斜拉桥拉索失效分析探讨

分析了广东某斜拉桥拉索钢丝的腐蚀失效。结果表明 ,拉索钢丝锈蚀的关键原因是拉索上段的水泥浆体长时间不凝结 ,产生微电池原理的电化学腐蚀。而水泥浆体不充满 ,浆体中含一定量的C1 及拉索受拉应力的作用 ,更加速了钢丝锈蚀。较大的水灰比 ,含一定浓度的FDN减水剂及密闭导致拉索上段水泥浆体长时间不凝结。     

基于蚀坑参数的既有斜拉索钢丝腐蚀程度分级评价研究

钢丝腐蚀是导致斜拉索运营能力下降的主要因素,为了有效评估既有斜拉索的运营安全性,对其钢丝腐蚀程度进行准确的分级评价是基础性的工作。由于钢丝表面的蚀坑是导致钢丝力学性能退化的主要原因,采用实际工程更换下来的斜拉索中腐蚀钢丝为样本,以蚀坑几何尺寸为主要评价参数,进行了钢丝腐蚀分级下蚀坑参数测量试验研究。试验数据表明:钢丝腐蚀程度等级越高,蚀坑发育越明显,分布由稀疏变化为紧密相连,典型蚀坑深度逐渐增大,钢丝截面损伤率迅速扩大。基于试验统计数据,提出了包含蚀坑参数指标的斜拉索钢丝腐蚀分级的新评价标准,可有效提高斜拉索腐蚀开窗检测的实践操作性。     

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。     

斜拉桥拉索失效的两个问题

对广东某斜拉桥拉索钢丝腐蚀失效的两个问题进行了研究。拉索钢丝锈蚀的关键原因是拉索上段的水泥浆体长时间不凝结，产生微电池作用的电化学腐蚀，水泥浆体不充满及含一定的Ｃｌ－等更加速了钢丝的锈蚀；拉索内水泥浆体离析，含ＦＤＮ减水剂的液相富集于拉索上段，水泥浆体在较大水灰比、较高ＦＤＮ减水剂含量及密闭的三个条件下，会长时间不凝结，采取有效措施避免上述异常现象发生至关重要     

斜拉桥拉索腐蚀失效与水泥浆体的异常特性

研究了广东某斜拉桥拉索钢丝的腐蚀失效。结果表明，拉索钢丝锈蚀的关键原因是拉索上段的水泥浆体长时间不凝结，产生微电池原理的电化学腐蚀。而水泥浆不充满，浆体中含一定量的Ｃｌ有拉索在受应力的情况下，更加速了钢丝锈蚀；较大的水灰比，含一定浓度的ＦＤＮ减水剂及是导致含ＦＤＮ减不剂水泥浆体长时间不凝结的三个条件；拉索内水泥浆了 及ＦＤＮ减水剂等富集于拉索上段，而未能采取相应有效措施解决，从而导致密闭的拉索上段     

斜拉索锚固区损伤的高阶纵向导波检测研究

为了实现斜拉索锚固区损伤的有效检测,采用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法,对高阶纵向超声导波无损检测技术进行研究。基于自由钢丝纵向导波传播的特征方程,编程计算其相速度和群速度的频散曲线,选取了其L(0,6)高阶纵向导波模态用于斜拉索损伤的检测;并利用ABAQUS有限元轴对称模型模拟了高阶纵向导波在有、无缺陷自由钢丝中的传播,分析了不同缺陷大小对其回波反射系数的影响;最后,对自由钢丝和样品斜拉索进行了试验检测验证。结果表明,试验结果与有限元模拟结果相吻合,说明高阶纵向导波可以检测斜拉索锚固区的人工缺陷。     

恒丰北路桥拉索试验研究

恒丰北路桥是国内建造最早的斜拉桥之一，其拉索防护采用了水泥砂浆、黑色PE两层防护体系，具有一定代表性。在对该桥进行换索后，利用换下的旧索进行了钢丝锈蚀分布检查、钢丝锈蚀性能分析以及拉索锈蚀性能分析，详述了试验的方法、步骤和试验结果，分析了这种防护体系的弊病以及拉索在腐蚀条件下的力学性能变化。     

桥梁索杆内部锈蚀断丝无损检测技术运用

介绍了桥梁索杆内部腐蚀断丝无损检测中最主要的2种方法：漏磁检测法和磁致伸缩导波检测法的基本原理,并对其优缺点进行了分析。进而结合磁致伸缩导波检测法的优点,分析采用磁致伸缩导波检测技术进行斜拉索损伤定位和损伤判别的原理;结合检测技术和桥梁斜拉索特点提出磁致伸缩导波检测技术的检测评定标度;最后结合实际桥梁斜拉索的无损检测,给出了检测及计算分析实例。     

