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原文传递荷载与腐蚀环境耦合作用下斜拉索阴极保护机理试验研究

论文题名：	荷载与腐蚀环境耦合作用下斜拉索阴极保护机理试验研究
关键词：	斜拉桥;拉索系统;阴极保护;荷载作用;腐蚀环境
摘要：	斜拉桥拉索系统构造复杂、受力集中、密封困难、防护薄弱，长期承受车辆荷载、风荷载、风雨激振等荷载作用，并暴露于大气腐蚀环境中，极易遭受外界环境Cl－、 24SO ?等腐蚀介质的侵蚀，导致发生锈蚀、断丝、断索，危及桥梁结构安全。目前斜拉索拉索系统在制索、防护材料及工艺方面的成果显著，但仍然无法从根本上解决缆索长期性能退化的问题。为提高斜拉桥拉索系统服役期间的力学性能和结构安全性能，在国家自然科学基金项目“随机荷载与环境耦合作用下斜拉索锚固系统腐蚀疲劳损伤机理与长期性能研究”（No.52178273）支持下，本文通过外加电流阴极保护试验，研究了氯盐环境与荷载耦合作用下的斜拉索腐蚀损伤及阴极保护机理，探索论证了拉索系统外加电流的联合阴极保护方法。论文主要工作和取得的结论如下：　　（1）总结了在役斜拉桥典型病害及成因，研究了斜拉索腐蚀疲劳损伤机理，提出了索体联合阴极保护方法。从斜拉索电化学腐蚀损伤演化机理出发，分析了斜拉索在氯盐环境下的腐蚀原理和腐蚀发展过程，通过对比多种防护方法，分析发现阴极保护技术对电化学腐蚀防护措施效果最佳。从抑制斜拉索腐蚀疲劳损伤演化的角度出发，提出了外加电流的联合阴极保护方法，进一步对阴极保护系统的辅助阳极、参比电极进行了选型研究。　　（2）开展了不同浓度氯盐环境下的钢丝外加电流阴极保护对比试验，研究了不同电位水平对钢丝腐蚀的作用机理与抑制效果。结果表明：与未进行阴极保护钢丝相比，阴极保护下的钢丝表面留有镀锌层，未出现铁锈，蚀坑数量和尺寸均明显降低。在同一保护电位值下，钢丝腐蚀速率与Cl－浓度有关，Cl－浓度越低，阴极保护对钢丝的保护效果越显著。在保护电位值范围内，随着保护电位值不断提高，钢丝腐蚀速率和腐蚀电流密度均有所下降，并且阴极保护下钢丝的开路电位（OCP）值均满足阴极保护系统的有效性标准。　　（3）开展了不同预应力水平下的钢丝外加电流阴极保护对比试验，研究了不同电位水平对钢丝腐蚀的作用机理与抑制效果。结果表明：钢丝腐蚀程度与预应力水平呈正相关，钢丝的抗拉强度和延伸率随预应力水平的增加而下降。钢丝在阴极保护下，钢丝屈服强度基本保持不变，抗拉强度提升了不足4.0%，但延伸率提升了20%以上。在保护电位值为-1050mV和-1150mV(vs.SCE)钢丝断口处有明显的颈缩，发生塑性变形，保护效果相对较好，且均未出现因电位过大而产生的氢脆现象。　　（4）开展了斜拉索破损索体的外加电流阴极保护对比试验，研究了不同电位水平对护套破损索体腐蚀的作用机理与抑制效果。结果表明：斜拉索索体腐蚀程度和Cl－浓度与索体破损面积呈正相关，与索体钢丝的层数呈负相关。阴极保护下拉索索体的宏微观形貌特征和OCP值与单根镀锌钢丝相似，对斜拉索索体施加外加电流阴极保护技术有较好的防腐蚀效果。阴极保护下索体内部Cl－浓度均小于0.1mg/mm，保护电位值在-950mV~-1150mV(vs.SCE)范围内，索体中Cl－浓度随保护电位的提高而降低，表明阴极保护可以抑制Cl－在索体钢丝内的扩散。
作者：	赵玲
专业：	土木工程
导师：	姚国文
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023