一种缆索内锈蚀钢丝剩余承载力检测方法

摘要

本发明涉及一种高强钢丝缆索内锈蚀钢丝剩余承载力检测方法，包括：步骤S1：去除锈蚀钢丝表面的锈层；步骤S2：在铜丝锈蚀部位表面填涂膏状物，并用定位片按压膏状物直至定位片抵住钢丝非腐蚀部位表面，膏状物具有柔软易变形且在检测周期内不易挥发失重的特征，定位片凹面内壁上设有用于在膏状物上压出定位标记区域的凸痕；步骤S3：将定位标记区域外的膏状物刮除；步骤S4：获得步骤S3后铜丝腐蚀部位标记区域内膏状物的重量；步骤S5：计算锈蚀钢丝的锈蚀程度；步骤S6：计算锈蚀钢丝的屈服承载力和极限承载力。与现有技术相比，本发明保证检测精度高的同时降低了检测难度，同时安全度高，适用于桥梁缆索的承载力检测与评定。

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁工程领域，尤其是涉及一种缆索内锈蚀钢丝剩余承载力检测 方法。

背景技术

缆索的承载力是确保缆索支撑桥梁(斜拉桥、悬索桥、吊杆拱桥)安全的重 要指标。由于缆索是由高强钢丝包扎成束构成的，因此缆索的承载力在锈蚀环境中 将逐渐降低，直至最终换索或发生断索事故。为了最大限度地提高缆索的利用率， 在发现缆索内钢丝锈蚀后，需要对钢丝的锈蚀程度进行评价，再推测锈蚀钢丝的剩 余承载力。最终实现对缆索承载力的评估，决定是否需要换索。

目前业界提出的测量钢丝锈蚀程度的方法包括以下几种：

1)基于漏磁原理的钢丝锈蚀程度测量。其原理是磁场信号会随着金属截面改 变而变化。漏磁法检测适用于整个缆索的检测。但检测结果反映的是整个缆索截面 上综合的锈蚀程度。由于缆索内各部位钢丝的锈蚀程度差异较大，且在缆索截面上 钢丝锈蚀程度的分布规律上缺乏有效模型进行描述，因此整个缆索的锈蚀程度无法 推测截面内具体钢丝的锈蚀程度。

如果需要用该法检测单根钢丝的锈蚀程度，必须将钢丝分离出缆索以避免其 他钢丝对磁场的干扰。但这一点是在现场检测时无法实现的。

2)基于超声波的钢丝锈蚀程度测量。其原理是超声波在遇到连续介质(这里 指金属)中的缺陷后会形成反射回波。通过分析回波信号，就可确定钢丝截面上的 锈蚀程度。该方法的缺点在于超声波是从钢丝一端向另一端发射的，由于超声发射 器功率有限，因此超声波探伤的有效范围仅限于距离钢丝端部1m范围以内。而常 见缆索长度通常大于10m，因此该方法不能满足探伤需求。

3)直接采用测量工具(如游标卡尺)测量钢丝的锈蚀程度。该方法的缺点在 于由于钢丝是成束的，各根钢丝密贴在一起，且锈蚀钢丝表面凹凸不平，因此直接 测量难以实施，且测量结果误差较高。

4)根据钢丝锈蚀程度评定钢丝锈蚀等级。目前有两种分等方法，一种将钢丝 锈蚀程度分为四级，一种将钢丝锈蚀分为八级。但两种方法的分级都过于依靠检测 者的经验，测量精度不高。

目前对于锈蚀钢丝剩余承载力的确定有以下三种方法：

1)直接通过拉伸试验确定锈蚀钢丝的剩余承载力。该方法属于破坏性试验， 无法满足在用缆索检测评估的需要；

2)通过对不同锈蚀等级钢丝进行拉伸试验，确定对应于各个等级钢丝的均值 和标准差。该方法由于锈蚀等级划分较粗糙，因此承载力分析结果的精确度较低。

3)首先测定锈蚀钢丝的最小直径，然后通过拉伸试验得到每根钢丝的剩余承 载力，最后根据剩余承载力和最小直径回归得到确定钢丝剩余承载力的计算公式。 该方法需要结合钢丝锈蚀程度检测方法3)中的测量工具来实施。一方面锈蚀程度 检测方法3)的检测误差较高，另一方面测量钢丝最小直径需要对钢丝进行较细致 的除锈，且要确定锈蚀最严重的位置，现场实施难度较高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高强钢丝缆 索内锈蚀钢丝剩余承载力检测方法，保证检测精度高的同时降低了检测难度，同时 安全度高，适用于桥梁缆索的承载力检测与评定。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种缆索内锈蚀钢丝剩余承载力检测方法，包括以下步骤：

