锈蚀高强钢丝及拉索承载性能退化的概率评估

项目来源

国家自然科学基金(NSFC)

项目主持人

周海俊

项目受资助机构

深圳大学

立项年度

2017

立项时间

未公开

项目编号

51778372

项目级别

国家级

研究期限

未知 / 未知

受资助金额

60.00万元

学科

工程与材料科学-建筑与土木工程-结构工程

学科代码

E-E08-E0804

基金类别

面上项目

关键词

评估 ; 腐蚀 ; 强度 ; 拉索 ; 随机 ; cable ; stochastic ; corrosion ; strength ; evaluation

参与者

李利孝;任宏伟;吴凌壹;周一帆;杨昕;齐盛珂;周现宝;梁雪冰;刘智超

参与机构

济南大学

项目标书摘要:本项目将结合实桥锈蚀拉索取样和实验室加速腐蚀模型拉索、高强钢丝腐蚀形貌观测统计、锈蚀高强钢丝及小尺寸拉索模型加载实验、有限元和蒙特卡罗法模拟分析,及概率理论研究锈蚀拉索的承载性能退化规律。首先通过实验室加速腐蚀HDPE护套包裹高强钢丝拉索模型,结合实桥锈蚀拉索样本,观测统计锈蚀钢丝的均匀锈蚀和坑蚀分布特征参数及位置相关性。进一步通过锈蚀钢丝的有限元模拟和加载实验,确定锈蚀高强钢丝的应力—应变本构关系参数和疲劳寿命参数退化的概率分布函数及其与腐蚀形貌参数的相关性。采用蒙特卡罗法模拟加载并统计分析锈蚀拉索承载性能退化特点,并推导半解析半数值的锈蚀拉索静力承载性能和疲劳寿命的概率分布函数并以蒙特卡洛方法模拟结果予以修正。再进一步采用锈蚀小尺寸拉索模型加载实验结果验证,最终揭示锈蚀拉索承载性能退化机理和演变规律。本项目研究成果为锈蚀拉索承载性能的概率评估方法提供理论依据,具有广阔的应用前景。

Application Abstract: Cable supported bridges are widely built in recent three decades.As time passing by,the load carrying capacity of cables are deteriorated due to high strength steel wire corrosion.Some stay cables and hangers are even broken without any warning due to poor maintenance and residue strength assessment of corroded cable becomes a pressing and challenging task.This project will get the corroded high strength wire from bridge site and by accelerated corrosion of HDPE sheath coated high strength steel wire firstly.The statistical analysis of corrosion surface pits and uniform corrosion of corroded wire will then carried out to get the parameters of distribution models,the relationship between corrosion parameters of different located wires can also be derived.Numerical simulation will be carried out to identify and quantify the effects of pitting corrosion on strength degradation of corroded wires.Static tension loading and fatigue loading test on corroded wires will further carried out to derive degradation parameters of probabilistic distribution functions for stress-strain relation and fatigue life.Based on the derived probabilistic distribution model for the corroded wire,stochastic strength and fatigue life of corroded cable will be further assessed by Monter Carlo method.The degradation characteristic of load carrying capability of corroded cable will be analyzed.The semi analytical and semi numerical probabilistic distribution model for strength and fatigue life of corroded cable will be further deducted and updated by the Monter Carlo simulation result.Static loading test and fatigue test of small scale corroded cable model will also be conducted to verify the analytical and simulation results.This work can reveal degradation mechanism and evolution of loading capability of corroded cable.It will be the foundation work of stochastic strength and fatigue life evaluation of corroded cable,and it has wide application perspective in the future.

项目受资助省

广东省

项目结题报告(全文)

本项目将结合实桥锈蚀拉索取样和实验室加速腐蚀模型拉索、高强钢丝腐蚀形貌观测统计、锈蚀高强钢丝及小尺寸拉索模型加载实验、有限元和蒙特卡罗法模拟分析,及概率理论研究锈蚀拉索的承载性能退化规律。首先通过实验室加速腐蚀HDPE护套包裹高强钢丝拉索模型,结合实桥锈蚀拉索样本,观测统计锈蚀钢丝的均匀锈蚀和坑蚀分布特征参数及位置相关性。进一步通过锈蚀钢丝的有限元模拟和加载实验,确定锈蚀高强钢丝的应力—应变本构关系参数和疲劳寿命参数退化的概率分布函数及其与腐蚀形貌参数的相关性。采用蒙特卡罗法模拟加载并统计分析锈蚀拉索承载性能退化特点,并推导半解析半数值的锈蚀拉索静力承载性能和疲劳寿命的概率分布函数并以蒙特卡洛方法模拟结果予以修正。再进一步采用锈蚀小尺寸拉索模型加载实验结果验证,最终揭示锈蚀拉索承载性能退化机理和演变规律。本项目研究成果为锈蚀拉索承载性能的概率评估方法提供理论依据,具有广阔的应用前景。

  • 排序方式:
  • 1
  • /
  • 1.斜拉索用高强钢丝腐蚀断面特征及力学性能退化实验研究

    • 关键词:
    • 高强钢丝;盐雾腐蚀;腐蚀率;力学性能;疲劳寿命
    • 齐盛珂
    • 指导老师:深圳大学 周海俊
    • 学位论文

    斜拉索是斜拉桥的主要承重结构,由于保护层破损,腐蚀介质进索体导致斜拉索用高强钢丝腐蚀,斜拉索用高强钢丝腐蚀是斜拉索失效的主要原因之一,高强钢丝性能退化最终导致斜拉索失效。在实际工程中,若只是斜拉索稍微破损而内部高强钢丝尚未腐蚀便进行换索,这会大幅提高桥梁的维护成本,同样会导致原材料的浪费。因此,为了更好地保护桥梁安全、人身安全和社会财产,本文通过对斜拉索用的高强钢丝进行人工加速腐蚀,对腐蚀后的高强钢丝进行力学性能测试,并对相关数据进行统计分析,为斜拉索的换索提供依据,从而更好的解决桥梁维护问题。本文对高强钢丝进行盐雾腐蚀,按照腐蚀天数分为:30d、50d、70d、90d、120d、150d、180d、220d、260d、300d和350d,实验温度为45℃。采用XRD、EDS对锈蚀产物进行分析,结果表明,锈蚀产物中Zn元素逐渐减少、Fe元素逐渐增多,对腐蚀后的高强钢丝进行酸洗,得出Zn含量与腐蚀率之间的关系并依此对不同腐蚀天数的高强钢丝进行分类。对腐蚀后的高强钢丝进行静载试验,结果表明:随着腐蚀率的增加,高强钢丝的极限强度、断后伸长率和屈服强度逐渐降低,弹性模量基本保持不变,采用最小二乘法对腐蚀率与极限强度、屈服强度进行回归分析,得出腐蚀率与极限强度、屈服强度的关系。同时,对不同腐蚀率的高强钢丝进行疲劳试验,通过实验发现,当疲劳寿命在10000与100000期间时,高强钢丝的残余应变增加比较大。当腐蚀率小于4%时,高强钢丝可以达到200万次,符合工程要求;在大于4%时,高强钢丝的疲劳寿命逐渐减小;当腐蚀率达到15%左右时,高强钢丝的疲劳寿命将小于50万次。本文通过人工加速腐蚀和自然腐蚀的高强钢丝进行了系统的试验研究,为保障大跨径斜拉桥的服役性能和安全水平提供了试验与理论基础,具有比较高的社会意义。

    ...
  • 排序方式:
  • 1
  • /