腐蚀环境下外加剂对混凝土耐久性的影响

为研究腐蚀环境下混凝土的抗压强度、抗折强度和抗侵蚀性能的演变规律。首先,以3%的Na₂SO₄和NaCl溶液模拟腐蚀环境,然后通过掺入不同含量的聚丙烯纤维分析混凝土在腐蚀环境下的性能变化。试验结果表明：(1)当聚丙烯纤维的掺量为0～3%时,混凝土的抗压强度和抗折强度逐渐增加,其最大抗压强度和抗折强度在Na₂SO₄和NaCl溶液中分别为50.2 MPa和48.3 MPa、6.2 MPa和5.8 MPa;而当聚丙烯纤维的掺量为3%～5%时,混凝土的抗压和抗折强度逐渐减小;(2)随着腐蚀时间的延长,聚丙烯纤维混凝土的抗压强度和抗折强度逐渐降低,在腐蚀14 d后,抗压强度和抗折强度在Na₂SO₄和NaCl溶液中分别为45.3 MPa和42.6 MPa、5.6 MPa和4.9 MPa;(3)距离表面30 mm处,不掺入纤维的混凝土的SO₄^2-浓度为1.4%,Cl^-浓度1.6%;而掺入3%聚丙烯纤维的混凝...     

桥梁平行钢丝缆索磁致伸缩导波断丝检测实验研究

在实际检测中缆索拉力会影响导波检测换能效率,同时缺陷大小以及激励频率也会影响断丝缺陷信号的幅值。为了获得可靠的评估检测结果,需对磁致伸缩纵向导波平行钢丝缆索断丝缺陷信号进行研究。首先,在张拉情况下进行了缆索断丝导波检测实验,得到了拉力对断丝缺陷信号幅值的影响。然后,进行了缆索多根断丝导波检测实验,得到了不同激励频率下断丝根数与缺陷信号幅值间的关系。结果表明:缆索拉力对断丝缺陷信号幅值有一定的增强效果,但随着拉力增大其对幅值的增强效果会逐渐减小。同时,在一定激励频率下,断丝缺陷信号幅值与断丝根数呈近似线性关系。基于本文研究结果,可支持检测人员对检测信号进行补偿及分析,得到较可靠的断丝缺陷检测结果。     

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。     

模糊失效准则下桥梁拉索锈蚀时变可靠性分析

针对桥梁缆索耐久性问题日益突出的现状,对锈蚀拉索的时变可靠性问题进行了研究。首先,基于不同气候条件下钢丝的腐蚀速率和拉索截面锈蚀扩展规律,由随机过程理论建立了锈蚀拉索的抗力退化模型。针对拉索运营期失效具有模糊性的特点,以安全系数为判据构造了拉索模糊失效的隶属函数,提出了模糊失效准则下拉索锈蚀可靠度分析模型,并采用将服役期离散化的方法简化了时变可靠度的计算问题。通过算例分析了不同腐蚀环境下服役拉索的时变可靠度,并与时不变可靠度以及清晰失效准则下的时变可靠度进行了比较。结果表明:本研究模型能够反映拉索在不同腐蚀环境、不同服役时间内可靠度的变化规律。与清晰失效准则相比,模糊失效准则下时变可靠指标的渐变规律更好,与工程实际更为相符,一定程度上避免了清晰失效准则下安全系数选取困难的情况。拉索服役期的时变可靠指标具有明显的时段区分,当护套完好时,可靠指标下降缓慢,一旦护套破损引发钢丝锈蚀,随着腐蚀环境的不同可靠指标将显著下降。对于护套发生局部破损的拉索,在较恶劣环境中服役寿命仅为8～10 a,由于钢丝锈蚀的不可逆性,避免护套的损伤并加强检测是保证拉索耐久性的关键。     

斜拉桥大直径斜拉索的疲劳强度

对斜拉桥平行钢丝大直径斜拉索体系进行了疲劳试验，并对试验结果作了详细评述。结果清楚表明：随着拉索直径的增大，拉索的疲劳强度将会降低；在拉索疲劳设计工作应力幅以内，拉索锚固部分的应力集中是影响大直径拉索疲劳强度的主要因素。当为了防止腐蚀而用水泥对拉索灌浆时，未镀锌钢丝由于化学反应后剩余的水引起的腐蚀疲劳可能使其寿命大大缩短，这与灌浆材料的质量和灌浆方式有关。此外，还建议采用基于５％钢丝断裂寿命的Ｓ－     

