[发明专利]基于缺陷当量处理评估外护套破损的在役拉索剩余寿命的方法

说明书

技术领域

本发明属于桥梁技术领域，具体来说是基于缺陷当量处理评估外护套破损的在役拉索在交变荷载及环境腐蚀耦合作用下剩余寿命的方法。

背景技术

日本、美国较早开展拉索腐蚀方面的试验与理论研究，特别是对海洋性环境中拉索的腐蚀研究。日本Honshu-Shikoku桥梁管理部门对负责的多座斜拉桥和悬索桥开展了营运期间拉索腐蚀破坏情况现场调查，积累了多年现场调查数据，并进行拉索预防性维护方法研究，提出防腐蚀涂料涂覆、通风除湿、静态和动态行为监测等措施。S.G.R.Brown等采用计算机模拟研究表面微结构对桥梁用镀Zn-Al钢丝腐蚀行为影响，提出镀Zn-Al钢丝腐蚀理论模型，但需要进一步通过试验来验证该理论模型。H.R.Hamilton采用海水作为腐蚀介质，对静态张力作用下带有开口的不同拉索腐蚀防护体系开展加速腐蚀试验，对比研究了不同防护体系的防腐效果。S.C.Barton通过人工加速腐蚀试验方法研究镀锌钢丝在NaCl腐蚀介质中的腐蚀行为，重点探讨了静态荷载作用下钢丝腐蚀破裂、氢脆变化情况，获取钢丝样品失重量、氢浓度、延伸率等信息，其腐蚀体系是代表海洋环境的NaCl溶液。I.M.Zin等采用酸雨溶液模拟镀锌钢丝在工业大气中的腐蚀环境，研究镀铬层对钢丝腐蚀电位、极化电阻等腐蚀参数影响，但未考虑荷载对其腐蚀行为影响。W.Liu等提出采用时域反射计、连续声发射技术和磁流变传感技术测量拉索钢丝腐蚀的思路，但目前这些研究仍处于初步阶段，研究对象仅局限于拉索索体本身。Hopwood和Haven通过研究将高强度镀锌钢丝腐蚀分为四个阶段，阶段1：钢丝表面有轻微金属光泽，但可能在局部位置出现肉眼可见白色锈点；阶段2：钢丝表面光泽黯淡，甚至覆盖一层锌腐蚀产物(白色氧化皮)，但没有铁基体腐蚀出现；阶段3：铁锈出现在钢丝表面，镀锌层基本耗尽；阶段4：红色铁锈替代白色锈蚀产物覆盖于钢丝表面，表面变得粗糙，出现蚀坑。K.Furuya等采用2m长拉索样品在自然环境(温度13～23℃，相对湿度30～100％)中进行暴露试验，根据暴露过程中拉索不同部位温度和相对湿度在24h内随时间变化曲线，将拉索中镀锌钢丝所处环境划分为4类，研究认为索内水分和高温是形成索内恶劣腐蚀环境的主要原因，其中底端因浸泡在水溶液中而腐蚀最为严重。K.Suzumura根据K.Furuya得到的拉索内部不同部位环境，分别将桥梁用高强度镀锌钢丝样品置入模拟相应环境的腐蚀装置中，对不同模拟环境中钢丝样品的腐蚀机理进行了分析，重点对试验温度、相对湿度、NaCl溶液浓度等影响因素对腐蚀速率的影响进行了讨论，并估算了相应腐蚀条件下钢丝镀锌层耗尽时间。Suzumura等将镀锌高强钢丝所处的可能环境划分为4类，并得到4种模拟拉索腐蚀环境中高强钢丝的腐蚀速率。

由于我国大跨度斜拉桥发展历史不长，人们对拉索腐蚀的认识还不够深入，目前开展的工作主要是桥梁管理部门对斜拉桥拉索腐蚀破坏特征现场检测和数据积累，以及拉索生产厂家在成索前开展的盐雾腐蚀试验等。而对拉索尤其是外护套破损拉索剩余寿命评估还处于初级阶段，同济大学陈惟珍、徐俊等对上海恒丰路立交桥换下的拉索进行了力学试验研究。研究表明拉索与钢丝的强度和韧性随着钢丝腐蚀程度的恶化而显著降低，当钢丝腐蚀程度轻微时，钢丝抗拉强度大于设计强度，延伸率也与设计要求基本吻合；当钢丝严重腐蚀后，钢丝强度与延伸率均远低于设计要求。进一步根据腐蚀钢丝外观形貌，将拉索表层钢丝锈蚀成都划分为8个等级。华南理工大学苏达根等研究了广州海印大桥失效的钢丝锈蚀，发现腐蚀较轻的钢丝力学性能差别不大，而腐蚀较重的钢丝力学性能差别明显。2010年，东南大学缪长青等依据法拉定律和腐蚀损伤相当的原则，提出了编制大跨径桥梁构件加速腐蚀当量环境谱的方法，确定了桥梁结构钢材在不同温度、湿度条件下的当量折算关系函数和方法，研究了温湿度对于桥梁缆索构件腐蚀的影响规律，提出了大跨径桥梁环境谱编制以及当量折算原则。长安大学胡志鹏参照在役汽油管道腐蚀剩余寿命预测的方法和模型，应用“极值推定法”建立桥梁缆索系统的剩余寿命预测方法，开创了国内桥梁缆索系统的剩余寿命预测的先河，但该方法中的关键参数临界腐蚀深度的确定有一定难度。

同济大学陈惟珍、徐俊等该方法比较直观、方便，缺点是主观性强，缺乏定量的判断标准。长安大学胡志鹏参照在役汽油管道腐蚀剩余寿命预测的方法和模型，该方法中的关键参数临界腐蚀深度的确定有一定难度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于缺陷当量处理评估外护套破损的在役拉索剩余寿命的方法。