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考虑吊杆锈蚀的下承式系杆拱桥地震响应

工程建设 2024年第3期56卷 11-16页

作者：柴国贞广东省交通规划设计研究院集团股份有限公司广东广州510507

为研究吊杆锈蚀对桥梁安全性的影响,文章基于Midas Civil的模拟试验分析方法,深入研究了不同锈蚀程度下吊杆损坏对下承式系杆拱桥的抗震性能产生的影响;通过运用钢筋锈蚀剥壳效应计算吊杆在锈蚀后的有效截面,建立基于有效吊杆截面尺寸... 详细信息

为研究吊杆锈蚀对桥梁安全性的影响,文章基于Midas Civil的模拟试验分析方法,深入研究了不同锈蚀程度下吊杆损坏对下承式系杆拱桥的抗震性能产生的影响;通过运用钢筋锈蚀剥壳效应计算吊杆在锈蚀后的有效截面,建立基于有效吊杆截面尺寸的模型进行模拟计算。研究结果表明:1)吊杆锈蚀率的增加会导致拱桥的自振频率增加,而在地震作用下,拱桥的纵向位移减小,竖向位移增加;2)吊杆的锈蚀对拱桥的力学性能有一定影响,尤其对Z向剪力和Y向弯矩的影响较大。本文研究成果可为实际工程抗震设计提供一定的理论依据。

关键词：拱桥吊杆下承式锈蚀抗震分析有限元模拟

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拱桥吊杆腐蚀疲劳损伤机理与长期性能研究

拱桥吊杆腐蚀疲劳损伤机理与长期性能研究

作者：刘佳伟重庆交通大学

学位级别：硕士

近年来,我国大多数拱桥吊杆都存在耐久性不足的问题,吊杆内部钢丝的力学性能在腐蚀疲劳耦合作用下急剧退化,严重威胁拱桥安全。目前,对于吊杆损伤的研究不够深入,还未建立切实可行的评价理论和体系来评估吊杆的剩余寿命。为此,本文在重... 详细信息

近年来,我国大多数拱桥吊杆都存在耐久性不足的问题,吊杆内部钢丝的力学性能在腐蚀疲劳耦合作用下急剧退化,严重威胁拱桥安全。目前,对于吊杆损伤的研究不够深入,还未建立切实可行的评价理论和体系来评估吊杆的剩余寿命。为此,本文在重庆市自然科学基金项目“荷载与电化学腐蚀耦合作用下拉索锚固系统长期性能衰变机理研究”（No.cstc2021jcyj-msxm X1159）、重庆英才计划“包干制”项目“荷载与环境耦合作用下桥梁长期性能加速试验方法研究”（No.cstc2022ycjh-bgzxm0124）支持下,开展了拱桥吊杆力学性能退化和剩余疲劳寿命评估方法的研究,为科学评价拱桥吊杆系统的长期性能提供了理论基础。本文的主要工作和研究结论包括:（1）分析了拱桥吊杆腐蚀损伤、疲劳损伤及腐蚀疲劳损伤机理,研究了吊杆损伤演化规律,发现拱桥吊杆存在两类主要的损伤类型:简单损伤、复合损伤,进一步对比分析了均匀腐蚀、点蚀、坑蚀以及应力腐蚀、腐蚀疲劳等各种类型的损伤模式,探讨了疲劳裂纹的宏细观扩展机制。（2）对服役20年的拱桥拆除吊杆内钢丝进行了为期0d、7d、14d、21d的人工加速腐蚀试验,对比研究了不同腐蚀程度钢丝的物理力学性能。试验结果表明:服役20年拱桥拆除吊杆内钢丝发生坑蚀的表观面积占58%,质量损失率为2.39%,断后伸长率为4.1%,屈服强度为1274MPa,极限强度为1561MPa。经过人工加速腐蚀后,钢丝断后伸长率为2.8%～3.7%,钢丝坑蚀表观面积占比分别为63%、78%、86%,质量损失率分别为5.22%、8.19%、9.80%,屈服强度分别为1192MPa、1134MPa、1053MPa,极限强度分别为1508MPa、1432MPa、1396MPa。因此吊杆内钢丝锈蚀后对力学性能和正常使用功能有不可忽视的影响。（3）对不同腐蚀程度下的吊杆内钢丝开展了疲劳加载试验,得到了锈蚀钢丝的S-N曲线和疲劳破坏模式,在双参数Weibull分布模型基础上建立了锈蚀钢丝剩余寿命预测模型,研究了不同腐蚀程度的吊杆内钢丝达到不同失效概率所需要的循环次数,提出了基于钢丝P_f-S-N曲线簇在不同失效概率下的剩余疲劳寿命评估方法,为在役拱桥吊杆剩余寿命预测提供了参考。结果表明:随着腐蚀程度增加,钢丝疲劳寿命显著减小,钢丝发生脆断几率更高;钢丝疲劳寿命的概率分布符合K-S拟合优度检验,可采用双参数Weibull分布表示。（4）通过空间有限元模型模拟了拱桥吊杆的空间受力和变形规律,研究了吊杆内锈蚀钢丝的应力分布规律和疲劳寿命;通过拱桥吊杆实体有限元模型模拟了服役20年拱桥锈蚀吊杆的应力分布规律和疲劳寿命。结果表明:应力及应力增量随着蚀坑的扩展而增加,疲劳寿命随着蚀坑的扩展而减少;双蚀坑模型的应力比单蚀坑模型低11%,多蚀坑模型会减弱应力集中效应。（5）建立了拱桥吊杆系统的长期性能评估指标体系与评估方法,长期性能关键指标包括:钢丝极限强度、钢丝腐蚀疲劳寿命、吊杆破断力、吊杆锚固性能。在钢丝剩余疲劳寿命评估模型基础上,探讨了拱桥吊杆长期性能评估方法,为保障桥梁运营安全提供参考。

