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斜拉索腐蚀损伤与安全性能评定方法研究
| 论文题名： | 斜拉索腐蚀损伤与安全性能评定方法研究 |
| 关键词： | 斜拉桥梁;腐蚀疲劳;安全性能;评定方法;使用寿命 |
| 摘要： | 对于现代斜拉桥梁来说，拉索系统是其主要承重构件，旧有的斜拉桥结构在使用过程中由于不利作用，受到应力和腐蚀等因素的影响，致使存在各种缺陷和损伤。大量事故表明，拉索的损伤通常会引起桥梁结构力学特性发生改变，进而影响到桥梁结构的安全性、耐久性以及使用寿命。故对损伤后的拉索进行安全性能评估尤为重要。 本文依托973计划前期研究专项课题“桥梁结构行为演化理论与安全监测方法研究”。本文首先介绍了拉索的损伤检测评估及安全性能等方面的现状，指出缆索高强钢丝破坏的主要形式是应力腐蚀及腐蚀疲劳破坏。对缆索高强钢丝的无应力、静态应力和交变应力三种受力方式进行酸性盐雾试验，研究受点蚀、应力腐蚀及腐蚀疲劳损伤后的拉索的损伤演化过程及安全性能。 ①根据三种损伤状态，对镀锌钢丝进行酸性盐雾腐蚀试验，把钢丝损伤的过程描述为5个阶段:钢丝完好→钢丝镀锌层锈蚀、钢丝基质均匀锈蚀→钢丝基质轻微点蚀→钢丝基质大量坑蚀→钢丝发生应力腐蚀和腐蚀疲劳，并制定Ⅴ级腐蚀对应的腐蚀图例。对各级钢丝图像进行灰度分析，提出一种基于表层图像分析锈蚀拉索技术状况的评定方法。根据盐雾腐蚀试验及拉伸试验数据，选取数据相关性较好的腐蚀失重、抗拉强度及断后伸长率为特征参量，给出各级钢丝的级评定标准。 ②建立了半球形的点蚀坑模型，计算了不同失重下的蚀坑深度，给出了点蚀坑腐蚀速率的计算公式。根据实验条件为参数，计算钢丝材料的断裂韧性KIC=117.6MPa√m，通过断裂韧性求得应力腐蚀强度因子阈值KISCC=46.8 MPa√m。最后根据损伤力学理论提出应力腐蚀损伤演化模型。根据应力强度因子准则，计算了当应力比R=0时的腐蚀疲劳裂纹扩展阈值△Kth=3.64 MPa√m。 ③引入了等效裂纹深度的概念，根据等效裂纹深度计算等效应力强度因子。将钢丝裂纹的三维模型巧妙的转化为平面应变问题，采用直线外推法，用有限元软件ANSYS模拟不同蚀坑深度下裂纹尖端的应力强度因子值。并与理论计算值相比较。提出基于断裂韧性的剩余强度的计算方法，最后根据破损安全理论，给出腐蚀疲劳损伤的破损安全设计，并给出单根钢丝进行安全破损的评估流程。 ④采用有限元模拟不同锈蚀程度下单根钢丝和整根拉索的锈蚀模型。结果表明:蚀坑深度越大，深坑底部应力集中系数越大。把整根拉索的锈蚀分为5级来模拟不同锈蚀程度对拉索应力的影响，最大等效应力出现在最外层钢丝之间的接触区域;随着腐蚀等级的提高，腐蚀拉索截面的应力整体提高。 |
| 作者： | 钟力 |
| 专业： | 土木工程;桥梁与隧道工程 |
| 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： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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