[發明專利]基于缺陷當量處理評估外護套破損的在役拉索剩余壽命的方法

有效

• 申請號: 201710024968.1
• 申請日: 2017-01-13
• 公開（公告）號: CN106769823B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 楊世聰;張勁泉;姚國文;渠平
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00;G01N3/00;G01M5/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司11275
• 代理人: 趙榮之

技術領域

本發明屬于橋梁技術領域，具體來說是基于缺陷當量處理評估外護套破損的在役拉索在交變荷載及環境腐蝕耦合作用下剩余壽命的方法。

背景技術

日本、美國較早開展拉索腐蝕方面的試驗與理論研究，特別是對海洋性環境中拉索的腐蝕研究。日本Honshu-Shikoku橋梁管理部門對負責的多座斜拉橋和懸索橋開展了營運期間拉索腐蝕破壞情況現場調查，積累了多年現場調查數據，并進行拉索預防性維護方法研究，提出防腐蝕涂料涂覆、通風除濕、靜態和動態行為監測等措施。S.G.R.Brown等采用計算機模擬研究表面微結構對橋梁用鍍Zn-Al鋼絲腐蝕行為影響，提出鍍Zn-Al鋼絲腐蝕理論模型，但需要進一步通過試驗來驗證該理論模型。H.R.Hamilton采用海水作為腐蝕介質，對靜態張力作用下帶有開口的不同拉索腐蝕防護體系開展加速腐蝕試驗，對比研究了不同防護體系的防腐效果。S.C.Barton通過人工加速腐蝕試驗方法研究鍍鋅鋼絲在NaCl腐蝕介質中的腐蝕行為，重點探討了靜態荷載作用下鋼絲腐蝕破裂、氫脆變化情況，獲取鋼絲樣品失重量、氫濃度、延伸率等信息，其腐蝕體系是代表海洋環境的NaCl溶液。I.M.Zin等采用酸雨溶液模擬鍍鋅鋼絲在工業大氣中的腐蝕環境，研究鍍鉻層對鋼絲腐蝕電位、極化電阻等腐蝕參數影響，但未考慮荷載對其腐蝕行為影響。W.Liu等提出采用時域反射計、連續聲發射技術和磁流變傳感技術測量拉索鋼絲腐蝕的思路，但目前這些研究仍處于初步階段，研究對象僅局限于拉索索體本身。Hopwood和Haven通過研究將高強度鍍鋅鋼絲腐蝕分為四個階段，階段1：鋼絲表面有輕微金屬光澤，但可能在局部位置出現肉眼可見白色銹點；階段2：鋼絲表面光澤黯淡，甚至覆蓋一層鋅腐蝕產物(白色氧化皮)，但沒有鐵基體腐蝕出現；階段3：鐵銹出現在鋼絲表面，鍍鋅層基本耗盡；階段4：紅色鐵銹替代白色銹蝕產物覆蓋于鋼絲表面，表面變得粗糙，出現蝕坑。K.Furuya等采用2m長拉索樣品在自然環境(溫度13～23℃，相對濕度30～100％)中進行暴露試驗，根據暴露過程中拉索不同部位溫度和相對濕度在24h內隨時間變化曲線，將拉索中鍍鋅鋼絲所處環境劃分為4類，研究認為索內水分和高溫是形成索內惡劣腐蝕環境的主要原因，其中底端因浸泡在水溶液中而腐蝕最為嚴重。K.Suzumura根據K.Furuya得到的拉索內部不同部位環境，分別將橋梁用高強度鍍鋅鋼絲樣品置入模擬相應環境的腐蝕裝置中，對不同模擬環境中鋼絲樣品的腐蝕機理進行了分析，重點對試驗溫度、相對濕度、NaCl溶液濃度等影響因素對腐蝕速率的影響進行了討論，并估算了相應腐蝕條件下鋼絲鍍鋅層耗盡時間。Suzumura等將鍍鋅高強鋼絲所處的可能環境劃分為4類，并得到4種模擬拉索腐蝕環境中高強鋼絲的腐蝕速率。

由于我國大跨度斜拉橋發展歷史不長，人們對拉索腐蝕的認識還不夠深入，目前開展的工作主要是橋梁管理部門對斜拉橋拉索腐蝕破壞特征現場檢測和數據積累，以及拉索生產廠家在成索前開展的鹽霧腐蝕試驗等。而對拉索尤其是外護套破損拉索剩余壽命評估還處于初級階段，同濟大學陳惟珍、徐俊等對上海恒豐路立交橋換下的拉索進行了力學試驗研究。研究表明拉索與鋼絲的強度和韌性隨著鋼絲腐蝕程度的惡化而顯著降低，當鋼絲腐蝕程度輕微時，鋼絲抗拉強度大于設計強度，延伸率也與設計要求基本吻合；當鋼絲嚴重腐蝕后，鋼絲強度與延伸率均遠低于設計要求。進一步根據腐蝕鋼絲外觀形貌，將拉索表層鋼絲銹蝕成都劃分為8個等級。華南理工大學蘇達根等研究了廣州海印大橋失效的鋼絲銹蝕，發現腐蝕較輕的鋼絲力學性能差別不大，而腐蝕較重的鋼絲力學性能差別明顯。2010年，東南大學繆長青等依據法拉定律和腐蝕損傷相當的原則，提出了編制大跨徑橋梁構件加速腐蝕當量環境譜的方法，確定了橋梁結構鋼材在不同溫度、濕度條件下的當量折算關系函數和方法，研究了溫濕度對于橋梁纜索構件腐蝕的影響規律，提出了大跨徑橋梁環境譜編制以及當量折算原則。長安大學胡志鵬參照在役汽油管道腐蝕剩余壽命預測的方法和模型，應用“極值推定法”建立橋梁纜索系統的剩余壽命預測方法，開創了國內橋梁纜索系統的剩余壽命預測的先河，但該方法中的關鍵參數臨界腐蝕深度的確定有一定難度。

同濟大學陳惟珍、徐俊等該方法比較直觀、方便，缺點是主觀性強，缺乏定量的判斷標準。長安大學胡志鵬參照在役汽油管道腐蝕剩余壽命預測的方法和模型，該方法中的關鍵參數臨界腐蝕深度的確定有一定難度。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種基于缺陷當量處理評估外護套破損的在役拉索剩余壽命的方法。