步骤S1：采用物理除锈方法去除锈蚀钢丝表面的锈层；

步骤S2：在铜丝锈蚀部位表面填涂膏状物，并用定位片按压膏状物直至定位 片抵住钢丝非腐蚀部位表面，所述定位片凹面内壁上设有用于在膏状物上压出定位 标记区域的凸痕，所述膏状物具有柔软易变形且在检测周期内不易挥发失重的特 征；

步骤S3：从钢丝表面移开定位片，将定位标记区域外的膏状物刮除；

步骤S4：通过间接测量方法获得步骤S3后铜丝腐蚀部位标记区域内膏状物的 重量W；

步骤S5：通过式(1)计算锈蚀钢丝的锈蚀程度r：

$r=\sqrt{R^2-\frac{4W}{\mathrm{\pi \rho L}}}---\left(1\right)$

式中，R为锈蚀钢丝的公称半径，单位为mm，ρ为膏状物的密度，单位为g/mm³， L为定位片上凸痕的长度，单位为mm；

步骤S6：通过式(2)、式(3)计算锈蚀钢丝的力学指标：

F_y＝8.0r^1.35    (2)

F_u＝8.6r^1.43    (3) 式中：F_y为锈蚀钢丝的屈服承载力，单位为kN，F_u为锈蚀钢丝的极限承载力，单 位为kN。

所述定位片的截面为圆弧状。

所述定位片的厚度为4～8mm，圆弧状定位片的内径为锈蚀钢丝的公称半径R， 弧长大于0.8πR，圆弧片的长度大于24mm。

所述定位片端部凸痕的弧长为0.5πR，定位片两侧凸痕的长度为20mm。

所述凸痕凸起高度小于等于0.2mm，大于等于0.1mm。

所述间接测量方法包括：

1)步骤S2前，将膏状物装入可密封的容器，用精密天平称量装有膏状物的 容器的重量W₁；

2)步骤S3中，定位标记区域外的膏状物放回容器中并重新密封，用精密天 平称量装有剩余膏状物的容器的重量W₂；

3)计算步骤S3后铜丝腐蚀部位上膏状物的重量W，W＝W₁-W₂。

所述精密天平称的精度高于0.01g。

所述物理除锈方法包括：先将锈蚀钢丝表面固结的锈层敲松，再用钢丝刷进一 步刷除锈层，最后用毛刷清洁除锈后的钢丝表面。

所述膏状物为腻子。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)现有的方法确定锈蚀钢丝的承载力投资较高，而测量精度却更低，相比现 有的方法，本发明方法步骤简单，测量的结果可以准确体现锈蚀钢丝的承载力，精 确度较高；

2)采用本发明方法中定位片内壁上设有用于在膏状物上压出定位标记区域的 凸痕，并去除定位标记区域外的膏状物后计算W，因此测得的钢丝锈蚀程度是偏 于保守的，也就意味着锈蚀钢丝承载力的计算结果略低于实际值，工程上偏于安全， 从而保证计算结果的可信度高；

3)采用本发明方法测量钢丝锈蚀程度无需对锈蚀钢丝进行彻底的除锈，仅需 采用物理除锈方法，更为便捷；

4)传统方法以钢丝上某个点或某个截面的锈蚀程度来代表整个钢丝的锈蚀程 度，但是这个点或者这个截面在实地检测过程中很难找准，本方法用钢丝一部分表 面上的锈蚀程度来代表钢丝的锈蚀程度，更能反映钢丝总体的锈蚀程度。

附图说明

图1为本发明方法中定位片的示意图；

图2为本发明中严重锈蚀的钢丝截面的示意图。

图中：1、定位片，2、凸痕，3、钢丝。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方 案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范 围不限于下述的实施例。

