耐候钢桥耐腐蚀性能与腐蚀疲劳性能研究进展

针对耐候钢桥所面临的腐蚀损伤及腐蚀疲劳性能耦合劣化问题,介绍了耐候钢桥基于理论模型与试验研究的耐腐蚀性能评价方法;总结了腐蚀疲劳耦合劣化机理、疲劳试验研究及其成果;研究了各国规范中适用于腐蚀环境的S～N曲线;分析了耐候钢的腐蚀疲劳寿命评价模型。结果表明：耐候钢耐腐蚀性能评价采用单一评价指标很难全面地表征腐蚀程度,应采用多指标联合评价,合理的焊材与母材匹配是提高耐候钢焊接结构耐腐蚀性能的关键;耐候钢腐蚀疲劳性能可通过风化后腐蚀疲劳试验进行测试,耐候钢焊接结构的腐蚀疲劳性能劣化较母材更加严重,是工程应用中关注的重点;现行规范对钢结构腐蚀疲劳性能的劣化效应多采用降低结构细节等级的方式,建议根据腐蚀环境、结构类别、试验方法等分门别类地制定腐蚀疲劳S～N曲线;免涂装耐候钢焊接节点的腐蚀疲劳寿命预测有待开发理论模型支撑。     

日本的耐候钢桥技术

本文通过对日本耐候钢桥的发展背景历程和现状、基本原理、设计施工及维持管理要点的介绍,希望能拓宽国内迅速发展的钢桥设计和建造方面的思路,并为中国桥梁早日全面赶超世界桥梁先进水平提供一些借鉴和帮助。     

日本耐候钢桥梁维修管理技术研究

桥梁耐候钢是指在一般常用的结构用钢中适量添加铜(Cu)、镍(Ni)、铬(Cr)、磷(P)等合金元素,在钢材表面形成致密的保护性锈层来提高耐候性能。针对耐候钢桥梁应用过程中出现的问题,日本在其维修管理技术方面做了大量的研究工作,如:制定《无涂装耐候钢桥梁检查要领(草案)》;提出5阶段评价法进行锈蚀评价;推测保护性锈层外观评价阶段和腐蚀损耗量的对应关系;耐候钢桥梁锈蚀外观状态评价采用典型锈蚀状态样本进行比对,提高锈蚀评价的可靠性;推导长期腐蚀损耗量的计算公式并进行验证;采用短期的百叶箱暴露试验判断耐候钢的适用环境。     

耐候桥梁钢腐蚀力学行为研究及其应用进展

耐候钢以其优越的耐久性受到了桥梁设计者的重视和广泛关注，扩大耐候钢桥在中国的应用已成为必然趋势。鉴于目前中国耐候钢桥设计理论和方法匮乏的现状，通过调研国内外耐候钢和耐候钢桥研究文献，主要参考美国、日本和欧洲耐候钢桥建设经验，对耐候钢的应用研究现状以及耐候钢桥设计方法进行综述。重点阐述环境与荷载耦合作用下耐候钢的腐蚀机理、耐候钢腐蚀后的力学性能退化、耐候钢桥设计理论和细节设计方法等内容，总结和分析已有研究所取得的成果和尚存的问题。分析表明：当大气中Cl^-和SO₂浓度分别低于3，20 mg·（m²·d）^-1或者非海洋大气环境中大气腐蚀等级为C2，C3时，可以裸装应用耐候钢；荷载作用下保护锈层存在开裂和脱落现象，锈层开裂为氧气扩散提供了通道，减弱了其对基体的保护能力，导致钢材进一步锈蚀，并且易发生局部腐蚀；裸装应用的耐候钢在使用不当时会产生较严重的腐蚀，从而导致力学性能退化，尤其是在应力腐蚀和腐蚀疲劳状态下其力学性能退化更为严重；钢桥细节设计方法对保证耐候钢的耐蚀性至关重要，定期维护可以延长结构的使用寿命；应用耐候钢可使钢桥全寿命周期成本显著降低。分析结果旨在为今后中国耐候钢耐蚀机理和力学性能的研究探明方向，并为耐候钢桥的设计和建造提供有效借鉴和参考。     

