也不均匀;主缆内部含积水时,其横截面内温湿度分布相较干燥状态更不均匀,梯度分布更加明显。     

泰州大桥主缆纵向湿度分布及相关性分析

主缆是悬索桥的主要受力构件,主缆内部湿度是主缆腐蚀的关键因素,对主缆内部湿度的研究,是安全且经济地进行主缆维护管理的重要前提。以泰州大桥为工程背景,结合桥梁健康监测系统及主缆除湿系统湿度监测的数据分析,首先找出了泰州大桥主缆湿度的纵向分布特征,给出了主缆内部易损的高湿度区位,为泰州大桥后期的主缆检测及维护管理工作重心的确定提供有效指导;通过相关性分析得出了主缆鞍座位置、四分点位置、跨中位置的湿度关系,并拟合了描述湿度关系的函数模型,为主缆的管理养护以及主缆湿度传感器的监测维护工作提供了依据。     

用干燥空气除湿方法防止主缆腐蚀

悬索桥主缆钢丝腐蚀是一个世界性的难题。承担荷载的主缆被缠包钢丝覆盖保护,主缆钢丝腐蚀被隐藏在内部,在发现腐蚀时主缆腐蚀往往发展到比较严重的程度。许多实例表明传统的主缆防护体系不能完全防止腐蚀,仅仅是延缓腐蚀的速度。因此不得不开发和应用主缆除湿系统,除湿系统将干燥空气输入密封主缆,并保持主缆内部干燥,使腐蚀环境不能发生。详细介绍主缆除湿概念、除湿系统设计要点、全寿命周期成本分析和应用经验。     

悬索桥主缆钢丝腐蚀及力学性质变化分析

主缆是悬索桥的主要承重构件,钢丝的腐蚀是影响主缆耐久性的主要因素.由于主缆内存在很多缝隙,使用过程中会在缝隙内聚积水分,从而导致钢丝腐蚀.主缆内各部分钢丝的腐蚀环境并不一样,造成腐蚀状况也不同.相关模拟试验结果表明,受腐蚀钢丝的实际抗拉强度并未降低,而钢丝的延伸率、扭转强度、疲劳强度大幅度下降.测试腐蚀钢丝吸收的氢元素含量,其浓度并未达到发生氢脆破坏的浓度,因此,腐蚀钢丝表面凹凸不平是钢丝延性降低的主要原因.     

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?6 mm 2 060 MPa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方法,研究不同应力变幅下主缆钢丝的腐蚀疲劳寿命、腐蚀状态及断口形态。结果表明：由于腐蚀和疲劳循环耦合作用,?6 mm 2 060 MPa锌-10%铝-稀土合金镀层钢丝抗疲劳性能有所降低,其疲劳应力变幅越大,疲劳循环次数降低幅度越大。当应力变幅为360 MPa时,在相当于4倍以上常规热镀锌钢丝盐雾腐蚀试验时间的腐蚀下,钢丝表面锈蚀超过30%,其应力循环次数为197万次,接近200万次。     

鹅公岩轨道专用桥主缆锚固区模型试验研究

重庆鹅公岩轨道专用桥为主跨600m的自锚式悬索桥,为研究其主缆锚固区的受力性能与传力规律,设计制作缩尺比1∶5的主缆锚固区节段模型进行静力试验,测试模型的应力与压缩变形,并将试验结果与有限元分析结果进行对比。结果表明:设计荷载作用下,主缆锚固区未出现开裂;加载至2.0倍设计荷载时,模型出现2条裂缝,裂缝最大宽度为0.15mm;试验加载过程中,主缆锚固区各构件的纵向应力随荷载增大均线性增大,结构处于弹性工作阶段;各构件纵向正应力由锚固横梁向结合段横梁纵向变化规律总体表现为先增大后减小;2.0倍设计荷载作用下,锚固区各构件压应力均小于混凝土抗压强度标准值,结构具有足够的安全储备。     

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。     

大尺寸钢箱梁温湿度场分析

为了解钢箱梁内部温度场与湿度场变化规律,以南沙大桥(原虎门二桥)工程坭洲水道桥钢箱梁为背景进行研究。考虑钢箱梁受太阳辐射、外环境气流、内部输送干燥空气(相对湿度45%)等影响,采用CFD数值模拟对昼夜不同区间下其内部温、湿度场进行分析,并与现场实测对比验证。结果表明:白昼恒温区间(14:00～17:00),钢箱梁内温度实测值与模拟值最大误差为4.1%;跨中横隔板之间相对湿度最低,通入45%干燥空气可有效避免钢箱梁腐蚀;夜晚降温区间(17:00～20:00),钢箱梁内温度实测值与模拟值最大误差为3.7%,横隔板顶部温度降幅较小,底部钢板快速降温至最低;持续通入45%的干燥空气,钢箱梁内相对湿度大于55%的区域呈跨中向两侧、自底向上扩散趋势,U肋近壁面相对湿度最高(64.7%),腐蚀风险增大。     