关键词：拱桥吊杆腐蚀疲劳损伤机理加速腐蚀实验疲劳寿命长期性能

在役钢管混凝土拱桥吊杆钢丝腐蚀疲劳损伤机理

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建筑科学与工程学报 2023年

作者：刘佳伟姚国文王伟张高峰吴树杭山区桥梁及隧道工程国家重点实验室重庆交通大学土木工程学院重庆交通大学重庆市万州区城市管理局

【目的】为了评估在役满20年后拱桥吊杆钢丝的剩余疲劳寿命。【方法】基于某服役满20年拱桥所更换下来的吊杆，以吊杆内部高强度钢丝为研究对象，对钢丝进行不同时间的加速腐蚀，获得不同腐蚀程度的钢丝试件。对试件钢丝进行表观检测、... 详细信息

【目的】为了评估在役满20年后拱桥吊杆钢丝的剩余疲劳寿命。【方法】基于某服役满20年拱桥所更换下来的吊杆，以吊杆内部高强度钢丝为研究对象，对钢丝进行不同时间的加速腐蚀，获得不同腐蚀程度的钢丝试件。对试件钢丝进行表观检测、称重、疲劳实验和断口形貌分析，得到了不同腐蚀程度下钢丝的表面粗糙度、质量损失率、断裂机理和疲劳寿命，通过Weibull模型对疲劳寿命数据分析，得到了不同失效概率下吊杆钢丝的剩余疲劳寿命公式。【结果】研究结果表明：随着腐蚀程度的增加，吊杆钢丝表面粗糙度和质量损失率的数值不断增加，疲劳寿命降低且疲劳断口均为脆性破坏，打磨后的钢丝疲劳寿命有所提升；相同失效概率下，吊杆钢丝剩余疲劳寿命将随着应力比的增加或腐蚀程度的增加而减少。【结论】通过实验得到了在役满20年后拱桥吊杆钢丝的Pf-S-N曲线，可为吊杆钢丝的服役状态和疲劳寿命预测提供参考。

关键词：拱桥吊杆钢丝腐蚀疲劳寿命 Weibull分布 P -S-N曲线

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拱桥吊杆的光纤光栅监测与健康诊断

光电子．激光 2007年第1期18卷 81-84页

作者：李冬生邓年春周智欧进萍哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150090

对拱桥吊杆内力监测光纤光栅(FBG)传感器的波长与应变和温度的关系进行了理论分析,通过标定试验,得到了FBG应变与温度灵敏系数。在四川峨边大渡河拱桥关键性吊杆中成功布设了FBG应变和温度传感器,提出并实施了现役拱桥吊杆FBG传感器的... 详细信息