日本耐候钢桥梁技术的研究发展动向

桥梁耐候钢技术源于欧美,日本引进这一技术后发展较快,并针对应用过程中的问题开展了大量的研究工作。为提高钢材的耐候性能,进行针对锈蚀构造机理的研究,提出耐腐蚀改善方法,查明异常锈蚀原因以采取防护措施;为提高在高盐分下的耐候性能,开发镍(Ni)系高耐候钢;研究开发统一评价各种耐候钢的耐候性能方法。由于耐候钢的防腐性能受腐蚀环境影响较大,采用盐分分布仿真技术和腐蚀环境监测技术大幅度降低异常腐蚀发生的风险。为实现耐候钢桥长寿命化,在锈蚀发展动态的定量评价技术、涂装修补方面的技术开发、剩余承载力的评价方法等方面进行了进一步研究。     

耐候钢及其焊接节点大气腐蚀经时演化预测方法

为了给解决耐候钢桥在应用和发展中所面临的腐蚀问题提供理论方法与对策,针对耐候钢在大气环境中的腐蚀损伤演化特性,通过编制MATLAB程序,建立了基于三维元胞自动机技术的耐候钢焊接节点大气腐蚀经时演化模型。该模型根据耐候钢在大气腐蚀过程中发生的化学反应,将大气腐蚀系统中的关键元素抽象成4种元胞类型,并离散成元胞网格。对母材和焊缝分别定义了不同的元胞邻居类型,模拟了耐候钢焊接节点代表性体元在介观尺度上的腐蚀演化过程,并通过大气暴露试验验证了所提出方法的可行性和有效性,揭示了耐候钢焊接节点腐蚀动力学及蚀坑演化规律,分析了溶解氧浓度和溶解概率对腐蚀损伤的影响。在此基础上提出了耐候钢大气腐蚀经时演化预测方法。研究结果表明：所提出的耐候钢焊接节点经时演化模型稳定可靠,演化规律合理,当时间尺度和空间尺度分别设置为0.2年和100μm时,模拟结果与大气暴露试验数据吻合良好;耐候钢焊接节点的腐蚀损伤主要由溶解概率和溶解氧浓度决定,平均腐蚀深度随溶解概率和溶解氧浓度的增加而增大。所提出的耐候钢大气腐蚀演化预测方法能够较为准确地再现研究对象的大气腐蚀过程,描述和识别研究对象在大气中的腐蚀动力学、腐蚀形态和蚀坑...     

耐候钢在川藏公路某大跨径桥梁设计中的应用

近年来,我国公路建设进步显著,以项目的全生命周期成本及高效管理为理念的交通基础设施建设逐渐得到重视。高性能免涂装耐候钢材料的研发及推广应用便在这样的发展大背景下应运而生。耐候钢能有效克服普通钢材作为钢桥材料的不足,必将成为我国钢桥发展的一个重要方向。介绍了耐候钢在国内大跨径桥梁中的应用情况以及耐候钢的技术特点和应用发展趋势,期望能推动耐候钢在大跨径桥梁中的进一步应用。     

跨海和沿海桥梁钢筋砼腐蚀与防腐

跨海桥粱及沿海地区桥粱的钢筋砼容易受到侵蚀性地下水和海水的侵蚀而破坏，文中分析了侵蚀的原因和机理，介绍了广东深圳盐坝(盐田一坝岗)高速公路下洞大桥在设计、施工中采取的防腐措施，提出了跨海、沿海桥粱钢筋砼防腐的重要性。     

海洋环境下耐候钢十字非传力焊接接头腐蚀疲劳性能试验研究

腐蚀疲劳严重危害在役钢桥服役安全。为研究海洋环境下耐候钢桁梁桥焊接节点的腐蚀疲劳性能,对23个Q420qFNH耐候钢十字非传力角焊缝焊接接头进行实验室干/湿交替中性盐雾加速腐蚀及腐蚀后疲劳试验,采用失重法得到试件的失重率和腐蚀速率,对接头腐蚀形貌及疲劳断裂失效的宏观断口形态进行分析,拟合得到经历不同腐蚀时长后试件的名义应力和热点应力S～N曲线。结果表明：耐候钢十字非传力角焊缝焊接接头疲劳裂纹均萌生于焊趾处并沿板厚扩展失效,疲劳寿命由焊缝控制,接头焊趾附近腐蚀坑的形成与生长加剧了焊接接头的疲劳裂纹萌生;焊接接头的疲劳性能劣化程度随腐蚀损伤效应的增加而增加,但疲劳强度折减量与腐蚀时间并未呈线性关系,锈层逐渐具有保护性;未腐蚀前名义应力和热点应力疲劳强度等级分别建议采用《公路钢结构桥梁设计规范》中的FAT80和Eurocode 3规范的FAT110进行评估,腐蚀后的疲劳强度折减量建议参照美国耐候钢桥指南规定C类细节选取。     

