拉索損傷演化機(jī)理與剩余使用壽命評(píng)估.pdf

1、在斜拉橋結(jié)構(gòu)體系中拉索壽命最短，斜拉橋在其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)需實(shí)施多次換索工程。因此有必要對(duì)退化拉索的承載力和剩余使用壽命展開分析，確定最佳換索時(shí)間。根據(jù)實(shí)橋檢測(cè)研究，鋼絲銹蝕和開裂是決定拉索承載力和剩余使用壽命的致命性因素，其它病害對(duì)拉索的影響都可以忽略。鋼絲損傷的主因足銹蝕，因此將拉索承載力和剩余使用壽命分析過程分解為三個(gè)步驟：根掘檢測(cè)結(jié)果模擬拉索銹蝕分布；根掘鋼絲的銹蝕程度確定鋼絲的承載力；根據(jù)鋼絲的承載力評(píng)估整索的承載力

2、和剩余使用壽命。為進(jìn)行拉索銹蝕程度檢測(cè)，首先根掘鋼絲外觀將鋼絲的銹蝕程度劃分為8個(gè)銹蝕等級(jí)。為找出拉索的銹蝕分布規(guī)律，對(duì)實(shí)橋拆換下來的拉索進(jìn)行了銹蝕程度檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)鋼絲的銹蝕程度與到護(hù)套破損位胃的距離有關(guān)。在拉索截面表層鋼絲的周向上，鋼絲的銹蝕程度隨到護(hù)套破損位胃的距離增加而降低；在拉索截面徑向上，鋼絲的銹蝕程度由出外向內(nèi)逐漸降低。比較相鄰鋼絲的銹蝕程度變化關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在這兩個(gè)方向上鋼絲的銹蝕程度都是按指數(shù)形式遞減的。根捌以上檢

3、測(cè)規(guī)律確定了拉索截面銹蝕分布模擬方法：首先對(duì)護(hù)套破損位置暴露出的表層鋼絲進(jìn)行檢測(cè)，確定這些鋼絲的銹蝕程度；根掘護(hù)套位胃鋼絲銹蝕程度模擬截面周向上其它鋼絲的銹蝕程度；根據(jù)截面周向上的鋼絲銹蝕程度模擬徑向上的鋼絲銹蝕程度。鋼絲的損傷演化過程包括6個(gè)階段：鋼絲完好階段、鍍鋅層銹蝕階段、鋼絲均勻銹蝕階段、鋼絲孔蝕階段、鋼絲腐蝕疲勞階段和鋼絲應(yīng)力腐蝕階段。在孔蝕階段、腐蝕疲勞階段和應(yīng)力腐蝕階段，鋼雛都可能失效斷裂。鋼絲在各階段的失

4、效機(jī)理是不同的，但導(dǎo)致鋼絲力學(xué)性能降低的原因是相同的：鋼絲截面積降低或外形改變導(dǎo)致局部應(yīng)力集中。因此可以用一個(gè)模型描述鋼絲的損傷演化過程。這個(gè)模型包含兩個(gè)參數(shù)：等效裂紋深度和等效截面直徑。在鋼絲進(jìn)入腐蝕疲勞階段以前，鋼絲損傷演化模型的兩個(gè)參數(shù)僅與鋼絲的銹蝕程度有關(guān)，應(yīng)根據(jù)鋼絲的銹蝕程度推算。當(dāng)鋼絲達(dá)到腐蝕疲勞階段后，結(jié)合銹蝕程度以及腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展理論分析了等效裂紋深度的計(jì)算理論。為計(jì)算拉索的承載力，可將拉索簡(jiǎn)化成一個(gè)串并聯(lián)

5、系統(tǒng)：拉索由高強(qiáng)鋼絲并聯(lián)構(gòu)成，而高強(qiáng)鋼絲由不同銹蝕程度的鋼絲單元串聯(lián)構(gòu)成。當(dāng)拉索內(nèi)銹蝕分布已知，首先根掘鋼絲損傷演化模型計(jì)算鋼絲單元的力學(xué)性能，然后根掘串并聯(lián)規(guī)律就可得到拉索的承載力。在研究過程中，還發(fā)現(xiàn)拉索的承載力不僅與鋼絲的強(qiáng)度有關(guān)，還與鋼絲的伸長(zhǎng)率有關(guān)。隨著拉索的伸長(zhǎng)量不斷增加，拉索的承載力纖歷－個(gè)先升高，后降低的過程。在這個(gè)過程中，極限伸長(zhǎng)率低的鋼絲不斷地?cái)嗔咽А＠鞯臉O限承載力出那些極限伸長(zhǎng)率相對(duì)較高的鋼絲提供。