基于电化学腐蚀实验的悬索桥吊索可靠性评估研究

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悬索桥的吊索腐蚀病害十分突出,严重者危及大桥运营安全。因此,腐蚀索体的可靠性评估十分关键。本文在调研吊索腐蚀类型、原因及腐蚀速率等情况的基础上,通过电化学腐蚀实验和有限元模拟研究了索体破口段的腐蚀发展规律、腐蚀钢丝与索体性能劣化程度,并根据依托工程情况和可靠度计算方法对索体腐蚀等级进行了量化评估。主要包括以下内容及成果:(1)调研腐蚀索体可靠性评估研究现状,分析索体结构损伤类型、影响及失效案例,指出了索体可靠性评估的必要性,初步明确了影响索体可靠性的决定性因素;阐述了结构可靠度理论及可靠度指标的计算方法,为腐蚀索体评估垫定了基础。(2)基于实际工程钢丝锈蚀速率与法拉第定律分析了实际与实验腐蚀电流,并设计实施了5组不同腐蚀时间索段电化学腐蚀实验;总结了腐蚀在索体纵、横向的发展规律,分析了索体钢丝直径损失的时变模型及分布,并以此建立了实验索体腐蚀深度与实际腐蚀时间的关系模型;基于直径损失率和强度损失率划分了索体锈蚀钢丝等级及程度,并据此分析了索体破口钢丝等级分布。(3)调研现行索体技术标准,给出了不同型号索体截面腐蚀层及其钢丝数计算公式,结合实验钢丝等级分布给出了索体有效截面积计算公式并加以验证;给出了实际腐蚀时间下腐蚀索体的名义弹性模量时变模型;利用Monte-Carlo法分析了考虑Daniel效应的索体钢丝抗拉强度及承载力计算公式;根据索体腐蚀状况给出腐蚀索体等级量化指标并建立索体有限元模型分析了部分指标下索体应力应变特征及应力恢复距离的变化规律,进一步分析了腐蚀索体的性能。(4)调研分析了悬索桥吊索可靠性影响因素及其分布,建立了某长江大桥的有限模型并分析了其受力特征,得到了最不利索体位置,根据构件失效功能函数及腐蚀索体参数计算得到了不同腐蚀程度索体的可靠度指标及安全系数,结合索体等级量化指标提出了索体腐蚀等级的可靠度评估量化标准,并对依托工程进行了性能影响评估。
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