耐候钢桥的发展及其设计要点

耐候钢于1964年首次应用到公路桥上，现已经在经济发达国家得到很大发展。从整个使用期间的费用来衡量，耐候钢桥的费用相对于普通钢桥的费用较低，发展前景很好。主要介绍耐候钢在桥梁中的应用现状、发展趋势及耐候钢桥的设计要点等。     

混凝土桥梁的腐蚀与防护

针对我国混凝土桥梁所处的腐蚀环境，指出表面防护涂层是极其有效的一种防腐蚀方法，并分析了作为表面防护体系的封闭漆、中间漆、面漆应具有的特殊性质。     

耐候桥梁钢及其焊缝耐腐蚀性评价研究

目前耐候钢耐腐蚀性常见评价方法有耐腐蚀指数计算法、周期浸润腐蚀试验法和电化学测试法。针对耐候桥梁钢及其焊缝的耐腐蚀性设计要求,为了准确评价耐候桥梁钢焊缝的耐腐蚀性,以我国耐候钢桥常用的Q420qENH耐候钢板为对比试样,采用与其匹配的CHT71NHQ药芯焊丝熔敷金属制作成焊缝试样,基于3种耐腐蚀性评价方法,分析焊缝的耐腐蚀性。结果表明：Q420qENH耐候钢板和CHT71NHQ药芯焊丝的耐蚀腐蚀指数I均大于等于6.5,焊缝与耐候钢相对腐蚀速率为3.87%,且二者自腐蚀电位差较小,仅为13 mV,CHT71NHQ药芯焊丝与Q420qENH耐候钢耐腐蚀性相匹配,均满足设计要求;3种方法均可反映耐候钢与焊缝耐腐蚀性的优劣。     

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.     

沿海混凝土桥梁的腐蚀与防护

沿海钢筋混凝土与预应力混凝土桥梁易受渗入到钢筋表面的氯盐腐蚀，影响结构的耐久性。为了提高耐久性，针对混凝土桥梁阐述了在设计和施工中亟宜采用的防氯盐腐蚀的基本措施，以及在恶劣环境下的重要工程所宜采用的特殊防护措施。实践表明，采取这些措施能有效地延长结构的使用寿命，效益显著。     

钢筋混凝土桥梁的防护与钢筋阻锈剂

当今世界，钢筋腐蚀是钢筋混凝土桥梁破坏的主导因素，本文概述钢筋腐蚀的防护措施，着重讨论了钢筋阻锈剂的国内外发展，应用情况。     

耐候钢钢板组合梁桥的设计与应用

耐候钢钢板组合梁桥具有力学性能优越、高耐腐蚀性、便于加工制造等优点,可以大幅节省桥梁运营阶段的管养费用。耐候钢桥梁建设目前在我国仍处于起步阶段,随着耐候钢板的研制及相关标准的不断完善,越来越多的桥梁采用免涂装的耐候钢,但数量仍然有限,且在设计要点方面的研究及相关成果较为匮乏。结合广东省云茂高速公路的高台大桥建设,在分析耐候钢桥梁应用控制因素基础上,针对山区桥梁特点,详细介绍了免涂装耐候钢板组合梁桥的结构选型、材料选用及各部分构件的设计细节,研究成果可作为同类工程项目设计与建造的参考依据。     

桥梁拉索环境腐蚀损伤控制的有效途径

斜拉索是大跨度斜拉桥关键的承重构件。由于长年在复杂的自然环境中使用,对斜拉索采取适当的防腐措施是十分必要的。本文介绍了斜拉索常用的腐蚀损伤控制方法,并根据拉索自然环境下腐蚀的特点,提出了基于无机有机纳米杂化新技术以控制腐蚀微环境,延长拉索使用寿命的新设想。     

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。