对拱桥吊杆内力监测光纤光栅(FBG)传感器的波长与应变和温度的关系进行了理论分析,通过标定试验,得到了FBG应变与温度灵敏系数。在四川峨边大渡河拱桥关键性吊杆中成功布设了FBG应变和温度传感器,提出并实施了现役拱桥吊杆FBG传感器的布设工艺以及布设后吊杆的修复方法。利用布设好的FBG传感器成功监测了车辆荷载下吊杆应变历程和温度变化过程、同一车辆荷载对不同长度吊杆的影响。监测结果表明FBG传感器能够准确地监测车辆荷载大小和温度变化以其可能存在的损伤。

关键词：光纤光栅(FBG) 拱桥吊杆应变温度监测

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拱桥吊杆锈蚀高强钢丝疲劳性能试验研究

土木工程学报 2015年第11期48卷 68-76页

作者：李晓章谢旭潘骁宇孙文智朱汉华浙江大学浙江杭州310058 金华市公路管理局浙江金华321017 浙江省公路管理局浙江杭州310009

为了评价拱桥服役吊杆的残余寿命,以使用10余年的吊杆高强钢丝为对象,通过自然锈蚀、人工锈蚀及机械损伤方法得到轻微锈蚀、严重锈蚀以及点蚀状态的钢丝样本,根据拉伸试验和疲劳试验、破坏断口形貌分析,研究了锈蚀钢丝的拉伸性能、疲劳... 详细信息

为了评价拱桥服役吊杆的残余寿命,以使用10余年的吊杆高强钢丝为对象,通过自然锈蚀、人工锈蚀及机械损伤方法得到轻微锈蚀、严重锈蚀以及点蚀状态的钢丝样本,根据拉伸试验和疲劳试验、破坏断口形貌分析,研究了锈蚀钢丝的拉伸性能、疲劳寿命以及破断机理。在此基础上用精细有限元计算模型分析蚀坑对钢丝应力集中的影响。试验结果表明,锈蚀对钢丝的拉伸强度影响不大,承载力变化主要取决于钢丝有效截面的减少程度;锈蚀导致钢丝的延性下降;钢丝疲劳性能受锈蚀程度的影响具有先敏感后迟钝的特征,即锈蚀初期钢丝的疲劳寿命因锈蚀而显著降低,但进一步锈蚀引起的钢丝疲劳寿命下降不明显。有限元分析结果表明,点蚀钢丝的疲劳寿命不仅取决于蚀坑底部的应力集中程度,还受到应力集中区域的影响。

关键词：拱桥吊杆高强钢丝锈蚀疲劳性能

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拱桥吊杆更换桥面位移控制研究

低温建筑技术 2022年第9期44卷 95-97,105页

作者：王宇黑龙江工业学院黑龙江鸡西158100

为研究使用兜吊法进行拱桥吊杆更换过程的安全性,提出一种简化桥面位移计算方法。通过采用理论计算方法对拱桥吊杆更换方案进行研究,并于桥面位移实测值进行对比。结果表明计算值与实测结果拟合较好,该计算方法简单易行,精度高,可用于... 详细信息

为研究使用兜吊法进行拱桥吊杆更换过程的安全性,提出一种简化桥面位移计算方法。通过采用理论计算方法对拱桥吊杆更换方案进行研究,并于桥面位移实测值进行对比。结果表明计算值与实测结果拟合较好,该计算方法简单易行,精度高,可用于拱桥吊杆的拆除。

关键词：拱桥吊杆兜吊法桥面位移实测

基于导波多点散射的在役拱桥吊杆腐蚀损伤识别

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振动与冲击 2021年第19期40卷 295-301页

作者：陈鑫朱劲松林阳子官幼平天津大学建筑工程学院天津300072 中铁大桥科学研究院有限公司武汉430034 广东荣骏建设工程检测股份有限公司广州528251 深圳市索杆桥梁工程检测有限公司广东深圳518000

