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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

桥梁缆索断面钢丝腐蚀进程差异性试验

为实现桥梁缆索断面内高强钢丝腐蚀进程差异性量化表征，进而支撑该类构件在服役期内的强度退化模拟与承载力评定等工作,以镀锌钢丝缆索为对象，采用旧索构件破除实测与人工加速腐蚀试验相结合的方法，构造相邻层钢丝腐蚀进程差异性指标，研究了实际服役环境下的平行钢丝缆索断面腐蚀进程差异性。进一步考虑缆索断面构造特征及护套可能出现的病害类型，通过捆绑试件加速腐蚀试验，研究试验环境下平行钢丝缆索断面腐蚀进程差异性,护套破损对断面腐蚀进程差异性的影响以及钢绞线内外丝腐蚀进程差异性。研究结果表明：护套整体老化失效时，平行钢丝缆索断面相邻层钢丝总体腐蚀进程差异系数不拒绝正态分布，均值与变异系数分别为0.675 8、0.254 3;实际服役环境下总体腐蚀进程差异系数均值水平更高、变异性更强，腐蚀介质沉积效应对缆索断面钢丝腐蚀进程差异性的影响因破损形态而异；随着腐蚀时间的延长，断面总体腐蚀进程差异性逐渐减弱，钢绞线内外丝总体腐蚀进程差异系数概率分布特征由对数正态分布向正态分布过渡。     

基于缠绕式FBG传感器的斜拉索镀锌高强钢丝腐蚀定量监测方法研究

斜拉索梁端连接筒处钢丝极易因拉索防护失效进水而产生腐蚀,而目前还未有对斜拉索内钢丝腐蚀状态进行定量监测的有效手段和方法。设计一种用于对斜拉索高强镀锌钢丝进行腐蚀监测的缠绕式光纤布拉格光栅(FBG)腐蚀传感器,通过水浴试验研究其温度灵敏度系数,并通过加速腐蚀试验获得镀锌钢丝腐蚀率与FBG传感器波长变化量之间的定量关系。结果表明：1)缠绕式FBG腐蚀传感器波长变化量与温度的线性度高,可对传感器的温度影响进行线形修正;2) FBG传感器波长变化量与时间、腐蚀率均呈logistic回归关系,通过测量传感器波长变化即可获得镀锌高强钢丝的质量腐蚀率。研发的缠绕式FBG腐蚀传感器为斜拉索内高强钢丝腐蚀率的定量监测奠定了基础。     

海水冻融腐蚀耦合环境下钢筋混凝土梁疲劳试验研究

我国北方沿海地区公路桥梁受海水侵蚀和冻融作用明显,缩短了钢筋混凝土结构寿命。为研究这一问题,在分析这类地区工程地质环境的基础上,利用自研的冻融腐蚀培养装置和循环载荷装置开展了上限荷载0.15P~0.40P(P为试件极限荷载)、循环荷载5~30万次与冻融腐蚀相耦合条件下钢筋混凝土梁的疲劳试验,通过监测不同疲劳侵蚀龄期试件的挠度、应力应变和承载力值,揭示其疲劳劣化过程机理。研究结果表明:首先,海水环境中Cl~-含量高达19 000 mg/L,SO4~(2-)离子含量高达2 500 mg/L,对钢筋混凝土结构具有分解性和膨胀性腐蚀作用;其次,试件裂缝宽度与上限载荷、循环次数均成正相关关系,但循环荷载达到一定次数后不再扩展;最后,本文发现疲劳荷载小于0.25P时,试件性能基本不变,受冻融腐蚀后其相应荷载降低至0.20P,试验完成后其屈服荷载和极限荷载平均降低了约23.8%和10.5%,说明海水冻融腐蚀对钢筋混凝土构件劣化作用明显。     

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。     

加筋格宾挡土墙材料耐久性研究

通过对潭衡西高速公路加筋格宾挡土墙的PVC覆膜、镀高尔凡钢丝及钢丝网的耐久性分析,深入研究了测试材料耐久性的试验方法,探讨了土壤等因素对材料耐久性的影响机理。将镀锌钢丝与镀高尔凡钢丝进行对比,用一系列不同腐蚀环境下的暴露试验,证实了高尔凡的抗腐蚀性随时间逐渐提高,其保护效果是镀锌保护的4～5倍。在现场实测数据的基础上,分析PVC护套下锌质量的残留值。并基于热老化试验的结果,采用一个1.2的安全系数,计算得到PVC覆膜的有效使用寿命,再根据镀锌膜在土体中的降解率,进而提出了一种预测材料耐久性的方法以指导工程设计和施工。