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原文传递中下承拱桥的吊杆锈蚀损伤研究

论文题名：	中下承拱桥的吊杆锈蚀损伤研究
关键词：	拱式桥梁;吊杆锈蚀;结构荷载;有限元分析
摘要：	吊杆是中下承拱桥的重要传力构件，其性能直接影响拱桥的使用安全。近年来，由吊杆断裂引起的中下承拱桥坍塌事故时有发生，服役吊杆的健康检测与承载能力评估已成为工程界与学术界关注的热点。随着越来越多的拱桥吊杆服役时间超过10年，我国正逐步进入吊杆更换的高峰期，因此提出可靠的吊杆残余承载能力评估方法对充分发挥既有吊杆的作用和确保桥梁的安全是十分必要的。　　本文首先以浙江省内刚完成吊杆更换施工的四座中下承拱桥旧吊杆为对象，采用外观检查、质量损失率测定等手段研究吊杆内部钢丝的腐蚀程度与腐蚀特性，并通过拉伸试验、人工刻痕等方法讨论了锈蚀钢丝的力学特性和脆断机理。针对锈蚀钢丝受拉过程中的应力集中问题，采用有限元软件ABAQUS建立了锈蚀钢丝的实体模型，对均匀腐蚀和孔蚀两种状态的钢丝的应力分布及拉伸特性进行对比分析，并通过大量有限元计算分析蚀坑形状、数目等参数对钢丝应力分布的影响。在试验与有限元计算的基础上，得到了锈蚀钢丝极限应变的计算方法，并结合钢丝色泽、平整度等表面形貌提出了基于延性指标的锈蚀钢丝的分级方法。最后，基于纤维束强度理论提出了评定吊杆残余承载能力的串并联模型，分析吊杆长度、钢丝数目以及摩擦作用等内部因素对吊杆承载能力的影响。此外，采用非参数统计法并结合反复随机抽样的Monte-Carlo法建立了吊杆残余承载能力概率模型，对不同锈蚀程度的吊杆所具有的残余承载能力进行估算，为损伤吊杆的检测、维护以及更换提供依据。　　本研究表明：⑴锈蚀对钢丝延性的影响显著，而对弹性模量和极限强度的影响不显著。刻痕钢丝的拉伸断口具有脆性断裂特征。⑵应力集中是引起钢丝脆断的直接原因，而蚀坑会导致钢丝在拉伸状态下出现明显的应力集中，对钢丝延性带来不利影响。蚀坑深度、水平宽度以及长宽比等参数对应力集中的影响较为显著。增加蚀坑数目与间距可以对钢丝的应力集中现象起一定的缓解作用。⑶延性是反映钢丝力学特性的主要衡量指标。根据本文拟合的曲线关系，已知蚀坑的各个形状参数即可得到锈蚀钢丝的延性指标。⑷在吊杆护套完好的情况下，吊杆内钢丝的锈蚀程度均处于同一等级。钢丝数目、钢丝间摩擦作用是影响吊杆承载能力的内部因素，锈蚀是影响吊杆极限强度、极限延性等性能的外部因素。相比吊杆的极限强度，锈蚀对极限变形产生的影响表现得更为显著。
作者：	潘骁宇
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	谢旭
授予学位：	硕士
授予学位单位：	浙江大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文