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。     

拱桥吊杆损伤退化机理及寿命评估研究进展

该文综述了拱桥吊杆损伤退化机理及其剩余寿命评估方法。通过对吊杆病害、荷载行为及损伤演化模型的概括总结得出:护套损伤演化、钢丝锈蚀和开裂是吊杆损伤退化的主要机理,温度和桥面振动是导致吊杆损伤退化的关键因素。吊杆承载力及寿命评估可根据锈蚀检测结果,采用脆性钢丝模型假设,将吊杆视为串并联系统,用极值Ⅲ型分布或蒙特卡罗法模拟。针对实桥检测、监测、诊断和评估等方面碰到的诸多问题,提出了新的研究路线。     

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。     

拱桥吊杆更换后健康检测与诊断

该文以南通市某拱桥更换后的吊杆为对象,通过外观检查和试验室检测手段,研究了拱桥柔性吊杆的实际服役状况,了解和掌握了吊杆乃至拱桥结构的安全性、耐久性。吊杆护套及锚头剖开后发现:索体护套及锚头内均残留冷凝水,钢丝表面镀锌层轻微锈蚀,出现白色锌粉,镀锌层含量在300 g/m2~350 g/m2之间,部分吊杆钢丝出现黄色锈斑;锚杯内环氧铁珠浇注体不密实且锈斑残留,表面有蜂窝、坑洞等,锚杯内钢丝完好;锚杯内环氧树脂保护层破损,钢丝墩头锈蚀,部分吊杆锚杯锈蚀严重,出现成片深色锈斑。     

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。     

温度对拱桥短吊杆应力的影响

既有拱桥健康检测结果表明,短吊杆是拱桥易损构件之一。该文主要研究温差荷载对拱桥短吊杆截面应力的影响。假定短吊杆两端与拱肋及桥面均为固结,首先通过吊杆表面温度实测数据得出吊杆沿周向温度分布规律,再根据径向温度梯度得出吊杆横截面温度分布模型。然后,根据温度分布模型探讨短吊杆局部温差应力的大小及分布规律。同时,结合整体温差荷载作用下吊杆截面应力的理论推导和参数分析,探讨了吊杆截面不均匀应力分布情况及应力增大系数的范围。     

柔性吊杆拱桥吊杆锚头病害特征及检测指标

现针对柔性吊杆拱桥吊杆锚头的退化行为,系统地总结了柔性吊杆锚头的安全性和耐久性病害特征。指出钢丝墩头锈蚀、内外螺纹锈蚀、锚头开裂和变形是墩头锚、冷铸墩头锚的主要退化风险;钢绞线滑移或回缩、夹片破损或缺失是夹片锚的主要安全风险。同时,针对现行规范中关于柔性吊杆锚头检测指标方面的不足,在归纳梳理影响柔性吊杆锚头安全与耐久性能检测指标的基础上,建立了柔性吊杆锚头的检测指标体系。     

柔性吊杆拱桥吊杆索体病害特征及检测指标

针对柔性吊杆拱桥吊杆索体的退化行为,系统地总结了柔性吊杆索体的安全性和耐久性病害特征。指出吊杆索体的安全性病害主要为钢丝锈蚀、开裂、断裂、吊杆偏位及弯曲变形,其中钢丝孔蚀导致的开裂或断裂是主要因素。同时,针对现行规范中关于柔性吊杆索体检测指标方面的不足,在总结吊杆索体安全与耐久性能检测指标的基础上,建立了柔性吊杆索体服役健康状态的检测指标体系。     

拱桥短吊杆动力特性分析

拱桥吊杆骤断的原因复杂,其中动荷载作用下吊杆受力不均匀和增大效应是主要因素之一。以一座既有中承式钢管混凝土拱桥为背景,采用ANSYS建立桥梁有限元模型,选用单车车辆模型,并将车辆模型简化为移动荷载在桥梁结构模型上进行加载,计算不同速度下短吊杆的动力特性,研究短吊杆在车辆平稳过桥条件下的动力性能。计算分析结果表明:短吊杆的振动频次随车速的降低而急剧增加;短吊杆轴力的动力放大系数较大并与车速成正比关系;在车辆激振作用下,短吊杆受弯主要以横桥向的弯矩为主,短吊杆的最大应力会出现在车辆通过后的自由振动阶段;短吊杆的下锚固端受力复杂且最为不利,容易在腐蚀和应力作用下导致短吊杆内钢丝的断裂。     

中承式拱桥吊杆专项检测及疲劳寿命评估

吊杆的运营安全直接影响到拱桥的结构安全,以1990年建成的某中承式拱桥为研究对象,结合该桥吊杆专项检测及理论分析结果,对吊杆的疲劳寿命进行评估。专项检测结果表明,大部分吊杆存在锚头密封不严、锚杯积水及PE护套破损开裂等现象,吊杆外观情况较差,短吊杆钢丝锈蚀状况为标度4,处于较差的状态。吊杆疲劳寿命根据桥梁实际车流量和疲劳应力幅值进行预测,计算得出吊杆在无腐蚀状态下的寿命约为44年,且在吊杆发生腐蚀后,其服役年限也不到无腐蚀吊杆的1/5,即吊杆出现腐蚀后服役年限不足10年。确认吊杆存在较大的安全隐患,建议对大桥的吊杆进行更换。     

