[發明專利]聲發射探測纜索鍍層腐蝕疲勞裂紋萌生和擴展的試驗方法

有效

• 申請號: 201710284409.4
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN107219119B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 張華;楊健;王成龍;王悅
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N29/14
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 石艷紅

聲發射探測纜索鍍層腐蝕疲勞裂紋萌生和擴展的試驗方法，包括步驟為：鍍層纜索試樣制作、臨界斷裂拉力尋找、腐蝕介質配置、腐蝕介質裝填、鍍層纜索試樣裝夾、疲勞試驗、記錄裂紋萌生時刻、裂紋擴展試驗、裂紋擴展速率評估、繪制S?N曲線及尋找最佳鍍層厚度。本發明的試驗方法能夠有效監測鍍層纜索試樣的裂紋萌生時刻和裂紋擴展速率，并能尋找到不同應力幅下的最佳薄膜厚度，延長纜索鍍層使用壽命，減少經濟損失。

技術領域

本發明涉及土木工程結構中大跨度結構的健康監測技術領域，特別是一種聲發射探測纜索鍍層腐蝕疲勞裂紋萌生和擴展的試驗方法。

背景技術

纜索結構廣泛應用于大跨度橋梁和房屋結構之中，纜索作為主要承重和傳力的構件，其力學性能研究得到了日益廣泛的關注。但纜索結構一直暴露在自然環境中，而且長期承受外荷載的作用，纜索結構往往會產生腐蝕、開裂、疲勞損傷等破壞形態。雖然，在實際工程中，在纜索基體面鍍金屬保護膜，例如熱鍍鋅、鋅鋁鍍層和鍍鈦銀鍍層等，鍍有金屬保護膜的纜索結構就形成了典型的薄膜/基體系統。

然而，由于薄膜和鋼基體材料性能的差異，在腐蝕環境和動荷載長期作用下，腐蝕疲勞損傷不斷在鍍層中累計，當損傷超過臨界值時，裂紋就開始萌生。因此導致國內外眾多纜索達不到30年使用壽命，不得不提早換索，從而造成了重大的經濟損失。

另外，由于材料腐蝕產物在裂紋尖端楔入，造成裂紋尖端局部應力集中，即使外荷載消失，裂紋也會持續擴展，導致開裂和脫粘等失效行為。

因此，對纜索鍍層在腐蝕疲勞環境下進行開裂行為的監測，預防鍍層的開裂和減少基體在環境中的損傷，對于延長纜索結構的壽命和減少經濟損失具有重要意義。

目前，能夠有效監測纜索鍍層裂紋萌生和擴展的方法較少，根據薄膜理論和斷裂力學理論，存在一個臨界薄膜厚度，如果薄膜厚度小于臨界厚度，裂紋則不會出現。因此，研究腐蝕疲勞工況下的鍍層裂紋開展規律很有必要。得到最佳薄膜厚度，延長纜索鍍層使用壽命，減少經濟損失。為此，申請人發明了一種簡單而有效的用聲發射探測纜索鍍層腐蝕疲勞裂紋萌生和擴展的試驗方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，而提供一種聲發射探測纜索鍍層腐蝕疲勞裂紋萌生和擴展的試驗方法，該聲發射探測纜索鍍層腐蝕疲勞裂紋萌生和擴展的試驗方法能夠有效監測鍍層纜索試樣的裂紋萌生時刻和裂紋擴展速率，并能尋找到不同應力幅下的最佳薄膜厚度，延長纜索鍍層使用壽命，減少經濟損失。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種聲發射探測纜索鍍層腐蝕疲勞裂紋萌生和擴展的試驗方法，包括如下步驟。

步驟1，鍍層纜索試樣制作：取五種不同鍍層厚度的鍍層纜索試樣若干根，其中，每根鍍層纜索試樣的長度相等，每根纜索鋼基體的尺寸和形狀相同。

步驟2，臨界斷裂拉力尋找：將步驟1制作完成的五種不同鍍層厚度的鍍層纜索試樣各取1-3根，采用疲勞試驗機，按照設定的固定位移值，分別進行靜力拉伸試驗，得到每種鍍層斷裂時的臨界斷裂拉力；由于五種不同鍍層厚度鍍層纜索試樣的臨界斷裂拉力相差較小，故取靜力拉伸試驗所得的所有臨界斷裂拉力的均值作為所需尋找的臨界斷裂拉力N_L。

步驟3，腐蝕介質配置：配置濃度范圍為4-6%，PH值范圍為6.5-7.2的Nacl溶液。

步驟4，腐蝕介質裝填：腐蝕介質裝填，包括如下兩個步驟。

步驟41，套裝耐腐蝕套管：取三根耐腐蝕套管，在每根耐腐蝕套管的內壁面上均固設一個與計算機相連接的電子內窺鏡；接著，將三根耐腐蝕套管的一端分別用橡膠塞密封封堵；然后，取步驟1制作的其中一種鍍層厚度的鍍層纜索試樣三根，接著將三根鍍層纜索試樣依次穿過橡膠塞后，裝入耐腐蝕套管，并使耐腐蝕套管垂直放置，且密封封堵有橡膠塞的一端位于底部。