拉索損傷演化機理與剩余使用壽命評估.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)計基準期內(nèi)需實施多次換索工程。因此有必要對退化拉索的承載力和剩余使用壽命展開分析，確定最佳換索時間。根據(jù)實橋檢測研究，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步驟：根掘檢測結(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)鋼絲的承載力評估整索的承載力

2、和剩余使用壽命。為進行拉索銹蝕程度檢測，首先根掘鋼絲外觀將鋼絲的銹蝕程度劃分為8個銹蝕等級。為找出拉索的銹蝕分布規(guī)律，對實橋拆換下來的拉索進行了銹蝕程度檢測，發(fā)現(xiàn)鋼絲的銹蝕程度與到護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、測規(guī)律確定了拉索截面銹蝕分布模擬方法：首先對護套破損位置暴露出的表層鋼絲進行檢測，確定這些鋼絲的銹蝕程度；根掘護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。因此可以用一個模型描述鋼絲的損傷演化過程。這個模型包含兩個參數(shù)：等效裂紋深度和等效截面直徑。在鋼絲進入腐蝕疲勞階段以前，鋼絲損傷演化模型的兩個參數(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。當鋼絲達到腐蝕疲勞階段后，結(jié)合銹蝕程度以及腐蝕疲勞裂紋擴展理論分析了等效裂紋深度的計算理論。為計算拉索的承載力，可將拉索簡化成一個串并聯(lián)

5、系統(tǒng)：拉索由高強鋼絲并聯(lián)構(gòu)成，而高強鋼絲由不同銹蝕程度的鋼絲單元串聯(lián)構(gòu)成。當拉索內(nèi)銹蝕分布已知，首先根掘鋼絲損傷演化模型計算鋼絲單元的力學(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度有關(guān)，還與鋼絲的伸長率有關(guān)。隨著拉索的伸長量不斷增加，拉索的承載力纖歷－個先升高，后降低的過程。在這個過程中，極限伸長率低的鋼絲不斷地斷裂失效。拉索的極限承載力出那些極限伸長率相對較高的鋼絲提供。