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。     

基于漏磁检测的桥梁拉索钢丝损伤评估

为准确评估桥梁拉索中钢丝的损伤面积和断口宽度,提出基于漏磁检测进行损伤定量评估的方法。该方法通过对轴向漏磁信号沿周向积分进行非线性拟合,根据拟合得到的磁荷量、磁荷间距评估钢丝的损伤面积与断口宽度。以?7-61平行钢丝拉索为例,采用ANSYS软件建立三维电磁有限元模型,对钢丝断丝与坑蚀产生的漏磁场进行模拟,分别采用本文方法和传统方法识别损伤特征量,并识别含噪声的漏磁信号以检验该方法的稳定性。结果表明:根据提出的损伤评估方法得到的磁荷量与损伤面积成正比、磁荷间距随断口宽度等量变化,磁荷量和磁荷间距可用来定量识别钢丝的局部损伤;该方法在钢丝损伤定量评估中具有较高的精度和计算效率,且具有较强的抗噪声干扰能力。     

汉堡科尔布兰德桥斜拉索的更换

科尔布兰德桥施工时拉索腐蚀方面的缺点普导致未知数量的斜拉索发生腐蚀，以致于全部８８根受气候腐蚀的斜拉索换成了部分镀锌或全部镀锌的斜拉索。新拉索不仅具有高质量的内外防腐，而且在详细研究出出现损坏的原因之后，对拉索功固区作了多项改进：增加了抑制风振的阻尼器，消除柔性索与刚性锚头过渡区内弯曲应力的拉索鞍座，改进了锚具的设计以改善排水。     

粉煤灰混凝土应力腐蚀特性试验研究

利用自行设计的应力腐蚀加载试验装置,研究了三分点加荷与Na2SO4腐蚀溶液耦合作用下,应力水平、试验龄期、干湿循环等试验参数对粉煤灰混凝土力学性能的影响。结果表明:掺加粉煤灰可以有效地改善水泥混凝土的应力腐蚀状况。相对于常规试验条件和普通混凝土,在以Na2SO4为腐蚀介质的溶液中,应力的存在会明显地加速粉煤灰混凝土的腐蚀破坏,并且随着应力水平增加、试验龄期延长和干湿循环次数的增多,其破坏作用越大。     

斜拉索腐蚀损伤下斜拉桥体系可靠度研究

拉索腐蚀疲劳累积损伤是威胁斜拉桥运营安全的关键因素,导致斜拉桥运营期的换索次数多且换索成本高。为了准确评定斜拉索腐蚀疲劳损伤对斜拉桥结构安全的影响,从结构体系可靠性角度探索拉索腐蚀疲劳损伤的概率传递模型。分析了斜拉索腐蚀疲劳损伤对结构体系可靠度的影响规律,从而为换索决策提供依据。研究结果表明,疲劳和疲劳腐蚀效应共同作用下的拉索在20 a服役期内的强度系数分别为0.928和0.751,斜拉索抗力退化将导致斜拉桥主要失效路径变化,主梁索间距为30 m的斜拉桥在服役期的13 a,主要失效模式从由主梁弯曲失效转移至斜拉索强度失效,导致后期的结构体系可靠指标快速下降。     

交变应力与环境耦合作用下拉索腐蚀疲劳损伤机理研究

通过开展室内盐雾加速腐蚀试验,研究分析了各种应力状态下腐蚀钢丝的腐蚀失重量及弹性模量、抗拉强度等力学性能的变化,得出腐蚀钢丝各种力学性能中断后伸长率对疲劳腐蚀最为敏感的结论。在试验开展的基础上,以细观损伤力学为研究手段,并结合断裂力学强度准则,分析了环境腐蚀、应力腐蚀和疲劳腐蚀各自的特征、机理。腐蚀斜拉索的腐蚀疲劳损伤主要是由于腐蚀造成的钢丝表面的蚀坑,进而导致应力集中现象,加之氢致开裂,导致裂纹不断萌生、发展,研究分析了应用腐蚀疲劳裂纹扩展门槛值作为点蚀坑向腐蚀疲劳裂纹转化的判据的方法,并通过数值手段,分析了钢丝全面腐蚀、表面蚀坑深度、蚀坑形状和蚀坑纵向净间距对钢丝应力分布状态和疲劳寿命的影响。