腐蚀对桥梁缆索用镀锌钢丝力学性能的影响

发布时间：2017-06-30 04:14

  本文关键词：腐蚀对桥梁缆索用镀锌钢丝力学性能的影响，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：桥梁缆索钢丝腐蚀后,造成钢丝的力学性能和疲劳性能降低,给桥梁安全运营带来隐患,根据钢丝腐蚀后的力学性能变化特征,制定合理的养护措施,以确保缆索的使用寿命。为此本研究对在役桥梁更换的缆索钢丝进行几何检测分析缆索钢丝腐蚀表面的分布特征,基于统计分析理论,研究了缆索钢丝表面腐蚀的分布规律。通过电化学试验,研究温度对镀锌钢丝腐蚀电位及腐蚀电流的影响。对腐蚀后的钢丝进行静载拉伸试验、扭转试验等研究了腐蚀对钢丝力学性能的影响。通过对钢丝的疲劳试验,研究了不同的腐蚀坑尺寸对疲劳裂纹的影响,并最终对桥梁钢丝的疲劳寿命预估模型进行推演,对镀锌钢丝的疲劳寿命进行评估。桥梁缆索镀锌钢丝腐蚀尺寸统计分析发现对于实际腐蚀深度及平均腐蚀深度采用广义极值分布拟合,而腐蚀宽度及长度则采用对数正态分布拟合。拟合后可使实际统计数据落在拟合分布范围内,从而获得较好的拟合效果。实际腐蚀尺寸与平均腐蚀深度之间不存在明确的函数关系。Zn对钢丝具有牺牲阳极保护作用,较小的温度变化对腐蚀电位略有影响,对腐蚀电流几乎无影响。通过有限元子模型分析法,对带有表面裂纹的腐蚀钢丝进行了应力强度因子分析,拟合得出了桥梁用腐蚀钢丝的应力强度因子形状修正系数的表达式。基于线弹性理论对腐蚀钢丝的剩余强度进行估算,得出腐蚀坑等效为表面裂纹后的腐蚀钢丝应力强度因子表达式和腐蚀钢丝剩余强度表达式。通过大量的疲劳试验,获得了不同状态钢丝的S-N曲线,并通过Basquin方程拟合出它们的疲劳曲线方程。对钢丝疲劳寿命预测结果表明,在不考虑其它因素的情况下,按照125MPa汽车载荷幅和缆索3.5Hz振动,新钢丝疲劳寿命约为25.5年。固定应力比保持不变,对带有预制不同尺寸的疲劳裂纹钢丝进行疲劳试验,当腐蚀坑深度不变腐蚀坑的长度尺寸和疲劳次数成正比;当腐蚀坑的长度不变时腐蚀坑的深度尺寸与疲劳次数成反比。桥梁钢丝表面腐蚀的出现将显著缩短钢丝疲劳的产生时间,从而导致桥梁钢丝的疲劳寿命大大降低。因此增强桥梁钢丝抵抗腐蚀的能力,是提高整个桥梁缆索系统抗疲劳的关键。
【关键词】：缆索钢丝 腐蚀 表面特征 力学性能 疲劳性能
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441;U443.38
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-25
• 1.1 引言10-11
• 1.2 缆索钢丝的生产工艺11-13
• 1.2.1 桥梁用钢丝的成分及性能要求11-12
• 1.2.2 钢丝的生产工艺12-13
• 1.3 桥梁缆索的防腐体系13-16
• 1.3.1 悬索桥主缆防腐体系应用发展13-15
• 1.3.2 斜拉桥拉索防腐体系应用发展15-16
• 1.4 桥梁缆索钢丝腐蚀疲劳研究现状16-20
• 1.4.1 缆索钢丝耐腐蚀性能研究16-17
• 1.4.2 镀锌钢丝腐蚀机理17-19
• 1.4.3 缆索钢丝力学性能研究19-20
• 1.5 国内外桥梁缆索的现状20-23
• 1.5.1 桥梁缆索使用现状20-21
• 1.5.2 缆索钢丝锈蚀原因21-23
• 1.6 本文的研究目的及意义23-25
