纜索是橋梁的安全生命線,起著牽一發(fā)動(dòng)全身的作用。近20年來(lái),我國(guó)頻發(fā)的中下承式拱橋斷索事故以及大量的在役橋梁換索案例,使鋼索的損傷與健全性評(píng)估受到了廣泛的關(guān)注。腐蝕和疲勞是影響鋼索安全性和耐久性的兩大因素,但一直以來(lái)都缺乏有效的評(píng)估手段對(duì)這兩個(gè)因素作用下的鋼索服役安全性能做出合理評(píng)價(jià)。本文以線彈性斷裂力學(xué)為理論基礎(chǔ)、疲勞試驗(yàn)為手段,系統(tǒng)開展了鋼絲腐蝕損傷評(píng)價(jià)、疲勞斷裂機(jī)理和損傷容限性能分析等方面的研究;在材料研究的基礎(chǔ)上,建立了銹蝕鋼索殘余壽命預(yù)測(cè)和疲勞可靠性評(píng)估方法。論文的主要工作及研究結(jié)論包括以下幾個(gè)方面:1.以兩座實(shí)橋服役銹蝕鋼絲為對(duì)象,基于輪廓測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)服役銹蝕鋼絲的腐蝕形貌進(jìn)行了表征和分析,建立了服役銹蝕鋼絲的最大點(diǎn)蝕評(píng)估模型。研究顯示,服役銹蝕鋼絲腐蝕形貌的尺度指標(biāo)和自相似性指標(biāo)隨著腐蝕程度的增大而增大,其中自相似性指標(biāo)隨機(jī)性較大,與腐蝕程度之間只存在統(tǒng)計(jì)意義上的相關(guān)性;鋼絲最大點(diǎn)蝕深度服從Gumbel極值分布,鋼索自由段的點(diǎn)蝕效應(yīng)比錨固段更為顯著。2.對(duì)服役銹蝕鋼絲以及人工加速腐蝕鋼絲進(jìn)行了不同應(yīng)力幅的疲勞試驗(yàn),通過(guò)斷口分析研究了銹蝕鋼絲疲勞斷裂機(jī)理,提出了銹蝕鋼絲疲勞極... 

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

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圖１．３冷鑄墩頭錨和冷鑄夾片錨構(gòu)造圖??

圖］．４雙層熱擠ＨＤＰＥ防護(hù)體系示意圖??ＰＥＳ／ＦＤ低應(yīng)力防護(hù)體系是針對(duì)外層ＰＥ護(hù)套在高應(yīng)力下容易開裂提出的最新防腐技??術(shù)。如圖１．５所示，ＰＥＳ／ＦＤ索體采用雙層ＨＤＰＥ護(hù)套，雙層護(hù)套之間設(shè)置一層油脂隔離??層，這一構(gòu)造使外層ＨＤＰＥ應(yīng)力有效釋放，避免了應(yīng)力開裂［１９］。??熱擠黑色＿管??圖１．５?ＰＥＳ／ＦＤ索體構(gòu)造示意圖【１９＞??１．２．２纜索的病害形式??在纜索服役過(guò)程中，長(zhǎng)期的自然或人為因素作用會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件缺損，形成多種病害。根??據(jù)纜索系統(tǒng)的組成，可將纜索病害分為鋼絲病害、錨固區(qū)病害和護(hù)套病害三種形式。??（１）鋼絲病害??鋼絲病害主要有腐蝕、機(jī)械損傷和斷絲三種形式。腐蝕是鋼絲最常見的病害形式，主??要因防護(hù)體系失效后索體內(nèi)進(jìn)入雨水、潮濕空氣和各類腐蝕介質(zhì)導(dǎo)致。由于纜索構(gòu)造的特??殊性，索內(nèi)鋼絲存在電化學(xué)腐蝕、電偶腐蝕、縫隙腐蝕、磨損腐蝕、應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞??等多種機(jī)制［９］。從腐蝕形貌看，鋼絲腐蝕包括均勻腐蝕和點(diǎn)蝕兩種主要特征：均句腐蝕又??稱全面腐蝕，它使鋼絲各截面直徑均勻減小（圖１．６（ａ））；而點(diǎn)蝕發(fā)生在鋼絲局部，在所在??截面形成深坑（圖１．６（ｂ））。相對(duì)而言

（ａ）均勻腐蝕?（ｂ）點(diǎn)蝕??圖１．６鋼絲均勻腐蝕和點(diǎn)蝕??索股機(jī)械損傷指鋼絲在各種振動(dòng)載荷作用下出現(xiàn)表面磨損和疲勞損傷等。由于鋼索的??振動(dòng)效應(yīng)通常較弱，在腐蝕發(fā)生前，鋼絲的機(jī)械損傷基本可以忽略。但腐蝕發(fā)生后，機(jī)械??損傷的危害性會(huì)驟然加大，如腐蝕和表面磨損共同作用導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生，腐蝕和疲勞共同作??用加速裂紋擴(kuò)展等。圖１．７為腐蝕鋼絲表面的疲勞裂紋［２Ｇ］。??■??圖１．７銹蝕鋼絲表面疲勞裂紋??斷絲是索股病害的最終表現(xiàn)形式，出現(xiàn)斷絲的鋼索一般伴隨各類病害的發(fā)生。根據(jù)實(shí)??橋檢測(cè)結(jié)果，鋼絲斷口主要有如圖１．８所示的四種類型［２１］，其中前３類斷絲都是由垂直于??鋼絲軸向的裂紋面與不規(guī)則部分構(gòu)成，本質(zhì)都屬于疲勞失效；而Ｄ型斷絲無(wú)裂紋面，斷口??呈尖錐狀，腐蝕是造成此類斷絲的主要原因。??ｒ－Ｐ?Ａ??圍薩圓Ａ??＼??）１??Ａ?Ｂ?Ｃ?Ｄ??圖１


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