平行钢丝拉索在荷载与电化学腐蚀耦合作用下的损伤机理试验研究

发布时间：2020-09-26 18:12

　　斜拉桥拉索的易腐蚀性和腐蚀后的难以更换性,一直困然着国内外众多学者。因此拉索的腐蚀损伤和防腐研究一直是斜拉桥研究的重点项目。目前,国内外已经开始对对斜拉桥拉索腐蚀进行了大量的研究,但室内加速腐蚀模拟试验主要是无荷载状态或单一静态荷载下的材料腐蚀试验,针对交变荷载状态下的腐蚀试验较少。本文依托国家自然科学基金项目《交变荷载与侵蚀环境耦合作用下斜拉索腐蚀疲劳损伤机理与寿命预测模型研究》(No.51478071)项目,分析了交变荷载对斜拉索的电化学腐蚀影响机理,主要研究工作与结论如下:(1)总结了现代斜拉桥拉索的五种主要构造形式:平行钢筋索、平行(半平行)钢丝索、平行(半平行)钢绞线索、单股钢绞缆、封闭式钢缆。分析了斜拉桥拉索腐蚀损伤主要类型为拉索护套损伤,锚头损伤及拉索钢丝腐蚀损伤,并探究其腐蚀损伤原因。重点分析了拉索钢丝均匀腐蚀、孔蚀、应力腐蚀、疲劳腐蚀四种形式和其相应的损伤机理。(2)开展了拉索静力荷载、交变荷载与电化学腐蚀耦合作用加速试验方法研究。通过反力实验台和自锚式千斤顶对拉索施加静力、交变荷载,交变荷载峰值、谷值、频率通过通过桥梁实际运营过程模拟及参考类似研究确定,电化学腐蚀通过自制电化学腐蚀试验设备施加,且自制的电化学腐蚀试验反应设备能同时连接反力实验台和自锚式千斤顶,实现荷载和电化学腐蚀的耦合。(3)从腐蚀钢丝失重量、腐蚀钢丝拉伸断口、腐蚀钢丝力学性能等方面探究腐蚀对拉索的影响。试验发现拉索腐蚀程度随腐蚀时间而增大,腐蚀对拉索的力学性能下降均有影响。拉索承受的荷载对腐蚀有促进作用,且交变荷载的促进作用大于静态荷载的促进作用。(4)建立腐蚀拉索钢丝和整根拉索有限元模型。分析钢丝均匀腐蚀与孔蚀的不同,结果表明均匀腐蚀程度越大,对钢丝受力越不利。局部腐蚀的模拟分析结果表明随着蚀坑半径的增大,蚀坑处的应力集中现象越严重。整根拉索的有限元模拟表明拉索的腐蚀会使拉索内部钢丝的应力值重分配,使外层钢丝应力增大,内层钢丝应力相对减小。
【学位单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U448.27
【部分图文】：

苏通长江大桥,大跨径桥梁

第一章绪论1.1 研究背景我国桥梁建造的历史悠久，古代有赵州桥，建造工艺比欧洲领先了整整一千多年[1]，近代有钱塘江大桥、南京长江大桥等，充分向世界展示了中国在桥梁建造方面的成就。近二十年来，随着我们祖国的繁荣昌盛，经济的蒸蒸日上，各地的交通需求越来越强烈，因此越来越多的跨江、渡海大跨径桥梁开始修建和通车，这些无不显示着我国大跨径桥梁建设已经走在了世界的前列。斜拉桥作为大跨径桥梁的一种，受到众多桥梁爱好者、设计者、建设者的偏爱。比梁式桥跨越能力更大，比悬索桥经济性更好，具有跨越能力强、受力易分析、空气动力稳定性好、构造简洁、桥型优美等优点，已成为现代大跨径桥梁建设的首要选择[2]。我国具有代表性的斜拉桥包括打破四项世界纪录的苏通长江大桥和具有六项世界之最的杭州湾跨海大桥等[3-4]。

斜拉桥,杭州湾跨海大桥,受力特点,斜拉索

护套,横向开裂,拉索

图 2.6 拉索护套横向开裂图 2.7 拉索护套凹坑起皮图 2.8 拉索护套环向开裂图 2.9 拉索护套纵向开裂对于拉索护套病害的产生，可以从以下几个方面理解。首先，拉索护套在制作过程中可能就产生可材料各项属性不均匀或不达标现象，拉索护套从厂家到桥梁处的运输过程也可能会对护套产生破坏，阿根廷的 Zarate brazo largo 桥就由于拉索护套在运输过程中是卷曲的，使护套卷曲内测应变高于外侧应变，最终导致了护套应力开裂[32]。其次拉索护套长期暴露在大气环境里，自然环境中的昼夜温差、紫外线的直射、雨水的冲刷及腐蚀性气体的存在等，都是导致护套开裂和老化的原因。

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