为保障在役拱桥吊杆的健康与安全,针对吊杆的多点腐蚀特征,提出了一种基于多点散射回波的无参考腐蚀损伤识别方法。通过引入分形函数模拟钢丝锈蚀表面,建立了多点腐蚀钢丝的有限元模型;采用小波变换提取多点散射回波的多尺度能量谱,并... 详细信息

为保障在役拱桥吊杆的健康与安全,针对吊杆的多点腐蚀特征,提出了一种基于多点散射回波的无参考腐蚀损伤识别方法。通过引入分形函数模拟钢丝锈蚀表面,建立了多点腐蚀钢丝的有限元模型;采用小波变换提取多点散射回波的多尺度能量谱,并将其作为特征向量构建腐蚀指标,分析了导波频率对腐蚀识别结果的影响,并对某在役拱桥吊杆进行实桥检测和现场开窗验证。结果表明:不同腐蚀程度下,散射回波的多尺度能量谱变化显著,基于散射回波多尺度能量谱的腐蚀指标随腐蚀程度的增加线性上升;随着导波频率的增加,其识别指标的损伤敏感性上升。较10 kHz相比,50 kHz和100 kHz的敏感性系数K值分别增加了6.13%,131.902%;吊杆实测腐蚀指标差异明显,指标值分布在3.91~9.65,吊杆现场开窗检测结果与腐蚀指标识别结果一致。

关键词：拱桥吊杆腐蚀损伤识别导波多点散射

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重载保通需求下拱桥吊杆更换关键技术

中外公路 2022年第3期42卷 122-127页

作者：杨浩卢文胜同济大学上海市200092 上海浦东新区公路建设发展有限公司上海市200135

当吊杆拱桥服役时间接近吊杆设计使用年限时常进行吊杆更换施工,但目前中国针对通行状态下更换拱桥吊杆的案例仍较为鲜见。考虑拱桥重载保通实际运行需求,探讨更换吊杆过程中主要工序优化,提出施工过程监测环境温度与车辆荷载影响等关... 详细信息

当吊杆拱桥服役时间接近吊杆设计使用年限时常进行吊杆更换施工,但目前中国针对通行状态下更换拱桥吊杆的案例仍较为鲜见。考虑拱桥重载保通实际运行需求,探讨更换吊杆过程中主要工序优化,提出施工过程监测环境温度与车辆荷载影响等关键参数修正方法,以及短吊杆内力精确测量方法,并对重载保通需求下拱桥吊杆更换施工效果进行评估。结果表明:重载保通工况下拱桥吊杆更换施工的各项控制指标均满足设计及规范要求,所提出的技术方法可为同类型桥梁吊杆更换提供借鉴参考。

关键词：拱桥吊杆重载保通更换施工工序优化参数修正控制指标

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声发射技术在拱桥吊杆损伤监测中的应用

沈阳建筑大学学报（自然科学版） 2007年第1期23卷 6-10页

作者：李冬生欧进萍哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150090

目的为了克服常规无损检测方法不能动态监测吊杆损伤程度和类型,提出利用声发射技术监测吊杆损伤的活性.方法使用上升时间和持续时间关系图确定有效信号,设置浮动门槛值和增设警卫传感器去掉环境噪声;运用声发射参数法分析吊杆内水泥砂... 详细信息

目的为了克服常规无损检测方法不能动态监测吊杆损伤程度和类型,提出利用声发射技术监测吊杆损伤的活性.方法使用上升时间和持续时间关系图确定有效信号,设置浮动门槛值和增设警卫传感器去掉环境噪声;运用声发射参数法分析吊杆内水泥砂浆和钢绞线的损伤程度,并且还使用波形分析技术判断吊杆的损伤类型;在此基础上,对四川峨边大渡河拱桥的所有吊杆进行了全面的声发射在线监测.结果结果表明声发射信号幅值、能量、计数随时间实时变化图能直观显示吊杆的损伤程度关系;波形和频率范围上的差异能有效判断各种损伤类型,其监测结果与实际情况非常吻合.结论采用合理的降噪手段和识别方法,能够从强噪声环境中提取有效声发射信号,声发射特征参数相关图和波形分析技术能够动态监测拱桥吊杆的损伤程度和类型.

关键词：拱桥吊杆损伤声发射技术参数法波形分析技术