斜拉索退化规律剖析和损伤状态评定.ppt
同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,斜拉索退化规律剖析和损伤状态评定,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,报告内容介绍,斜拉索使用现状斜拉索退化的影响因素和规律护套的退化钢丝锈蚀机理钢丝沿长锈蚀规律钢丝径向锈蚀规律下锚头及锚固区的退化斜拉索检测与评定检测方法计算模型研究展望,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,斜拉桥结构雄伟,据不完全统计，国外建成和在建的斜拉桥达到270座 国内建成和在建的斜拉桥达到90余座,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,现有拉索系统防护方法,镀锌（galvanizing）,灌水泥浆（cementitious grout）,灌环氧材料（epoxy grout）,包环氧外套（epoxy coating）,采用防锈油脂和蜡（corrosion inhibiting greases and waxes）,在单根钢丝外包塑料皮（plastic sheathing around individual wires）,护套（sheathing）,缠包带（tedlar tapes）,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,斜拉索使用现状,国内广州海印桥发生断索事故，三台涪江桥拆除，新五桥跨塌红水河桥、海印桥、济南黄河桥、恒丰路桥、石门桥，犍为桥，广州九江桥，南昌八一桥等已换索国内斜拉索的实际使用寿命一般不超过20年,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,斜拉索养护面临的困境,由于缺乏理论指导，忽视拉索检测，管理部门未能及时发现拉索中存在的病害，导致断索事故发生；管理单位一旦发现拉索病害，由于心理恐惧，为确保结构的绝对安全，在拉索远未达到实际使用寿命时就开始换索，造成大量浪费；在决定换索后，由于拉索退化程度及结构体系状态不明，设计单位制订的换索方案使斜拉桥结构的可靠度指标在换索过程中大幅降低，甚至可能酿成事故。,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,某桥拉索检测的工程背景,1997年发现拉索表面破损79处，最长裂口达500mm；下锚头套管积水 在2001年实施封水处理后，发现下锚头依然渗水,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,斜拉索的退化类型,索体的退化：护套破损，钢丝锈蚀，钢丝断裂锚头的病害：锚头锈蚀，锚杯变形，锚板开裂锚固区的病害：锚箱渗水，锚箱开裂，锚箱锈蚀，锚固区混凝土开裂,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,拉索护套病害,护套表面刮痕。可能是在施工时拖拉留下的，也可能是检测车造成的,护套表面凹坑，有的边缘破损,翘皮，下方橡胶通常完好,护套开裂，包括横向，纵向，半圆形开裂，间断性开裂等,开裂露丝，多处钢丝出现严重锈蚀甚至锈断,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,在新索上发现的护套破损,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,护套破损原因分析,在拉索制造过程中，护套受到初始损伤；工厂制造的拉索需通过卷盘的方式运往工地，在卷盘运输过程中护套由于应变过大而开裂；在施工过程中，施工方由于操作失误或重视程度不足，在成品索搬运及安装过程中未采取相应保护措施，导致拉索护套表面磨损，甚至被尖锐物体划破；在运营过程中，环境、温度、交通荷载等作用甚至是车辆意外撞击导致护套开裂；在拉索检测过程中，沿拉索移动的检测小车摩擦挤压拉索，导致拉索护套损伤；由于拉索护套HDPE老化，导致护套延伸率降低，最终护套开裂；采用PE+PU双层护套的拉索，由于两层护套的热膨胀系数不同，且两种材料间的粘结也不牢固，这使护套容易从两种材料的交界位置开裂。同时由于PU护套不可能太厚，因此PU层很容易破裂。,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,护套破损规律,护套破损数量与拉索长度线性相关地,纵向开裂数量多于其它形式开裂,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,钢丝锈蚀,在腐蚀性介质中，钢丝会与腐蚀性介质发生广义氧化还原反应，导致钢丝表面的镀锌和钢材变成离子形式，并进而与其它物质结合成锈蚀产物，最终改变钢丝的表面形态和力学性能，这一过程就是钢丝的锈蚀。位于拉索中的钢丝可能出现以下几种类型的锈蚀：均匀锈蚀、点蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳。,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,钢丝锈蚀机理与描述,镀锌的锈蚀：ZnZn2 2e 镀锌的锈蚀程度可以表示成：D=AT碳钢的锈蚀：FeFe22e 碳钢的锈蚀程度可以表示成：D=ATn,Fe2+2OHFeOH2,4 FeOH2O2+4H+4FeOH22H2O,式中：T钢丝使用年份 A金属第一年的锈蚀程度 