本实施例为某斜拉桥斜拉索上公称直径5.0mm的锈蚀钢丝3的承载力确定方 法，具体过程为：

1)准备检测用的工具和材料，这些工具和材料包括；钢钎、小锤、钢丝刷、 毛刷、定位片1、刮刀、装了10g玻璃腻子(可用具有类似性能的其他膏状物代替) 和可以封口的小塑料袋。玻璃腻子和其他膏状物均具有柔软易变形且在检测周期内 不易挥发失重的特征。

如图1、图2所示，定位片1为厚4～8mm的圆弧状塑料片(也可用金属，定 位片的材料不限定)，圆弧片内径为待检测钢丝3的公称半径(通常为2.5mm或 3.5mm)，圆弧片弧长应大于0.8πR，圆弧片的长度应大于24mm。定位片1凹面应 留设有凸痕2用于在腻子上压出定位记号，凹痕2在腻子上形成一个框形，这样才 能将框外的膏状物刮走。

凹痕2的框形有4条边构成，近似为长方形，如图2所示。其中，长方形的短 边实际为圆弧形，弧长为0.5πR，对应着1/4的圆周，之所以选择1/4的圆周是因 为缆索中的钢丝3排列很紧密，顶多能露出1/2圆周的可观测面积，但实际上由于 定位片厚度等限制，实际可测范围低于1/2圆周，保险起见，这里用了1/4圆周。 长方形的长边为20mm，长边太长则算得的结果过于平均，不能反映锈蚀最严重截 面的锈蚀程度，长边过短则计算的膏体重量太轻，膏体称重设备精度带来的误差对 计算结果影响太大，因此建议制作为20mm。同时，凸痕2凸起高度不得高于0.2mm， 不得低于0.1mm。定位片1规格尺寸的精度应高于0.1mm。

同时计算腻子的密度，将玻璃腻子填入容积1ml的玻璃容器内，测量玻璃腻 子及玻璃容器重量，算得腻子的密度ρ为0.0012g/mm³。

2)将大约10g腻子装入下塑料袋中，密封，并编号，用精密天平称称得小塑 料袋重量(含袋内装腻子的重量)W₁为13.23g。用于称量重量的天平精度应高于 0.01g。

3)到达缆索钢丝3锈蚀处，将锈蚀钢丝3表面锈层通过钢钎、小锤的锤击及 钢丝刷的放松去除，再用毛刷将钢丝3表面浮灰刷干净。

4)将玻璃腻子从塑料袋中挤到钢丝3最锈蚀部位的表面，并将定位片1按压 到腻子上，直至压紧，定位片1抵住钢丝3表面。

5)取下定位片1后，将定位片1及钢丝3上位于压痕之外的腻子用刮刀刮回 塑料袋中，密封。如图3所示为严重锈蚀的钢丝3截面，区域A的腻子在凸痕2 形成压痕区域内，无需刮回袋中，区域B的腻子在凸痕2形成压痕区域外，需刮 回袋中。

6)离开现场后，用精密天平重新称量塑料袋及其中剩余玻璃腻子的总重W₂为 13.20g；

7)根据式(1)计算r：

$r=\sqrt{R^2-\frac{4W}{\mathrm{\pi \rho L}}}=\sqrt{R^2-\frac{4(W_1-W_2)}{\mathrm{\pi \rho L}}}=\sqrt{{2.5}^2-\frac{4(13.23-13.20)}{\pi *0.0012*20}}=21.6\mathrm{mm}---\left(1\right)$

式中，R为锈蚀钢丝3的公称半径，单位为mm，ρ为膏状物的密度，单位为g/mm³， L为定位片1上凸痕2长边的长度，单位为mm，本实施例长度为20.0mm。式(1) 计算的锈蚀程度r其实是按钢丝剩余截面换算得到的钢丝3半径，(R-r)就是钢丝 3截面上的平均锈蚀深度。

8)通过式(2)、式(3)计算锈蚀钢丝3的力学指标：

F_y＝8.0r^1.35＝22.63kN    (2)

F_u＝8.6r^1.43＝25.87kN    (3)

式中：F_y为锈蚀钢丝3的屈服承载力，单位为kN，F_u为锈蚀钢丝3的极限承载力， 单位为kN。式(2)和式(3)是在对实桥上取得的大量锈蚀钢丝3进行了强度试 验后，通过曲线拟合得到的新公式，该公式未在相关文献中发表。