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。     

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。     

跨高速铁路大跨径耐候钢箱梁桥设计研究

秦安特大桥在天水市秦安县附近同时跨越宝兰高铁秦安隧道明洞和天巉公路，设计控制因素多。为减少后期维护对高铁运营的影响，采用了免涂装耐候钢。对耐候钢的应用条件、材料选择、经济效益进行分析，得出耐候钢在该桥桥位环境下具有适宜性，且全寿命周期经济效益显著。通过采用STC组合钢桥面，降低了桥面板活载应力幅，解决了耐候钢疲劳等级低、桥面易开裂进水等问题。联合采用集中排水和箱内除湿系统等附属细节设计，提高了耐候钢桥的耐久性。研究成果可为耐候钢箱梁桥设计提供一定的参考依据。     

耐候性钢桥评估管理系统研究

耐候性钢材以其耐腐蚀性能和全寿命成本经济性在欧美、日本等发达国家广泛应用于桥梁工程.通过以往耐候钢材腐蚀试验结果,归纳不同腐蚀环境耐候钢腐蚀状态,得到耐候钢的腐蚀机理.采用外观评价、图像处理分析以及锈层厚度测定等方法评估耐候性钢桥的时变性能,依据不同评定等级制定相应的检查频度、调查内容以及维护处理方法,在此基础上得到耐候性钢桥管理养护系统,为耐候钢桥的后期运营管理提供参考,以促进耐候钢桥的进一步发展.     

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。     

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。     

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。     

波形耐候钢腹板与混凝土顶板结合部横向抗弯疲劳性能研究

为了解波形耐候钢腹板组合箱梁桥中波形钢腹板-混凝土顶板结合部在横向弯矩下的疲劳性能，以飞龙大桥为背景，制作1个波形耐候钢腹板-混凝土顶板结合部试件，开展横向受弯疲劳试验。分析结合部试件的疲劳寿命、破坏形态、抗弯刚度变化情况等，并基于线性疲劳累积损伤理论，采用Eurocode 3和AASHTO规范公式评估结合部试件中相关细节的疲劳寿命。结果表明：波形耐候钢腹板-混凝土顶板结合部试件在最终疲劳破坏前经历了209.14万次的疲劳加载，可以满足结合部横向抗弯疲劳设计的要求；主要的疲劳损伤为连接波形钢腹板与钢翼缘的焊缝出现疲劳裂纹以及混凝土顶板的开裂；疲劳损伤的累积导致试件的抗弯刚度降至初始抗弯刚度的34.4%;采用Eurocode 3和AASHTO规范公式对结合部中细节进行疲劳寿命评估时，Eurocode 3规范公式计算所得的细节疲劳寿命更偏于保守。     

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。