n常数,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,钢丝锈蚀现象,钢丝孔蚀,钢丝裂纹,钢丝锈蚀,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,钢丝锈蚀现象,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,沿长锈蚀分布,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,下锚头附近钢丝并未锈蚀,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,拉索径向锈蚀检查,钢丝锈蚀变化趋势,钢丝径向锈蚀规律,钢丝径向检测,钢丝径向锈蚀规律,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,拉索灌墨水试验,将红墨水灌入拉索后检查，结果发现红墨水仅附着于表层钢丝，此外，在扎丝附近，红墨水也聚积较多,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,斜拉索截面锈蚀规律分析,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,采用水泥灌浆拉索的病害,水泥灌浆压力以及施工温度使护套开裂水泥硬化后的开裂降低了防护效果，且形成了渗水通道水泥浆离析泌水，使拉索上部形成存水空腔，甚至水泥浆可能长期不结硬，直接锈蚀钢丝压浆时水泥浆沿空袭较大处灌满，象索中心没有水泥浆,因而锈蚀,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,水泥浆防护拉索的病害,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,下锚头病害,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,下锚箱渗水,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,剖索调查渗水途径,剖开6根拉索检查，发现：在BD21-2和RD25-1拉索下部剖开位置没有发现积水痕迹，而且位于剖开位置的钢丝较新；在RU25-1、RU25-2与RU25-3和BD25-2发现钢丝严重锈蚀，且可见水从剖开位置流出。由于剖开位置附近没有裂口，剖索发现的积水只可能是由拉索上部渗漏下来。说明雨水可以通过拉索裂缝或破口进入拉索内部并沿拉索钢丝一直达到拉索根部下锚头位置，最后由泄水孔排出。,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,拉索破口与渗水对比,根据统计结果，存在渗水问题的下锚头共有84个，这些下锚头中，有59个下锚头的对应拉索存在拉索护套缺陷，其中包括14根锈蚀严重需要更换的拉索。,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,渗水途径 I,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,渗水途径 II,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,渗水途径 III,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,锚固区混凝土开裂,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,锚管锈蚀,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,拉索检测方法,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,锈蚀进程与等级划分,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,锈蚀进程与等级的表观分类,I,II,III,IV,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,锈蚀进程与等级的表观分类,V,VI,VII,VIII,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,BD25-1表层锈蚀状况,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,BU25-2表层锈蚀状况,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,钢丝编号锈蚀检查,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,计算机X射线断层数字成象系统（CT）,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,钢丝CT检测照片与数字截面,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,磁性检测,磁性检测方法是基于缆索的磁特性进行的。当采用一永久磁铁励磁回路将缆索磁化后,缆索相对于励磁回路运动时,一旦遇有断丝，则断口处将产生向外泄漏的漏磁场;亦或,当缆索中金属截面积总和发生变化时,励磁回路中的主磁通量将随之改变。因此,通过测量磁场的这些变化参数，将获得缆索中的缺陷状况。,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,检测仪器与试验索,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,磁性检测数据分析,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,锈蚀钢丝的力学性能,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,退化阶段与模型,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,今后研究工作展望,钢丝在不同环境下的锈蚀机制研究：如酸雨环境、海洋大气环境等钢丝在拉索环境下的锈蚀速度研究：钢丝的锈蚀速度不属于通常的大气腐蚀，由于护套环境的影响，拉索钢丝的锈蚀速度快于正常大气下的钢丝的锈蚀检测技术,同济大学桥梁系陈惟珍教授,桥梁钢结构新技术研讨会,欢迎各位专家指正,谢谢！,
