索承式桥梁腐蚀吊索安全性能与疲劳寿命评估

摘要

目前国内外学者对于索承式桥梁中的吊索纯疲劳进行了大量研究。但大量工程实例表明，吊索断丝或更换的真正原因是钢丝的腐蚀或腐蚀疲劳导致吊索力学性能退化和承载能力降低，这主要是因为桥梁运营环境均存在不同程度的腐蚀性，在循环荷载和腐蚀环境协同和交互作用下，吊索易发生腐蚀疲劳破坏。
　　相对于索承式桥梁吊索纯疲劳寿命评估，腐蚀疲劳吊索的承载力和寿命评估研究比较少，吊索腐蚀疲劳的研究还相对滞后，因此，如何在发挥索承式桥梁跨越能力优势的同时，及时准确地对腐蚀吊索的承载能力和疲劳寿命做出评估，既能防止吊索构件在桥梁运营过程中的突然断裂，保证人民的生命和财产安全，又能在恰当的时间进行吊索更换，降低维护成本，是本文研究的主要目的。本文主要研究内容及创新点概括如下:
　　(1)统计分析了腐蚀吊索钢丝蚀坑三维尺寸的随机分布特征，利用分形理论研究了蚀坑三维尺寸分形特征以及腐蚀钢丝轮廓线的分形特征。
　　(2)利用电化学工作站研究了NaCl浓度、pH值和温度等影响因素对钢丝腐蚀速率的影响，基于响应面法研究了各因素之间对钢丝腐蚀的互相影响。
　　(3)通过袁州大桥腐蚀钢丝静力拉伸试验，研究了钢丝力学性能参数与钢丝失重率、蚀坑最大深度的关系，建立了钢丝力学性能参数分布模型。利用子模型法研究了带有表面裂纹钢丝应力强度因子，得到带有表面裂纹钢丝应力强度因子形状修正系数表达式，然后基于蚀坑等效和断裂力学建立了大跨桥梁吊索安全性能评估方法。
　　(4)通过实际桥梁上拆除的腐蚀钢丝、预腐蚀钢丝、人造蚀坑钢丝等几种钢丝的疲劳试验，研究了腐蚀蚀坑尺寸对吊索钢丝疲劳寿命和裂纹形状演化特征的影响。
　　(5)综合考虑索承式桥梁吊索钢丝腐蚀疲劳破坏过程，分析了吊索钢丝腐蚀疲劳裂纹形成和扩展特点，提出了适合于工程应用的吊索钢丝腐蚀疲劳寿命评估方法。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 吊索腐蚀疲劳破坏

1．2 课题所属研究领域

1．3 国内外研究现状

1．3．1 吊索钢丝腐蚀研究现状

1．3．2 腐蚀吊索承载能力评估研究现状

1．3．3 吊索腐蚀疲劳与寿命评估研究现状

1．4 课题研究目的、应用价值与意义

1．5 本文研究背景工程简介

1．6 本文主要研究内容

1．7 本文研究技术路线

参考文献

第二章 吊索钢丝腐蚀特征研究

2．1 引言

2．2 吊索腐蚀原因及腐蚀类型

2．2．1 吊索钢丝腐蚀的原因

2．2．2 吊索钢丝腐蚀类型

2．3 铜丝腐蚀程度等级分类

2．4 腐蚀铜丝蚀坑特征研究

2．5 腐蚀钢丝表面轮廓特征研究

2．6 基于分形理论的吊索钢丝腐蚀特征研究

2．6．1 腐蚀钢丝蚀坑分形特征研究

2．6．2 腐蚀钢丝轮廓线分形特征研究

2．7 本章小节

参考文献

第三章 吊索钢丝电化学腐蚀实验研究

3．1 引言

3．2 吊索钢丝电化学腐蚀基本原理及主要影响因素

3．3 吊索钢丝电化学腐蚀实验研究

3．3．1 实验材料及实验装置

3．3．2 钢丝极化曲线测量

3．3．3 吊索钢丝电化学腐蚀单因素研究

3．3．4 基于响应面法的钢丝腐蚀多因素研究

3．4 本章小节

参考文献

第四章 腐蚀吊索钢丝力学性能试验及吊索安全性能评估

4．1 引言

4．2 腐蚀吊索钢丝力学性能试验研究

4．2．1 试件来源

4．2．2 腐蚀钢丝静力拉伸试验

4．2．3 腐蚀旧钢丝力学性能参数统计

4．2．4 腐蚀旧钢丝静力拉伸断口分析

4．2．5 腐蚀钢丝扭转试验

4．3 带有表面裂纹钢丝应力强度因子研究

4．3．1 应力强度因子概念

4．3．2 基于子模型法的带表面裂纹钢丝应力强度因子计算

4．4 索承式桥梁腐蚀吊索安全性能评估

4．4．1 腐蚀损伤钢丝剩余强度分析方法

4．4．2 钢丝腐蚀概率速率

4．4．3 平行钢丝吊索丹尼尔效应

4．4．4 吊索安全系数

4．4．5 腐蚀吊索安全性能评估

4．4．6 算例及分析

4．5 本章小节

参考文献

第五章 吊索钢丝疲劳试验研究

5．1 引言

5．2 钢丝疲劳寿命试验研究

5．2．1 疲劳试件

5．2．2 疲劳试验设备

5．2．3 疲劳试验参数

5．2．4 试验结果及分析

5．3 蚀坑对钢丝疲劳裂纹扩展影响试验研究

5．3．1 试验试件与过程

5．3．2 试验结果与分析

5．4 本章小结

参考文献

第六章 腐蚀吊索钢丝疲劳寿命评估

6．1 引言

6．2 基于断裂力学的腐蚀吊索钢丝疲劳寿命评估

6．2．1 腐蚀吊索钢丝疲劳过程

6．2．2 腐蚀吊索钢丝疲劳各阶段寿命计算

6．2．3 算倒及分析

6．3 本章小结

参考文献

第七章 结论与展望

7．1 本文研究主要结论

7．2 进一步工作展望

作者攻读博士期间撰写的论文

致谢