中承式拱桥吊杆内部钢丝腐蚀病害实例研究

为了了解中、下承式拱桥吊杆内部钢丝腐蚀病害的发生原因和发展规律,该文通过结构性拆解银川阅海大桥及长沙黑石铺湘江大桥的旧吊杆,系统研究两座中承式钢管拱桥吊杆防护体系的缺陷和防护漏洞,探讨吊杆内部钢丝的腐蚀病害分布规律,定性分析导致两座桥梁旧吊杆内部钢丝腐蚀病害差异的主要原因,可为中、下承式拱桥吊杆腐蚀防护和运营期管养策略制订提供参考。     

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。     

钢管混凝土拱桥吊杆高强钢丝力学试验研究

吊杆是中、下承式拱桥的关键构件,研究吊杆的力学行为特征及其病害十分必要和紧迫.通过对营运6年的西南某钢管混凝土拱桥吊杆高强钢丝的单丝极限负荷试验,研究高强钢丝极限负荷的折减状况,探明吊杆的损伤、劣化状况,为钢管混凝土拱桥吊杆的维护提供参考.     

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。     

拉吊索更换检测与承载力评价

拉吊索出现PE老化、钢丝锈蚀等病害时,外观检查往往难以准确判定钢丝病害程度,需更换病害拉吊索,进行全面检测及判定。本文通过对更换拉吊索的解剖检查,确定钢丝锈蚀等级;对锈蚀钢丝的截面及质量损失测量,确定钢丝截面损失;对钢丝力学性能测试,确定钢丝强度降低程度,并提出了拉吊索承载力评价方法,可评价拉吊索承载力降低程度,并根据评价结果决定维修或更换。     

锈蚀钢筋力学性能分析

在钢筋混凝土结构自身材料、荷载和气候环境的作用下,钢筋混凝土结构或构件会随着使用时间的增加而逐渐老化,出现耐久性问题。对耐久性降低的程度和承载力的衰减程度进行定量分析,是结构耐久性研究中的关键问题。在既有研究成果的基础上,建立锈蚀钢筋的锈蚀量预测模型,从钢筋的力学参数出发,建立锈蚀钢筋的力学性能衰减模型。采用数值方法,分析了3种不同锈蚀类型在不用锈蚀参数作用下钢筋锈蚀的一般规律。研究成果为进一步研究钢筋混凝土结构耐久性能裂化和承载力时变衰减奠定了基础。     

系杆拱桥结构缺陷对吊杆内力的影响分析

为研究系杆拱桥在结构缺陷及损伤状态下系杆内力的重分布情况,建立有限元分析模型对由拱肋线形缺陷、吊杆线形缺陷以及吊杆失效引起的吊杆力变化进行计算分析。结果表明:吊杆力对拱肋竖向缺陷更为敏感;吊杆线形缺陷对短吊杆的影响更为显著;单吊杆失效将显著改变临近杆件的力学特性。     

拱桥在役损伤吊杆破断安全性研究

吊杆是中下承式拱桥最重要的受力构件,易遭受腐蚀损伤和疲劳累积损伤,极限情况下甚至发生突然破断,威胁结构安全。该文以一座服役16年的中承式拱桥为例,通过在横梁之间加设加劲钢管纵梁,加强结构纵桥向的联系,研究平行钢丝吊杆存在劣化损伤时的桥梁承载能力。同时模拟吊杆突然破断,以吊杆损伤程度为参数,研究吊杆破断对结构动力放大系数DAF和结构需求能力比DCR值的影响,评估吊杆发生连锁破断的风险。     

温差对系杆拱桥吊杆索力的影响

系杆拱桥是内部高次超静定结构,在成桥之后受温差作用结构会产生温度内力和位移,从而对吊杆索力产生影响。针对该影响,以某系杆拱桥为实例,建立Midas/Civil有限元空间模型,分析温差作用对吊杆索力的影响规律。结果表明:温差作用对吊杆索力影响显著,短吊杆比长吊杆所受影响相对小些。升温时索力增大,降温时索力减小;升温30℃时吊杆索力最大增量为59%;降温45℃时吊杆索力最大缩量为88.51%。在系杆拱桥吊杆设计和张拉时,应充分考虑温差影响,使吊杆处于合理的受力范围内,提高吊杆的使用寿命。     

基于灰色理论的锈蚀钢筋混凝土梁裂缝间距研究

在考虑影响裂缝间距的各主要因素的基础上,用正交设计法制作了37片混凝土梁试件,结合试验数据,详细阐述了试验室条件下钢筋混凝土矩形梁依锈蚀率变化的破坏过程、归纳了试验现象,探讨了锈蚀钢筋梁对裂缝间距分布的影响机理,以及试件在静载试验中的裂缝间距分布随锈蚀率变化的特点.采用灰色关联分析法分析了现行裂缝间距公式中各主要影响因素的重要程度,建立钢筋锈蚀率与平均裂缝间距的GM(1,2)灰色模型.研究表明,随着锈蚀率的增大,裂缝间距总体趋势也变大;锈蚀引起的粘结性能退化改变了受弯构件破坏机理;钢筋锈蚀是比混凝土抗拉强度对裂缝间距分布影响更为重要的因素.