斜拉桥拉索腐蚀行为及使用寿命预测研究

摘要

国内上世纪七、八十年代建设的斜拉桥，因拉索腐蚀大部分已经换索，斜拉桥正经受着拉索腐蚀耐久性考验。本文诣在从研究斜拉桥拉索腐蚀行为出发，通过精细有限元分析、室内加速腐蚀试验建立间接掌握腐蚀拉索安全状念的数学预测模型，以提供合理换索时间，预测拉索的使用寿命。 首先通过现场调查和收集国内斜拉桥拉索防护及腐蚀资料，分析了斜拉桥拉索防护失效的特点和拉索钢丝的腐蚀形貌，探讨了影响拉索腐蚀的主要环境因素；其次应用应力腐蚀理论、腐蚀疲劳理论及断裂力学理论，揭示了拉索钢丝应力、腐蚀、疲劳三者之间的相互促进关系，以及对拉索寿命的影响；分析了拉索钢丝全面腐蚀和局部腐蚀对钢丝截面面积减少和拉索钢丝局部应力的影响，建立了拉索钢丝全面腐蚀程度及局部腐蚀程度评价方法，所提出的全面腐蚀深度法及最大蚀坑深度法，适用于在役斜拉桥拉索的寿命预测评定。通过建立腐蚀钢丝精细有限元模型，研究不同蚀坑形貌对腐蚀钢丝局部应力分布的影响和对钢丝屈服荷载的影响，得出不同蚀坑形貌与最大局部应力的对应多项式公式，所建立的多项式公式可用于确定拉索腐蚀钢丝的最大局部应力，以预测腐蚀拉索的使用寿命。通过室内加速腐蚀试验，建立了斜拉桥拉索钢丝镀锌层及钢丝基体的腐蚀速率随钢丝应力变化的公式，探讨了拉索钢丝蚀坑深度变化与钢丝全面腐蚀的关系、拉索截面腐蚀的分布规律，建立了基于最大等效应力为破坏准则的腐蚀拉索使用寿命定量预测模型。 本文将腐蚀行为、精细有限元分析、室内加速腐蚀试验等多方面研究有机的结合起来，形成了一种分析腐蚀问题的研究思路，同时为腐蚀结构寿命预测及承载力评定提供了实用的分析方法。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究目的、意义

1.2国内外研究现状

1.2.1斜拉桥拉索应力腐蚀及腐蚀疲劳研究现状

1.2.2斜拉桥拉索腐蚀钢丝力学性能研究现状

1.2.3斜拉桥拉索使用寿命预测研究现状

1.3主要研究内容

1.4主要创新点

1.5本章小结

第二章斜拉桥拉索腐蚀现状调查研究

2.1斜拉桥拉索腐蚀现状调查研究

2.1.1国内斜拉桥拉索腐蚀现状调查

2.1.2重庆地区斜拉桥拉索使用状况调查

2.2斜拉桥拉索现有的防腐蚀机理及技术特点分析

2.3斜拉桥拉索防护失效及腐蚀特征调查研究

2.4斜拉桥拉索腐蚀分布规律

2.4.1拉索截面腐蚀分布规律

2.4.2拉索腐蚀沿长度分布规律

2.4.3拉索不同位置的腐蚀分布规律

2.5本章小结

第三章斜拉桥拉索钢丝应力腐蚀及腐蚀疲劳研究

3.1斜拉桥拉索钢丝应力腐蚀研究

3.1.1斜拉桥拉索钢丝的腐蚀范畴

3.1.2斜拉桥拉索钢丝应力腐蚀过程研究

3.1.3斜拉桥拉索钢丝的应力—腐蚀相互作用研究

3.1.4斜拉桥拉索钢丝的应力腐蚀机理

3.2斜拉桥拉索钢丝腐蚀疲劳研究

3.2.1斜拉桥拉索钢丝的腐蚀疲劳机理

3.2.2斜拉索拉索腐蚀钢丝破坏的断裂力学解释

3.3本章小结

第四章斜拉桥拉索钢丝腐蚀程度评价研究

4.1斜拉桥拉索钢丝腐蚀效应分析

4.1.1斜拉桥拉索腐蚀钢丝几何敏感性分析

4.1.2斜拉桥拉索腐蚀钢丝力学性能敏感性分析

4.2斜拉桥拉索钢丝腐蚀程度评定方法的建立

4.2.1斜拉桥拉索钢丝全面腐蚀程度评定方法

4.2.2斜拉桥拉索钢丝局部腐蚀程度的评定方法

4.3本章小结

第五章斜拉桥不同腐蚀程度钢丝精细有限元分析

5.1有限元模型建立

5.1.1建模方法

5.1.2仿真分析内容

5.2仿真分析结果与讨论

5.2.1全面腐蚀对腐蚀钢丝力学性能的影响

5.2.2蚀坑深度对腐蚀钢丝力学性能的影响

5.2.3蚀坑形状对腐蚀钢丝力学性能的影响

5.2.4蚀坑间净间距对腐蚀钢丝力学性能的影响

5.3本章小结

第六章斜拉桥腐蚀拉索使用寿命预测研究

6.1基于室内加速腐蚀试验的拉索腐蚀速率研究

6.1.1实验部分

6.1.2室内加速腐蚀实验结果及讨论

6.2斜拉桥腐蚀拉索使用寿命预测模型建立

6.2.1斜拉桥拉索腐蚀钢丝使用寿命预测公式建立

6.2.2斜拉桥拉索腐蚀失效准则

6.2.3斜拉桥拉索寿命预测流程

6.3使用寿命预测模型应用算例

6.3.1依托工程概况

6.3.2待定因子确定

6.3.3使用寿命确定

6.4本章小结

第七章结论与建议

7.1本文的主要结论

7.2进一步研究的建议

致 谢

参考文献

在学期间发表的论著及取得的科研成果