不同养生方法下早龄期混凝土水分迁移规律

为了研究早龄期混凝土在养生条件下的湿度发展规律,采用湿度传感器对早龄期混凝土内部的相对湿度(RH)进行了测试,分析了3个水灰比试件在3种养生方式下的早龄期混凝土水分迁移规律,建立了考虑养生因子的早龄期混凝土在外部干燥条件下的一维水分迁移模型,并以试验数据为基础对模型的有效性进行了验证。研究结果表明:水灰比对混凝土自干燥效应的影响较大,水灰比越小,自干燥程度越大;空气养生下混凝土内部的湿度降低速率大于养护剂和水养生下的降低速率;同时考虑自干燥和外部干燥效应的混凝土的湿度变化对养生方式较为敏感;在水分迁移模型的狄利克雷边界条件中引入养生因子的概念能较好地描述养生条件下早龄期混凝土的水分迁移规律。     

干燥空气除湿方法在悬索桥主缆防腐中的应用

主缆是悬索桥最重要的受力构件之一,它长期暴露在大气环境中,经受着各种不利环境的侵蚀.同时,由于主缆为不可更换构件,因此主缆的寿命直接影响悬索桥的使用年限.干燥空气除湿方法是通过向主缆内部输入干燥空气,使主缆内部的相对湿度保持在某一临界值之下,从而解决了主缆内部积水问题,达到主缆系统的防腐效果.文中介绍了干燥空气除湿方法在悬索桥主缆防腐中的应用,以及除湿系统安装过程中应注意的事项.     

明石海峡大桥的监测

介绍了明石海峡大桥采用的一些新技术。为防止主缆腐蚀，发明了一种干燥气体注入系统，可在主缆的保护层内保持足够低的相对湿度。为抑制吊杆的风致振动。采用了一种空气动力装置，其作用在强台风期间得到了验证。采用全球定位系统测量仪记录加劲梁的位移。分析比较了实桥梁体位移和设计值与风速和温度间的关系。结果表明桥梁的健康能进行更为精确的诊断。     

人工气候下腐蚀预应力钢绞线的力学性能研究

为了研究腐蚀预应力钢绞线的力学性能,通过人工气候试验箱获取了腐蚀预应力钢绞线样本,进而开展静力拉伸和电镜扫描试验,分析腐蚀对预应力钢绞线屈服强度、极限强度、极限应变及弹性模量的影响,探讨腐蚀预应力钢绞线微结构和断口变化特征,并在此基础上建立了腐蚀预应力钢绞线本构关系模型。研究结果表明:腐蚀对钢绞线力学性能的影响随着腐蚀程度而逐渐发生改变。在腐蚀率较低的情况下,钢绞线的极限应变随腐蚀率的增加近似地线性降低,极限强度轻微下降,腐蚀对钢绞线弹性模量与屈服强度影响较小;当腐蚀率增大到临界值后,钢绞线的极限应变减少较大,具有明显脆性失效特征,但对弹性模量与屈服强度的影响依然较小。钢绞线轻度腐蚀时,其本构模型可用弹性-硬化双线性模型表征,当腐蚀率超过临界值时,其本构关系转变为单线性模型。     

悬索桥主缆缠包带结构的除湿工艺试验研究

介绍缠包带应用于主缆防护中的基本结构和空气除湿复合工艺的技术要点,在设计制作主缆工艺测试实物模型基础上,通过测量主缆内部空气流动的压力和流量变化数据,拟合得到了主缆沿程阻力和进气排气索夹阻力变化规律的方程式,进一步通过测量空气流动随时间历程的湿度和温度变化,得出了缠包和除湿复合体系的除湿能力,研究结果为选型除湿动力参数和评价体系的除湿能力提供了依据。     

桥梁缆索腐蚀防护方法试验研究

既有悬索桥和斜拉桥缆索常遭受腐蚀影响安全,有效防护方法很重要。该文提出6种防护方法并进行试验研究,将试件置于加速模拟腐蚀环境,对比分析各方法的有效性。首先分别对两种不同缆索形式的试件采用6种防护方法(富锌漆涂装法、环氧树脂漆涂装法、锌粉膏涂装法、环氧树脂填充法、油填充法和除湿法)进行试验:第一种试件为用于悬索桥梁主缆的未镀锌平行钢丝股;第二种试件为用于悬索桥吊杆和斜拉桥拉索的钢绞线。然后对试件进行加速腐蚀试验,通过分析腐蚀造成的质量损失和外观来对比各防护方法的有效性。试验结果表明:平行钢丝股经加速腐蚀试验15个月后,除湿法对表层钢丝防护最有效,其后依次是环氧树脂填充法、锌粉膏涂装法、环氧树脂漆涂装法和富锌漆涂装法,油填充法效果不明显,而内部钢丝腐蚀程度远低于表层钢丝。通过研究加速腐蚀试验16个月后的质量损失和内外层钢丝外观,防护钢绞线与未防护比较,结果表明大多数防护方法是有效的。     