• 第2章 材料与研究方法25-30
• 2.1 材料25
• 2.2 钢丝试样显微组织分析25-26
• 2.2.1 金相试验(OM)25-26
• 2.2.2 扫描电镜(SEM)26
• 2.3 腐蚀性能26-28
• 2.3.1 盐雾试验26-27
• 2.3.2 镀层损失率27-28
• 2.3.3 电化学试验28
• 2.4 力学性能测试28-30
• 2.4.1 拉伸试验28
• 2.4.2 疲劳试验28-30
• 第3章 桥梁缆索钢丝腐蚀形态与统计分析30-46
• 3.1 桥梁缆索钢丝自然腐蚀条件下形态检测30-31
• 3.1.1 自然腐蚀钢丝试件几何形态检测前处理30-31
• 3.1.2 钢丝腐蚀几何形态检测31
• 3.2 自然腐蚀条件下钢丝表面几何形态特征31-40
• 3.2.1 镀锌钢丝表面腐蚀几何形态特征31-32
• 3.2.2 镀锌钢丝腐蚀形态尺寸统计分析32-33
• 3.2.3 钢丝腐蚀几何形态尺寸的概率分布33-38
• 3.2.4 镀锌钢丝腐蚀几何参数与均匀腐蚀深度的相关性38-40
• 3.3 桥梁缆索钢丝盐雾腐蚀条件下形态40-44
• 3.3.1 缆索钢丝人工腐蚀质量损失表征40-42
• 3.3.2 盐雾腐蚀条件下钢丝表面形貌42-43
• 3.3.3 自然腐蚀与盐雾腐蚀条件下钢丝形貌对比43-44
• 3.4 缆索钢丝电化学腐蚀44-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第4章 腐蚀对桥梁缆索钢丝静载力学性能的影响46-63
• 4.1 引言46
• 4.2 SWRS82B镀锌钢丝的金相组织46-47
• 4.3 腐蚀钢丝静载拉伸试验47-54
• 4.3.1 腐蚀前后钢丝的拉伸行为47-50
• 4.3.2 腐蚀钢丝静载力学性能统计分析50-52
• 4.3.3 腐蚀钢丝拉伸断口分析52-53
• 4.3.4 腐蚀钢丝扭转试验分析53-54
• 4.4 基于应力强度因子的微观损伤模型54-62
• 4.4.1 应力强度因子基本模型55-56
• 4.4.2 子模型法计算带表面裂纹钢丝的应力强度因子56-61
• 4.4.3 腐蚀钢丝剩余强度计算61-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第5章 腐蚀对桥梁缆索钢丝高周疲劳行为影响63-80
• 5.1 引言63
• 5.2 预制钢丝的疲劳行为63-72
• 5.2.1 钢丝的预处理63-67
• 5.2.2 钢丝疲劳行为分析67-72
• 5.3 桥梁钢丝疲劳断口分析72-74
• 5.3.1 桥梁钢丝疲劳断口宏观形貌分析72-73
• 5.3.2 桥梁钢丝疲劳断口微观形貌分析73-74
• 5.4 桥梁钢丝腐蚀后疲劳寿命评估74-78
• 5.4.1 桥梁钢丝镀锌层腐蚀时间75-76
• 5.4.2 桥梁钢丝基体腐蚀坑的萌生时间76
• 5.4.3 桥梁钢丝腐蚀坑扩展及短裂纹形成时间76-77
• 5.4.4 桥梁钢丝短裂纹扩展时间77-78
• 5.4.5 桥梁钢丝长裂纹扩展时间78
• 5.5 本章小结78-80
• 结论80-81
• 参考文献81-85
• 附录85-89
• 致谢89-90
• 个人简历90

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