锈蚀钢丝疲劳性能及桥梁缆索疲劳可靠性评估方法研究

发布时间：2020-12-18 05:38

　　缆索是桥梁的安全生命线,起着牵一发动全身的作用。近20年来,我国频发的中下承式拱桥断索事故以及大量的在役桥梁换索案例,使钢索的损伤与健全性评估受到了广泛的关注。腐蚀和疲劳是影响钢索安全性和耐久性的两大因素,但一直以来都缺乏有效的评估手段对这两个因素作用下的钢索服役安全性能做出合理评价。本文以线弹性断裂力学为理论基础、疲劳试验为手段,系统开展了钢丝腐蚀损伤评价、疲劳断裂机理和损伤容限性能分析等方面的研究;在材料研究的基础上,建立了锈蚀钢索残余寿命预测和疲劳可靠性评估方法。论文的主要工作及研究结论包括以下几个方面:1.以两座实桥服役锈蚀钢丝为对象,基于轮廓测量数据对服役锈蚀钢丝的腐蚀形貌进行了表征和分析,建立了服役锈蚀钢丝的最大点蚀评估模型。研究显示,服役锈蚀钢丝腐蚀形貌的尺度指标和自相似性指标随着腐蚀程度的增大而增大,其中自相似性指标随机性较大,与腐蚀程度之间只存在统计意义上的相关性;钢丝最大点蚀深度服从Gumbel极值分布,钢索自由段的点蚀效应比锚固段更为显著。2.对服役锈蚀钢丝以及人工加速腐蚀钢丝进行了不同应力幅的疲劳试验,通过断口分析研究了锈蚀钢丝疲劳断裂机理,提出了锈蚀钢丝疲劳极... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：169 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．３冷铸墩头锚和冷铸夹片锚构造图??

图］．４双层热挤ＨＤＰＥ防护体系示意图??ＰＥＳ／ＦＤ低应力防护体系是针对外层ＰＥ护套在高应力下容易开裂提出的最新防腐技??术。如图１．５所示，ＰＥＳ／ＦＤ索体采用双层ＨＤＰＥ护套，双层护套之间设置一层油脂隔离??层，这一构造使外层ＨＤＰＥ应力有效释放，避免了应力开裂［１９］。??热挤黑色＿管??图１．５?ＰＥＳ／ＦＤ索体构造示意图【１９＞??１．２．２缆索的病害形式??在缆索服役过程中，长期的自然或人为因素作用会导致构件缺损，形成多种病害。根??据缆索系统的组成，可将缆索病害分为钢丝病害、锚固区病害和护套病害三种形式。??（１）钢丝病害??钢丝病害主要有腐蚀、机械损伤和断丝三种形式。腐蚀是钢丝最常见的病害形式，主??要因防护体系失效后索体内进入雨水、潮湿空气和各类腐蚀介质导致。由于缆索构造的特??殊性，索内钢丝存在电化学腐蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、磨损腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳??等多种机制［９］。从腐蚀形貌看，钢丝腐蚀包括均匀腐蚀和点蚀两种主要特征：均句腐蚀又??称全面腐蚀，它使钢丝各截面直径均匀减小（图１．６（ａ））；而点蚀发生在钢丝局部，在所在??截面形成深坑（图１．６（ｂ））。相对而言

（ａ）均匀腐蚀?（ｂ）点蚀??图１．６钢丝均匀腐蚀和点蚀??索股机械损伤指钢丝在各种振动载荷作用下出现表面磨损和疲劳损伤等。由于钢索的??振动效应通常较弱，在腐蚀发生前，钢丝的机械损伤基本可以忽略。但腐蚀发生后，机械??损伤的危害性会骤然加大，如腐蚀和表面磨损共同作用导致裂纹产生，腐蚀和疲劳共同作??用加速裂纹扩展等。图１．７为腐蚀钢丝表面的疲劳裂纹［２Ｇ］。??■??图１．７锈蚀钢丝表面疲劳裂纹??断丝是索股病害的最终表现形式，出现断丝的钢索一般伴随各类病害的发生。根据实??桥检测结果，钢丝断口主要有如图１．８所示的四种类型［２１］，其中前３类断丝都是由垂直于??钢丝轴向的裂纹面与不规则部分构成，本质都属于疲劳失效；而Ｄ型断丝无裂纹面，断口??呈尖锥状，腐蚀是造成此类断丝的主要原因。??ｒ－Ｐ?Ａ??圍薩圓Ａ??＼??）１??Ａ?Ｂ?Ｃ?Ｄ??图１


本文编号：2923458