悬索桥静载试验主缆索力增量测试方法

主缆索力增量测试是悬索桥静载试验的主要测试项目之一,但目前悬索桥主缆索力的常用测试方法 (振动法)存在技术要求高、计算复杂等不足,无法较好地应用于桥梁静载试验中的主缆索力增量测试。因此提出一种新的、简便的主缆索力增量间接测试方法。假定主缆、主塔位于同一竖直平面内,通过分析悬索桥塔顶主缆节段受力平衡方程、主塔下横梁以上节段受力平衡方程,可以导出主缆索力与主塔下横梁以上任意截面内力之间的关系,并进一步可得到主缆索力增量与该截面内力增量的关系。根据截面的内力平衡方程及应力应变关系,得到主塔下横梁以上任意截面内力增量与其表面应变增量的关系。再根据塔柱和主缆的几何尺寸、材料特性等其他参数,即可计算出主缆索力的增量。将该方法应用到永康市溪心桥的静载试验中,进行了主缆索力增量的测试,得到了较好的效果。同时结合实例对影响主缆索力增量测试精度的各因素进行了分析,提出应变测试精度、塔柱的材料特性、测试截面面积及塔顶主缆切向与竖直向的夹角对测试结果均有较大的影响,实际使用时应对这些参数做出准确的测量或估计。该方法实施简单、方便,对仪器设备及测试条件要求较低,可为同类桥梁在静载试验中进行主缆索力增量测试提供参考。     

大跨径预应力混凝土连续箱梁湿度场模拟分析

为研究大跨径预应力混凝土连续箱梁在干燥环境下顶板、腹板和底板随时间变化的湿度分布状况,通过埋设传感器,对小清河大桥在干燥作用下的湿度场分布做了试验研究,结果表明:顶板、腹板和底板表面位置一处的相对湿度均表现出较快的下降趋势,直至与外部环境的相对湿度相接近时开始变得缓慢,干燥作用使混凝土表面的水分更易丢失,随着时间的增长,干燥作用逐步向混凝土内部延伸,其作用影响范围也会变大,且随着混凝土龄期的增长,其内部湿度扩散系数会有所降低。     

悬索桥主缆中高强钢丝的腐蚀与脆化

该文通过加速循环腐蚀试验对比分析了腐蚀对镀锌和未镀锌钢丝的影响。试件在承受各种持续荷载的同时,高温下通过循环盐雾箱,分别在干燥及100%的相对湿度条件下进行了腐蚀试验。测得了试件的重量损失、氢浓度、极限荷载以及破坏时的延伸率。延伸率的测量结果表明:钢丝的严重脆化不是单纯由吸氢引起的(氢脆),由腐蚀引起的钢丝表面的不均匀性才是导致其延伸率降低的主因。通过对建立腐蚀钢丝有限元模型所做的数值分析,以及在扫描电子显微镜下对断裂面的分析,对试验结果进行了验证。     

悬索桥主缆镀锌钢丝腐蚀过程及抗力变化试验研究

为了确定悬索桥主缆镀锌钢丝的剩余抗力和腐蚀外观之间的对应关系,采用中性盐雾试验对16组(共320根)镀锌钢丝试件进行420d的加速腐蚀,观察钢丝的外观腐蚀过程,研究其腐蚀指标随腐蚀程度的变化过程,对腐蚀后的钢丝进行拉伸试验,测试其剩余抗力,并以此为依据对钢丝的腐蚀程度进行分级。结果表明:钢丝的外观腐蚀过程分为镀锌层腐蚀和基体腐蚀2个阶段;钢丝的质量、直径和破断力等指标在镀锌层腐蚀阶段降低较慢,钢丝发生延性断裂,进入基体腐蚀阶段后降低较快,钢丝发生脆性断裂;根据钢丝的腐蚀外观和腐蚀指标、抗力指标的损失,将钢丝的腐蚀分为8个等级,实桥检测时可通过腐蚀外观判断钢丝的剩余抗力。     

模拟环境中混凝土与环境间水分传输边界条件

为了探讨模拟环境中混凝土表面与环境间水分传输边界条件,通过模拟试验分析了混凝土的干燥失水变化规律,研究了水灰比和温度等对混凝土水分扩散表面因子变化的影响;此外,还利用数值模拟探讨了人工模拟环境中风速对混凝土水分扩散表面因子和混凝土内湿度分布状态的影响.结果表明:所提出的人工模拟环境中混凝土水分传输表面因子模型可描述温度和风速对混凝土表面因子的影响规律;混凝土表面孔隙面积率可用以表征水灰比对其表面水分传输的影响,且两者间呈指数函数关系;若人工模拟环境中风速和干燥时间超过某定值(约为3 m·S-1),则可将环境湿度视为混凝土与环境间的界面湿度,可为确定人工模拟试验环境风速参数提供理论依据.