纜索鋼絲階梯狀開裂損傷演化機理分析

《纜索鋼絲階梯狀開裂損傷演化機理分析》是依託同濟大學，由徐俊擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：纜索鋼絲階梯狀開裂損傷演化機理分析
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：徐俊
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

高強鋼絲是橋樑纜索中的關鍵受力構件,但在實橋中大量出現階梯狀開裂病害，威脅結構安全，而目前尚無法解釋這種病害的失效機制。為此申請者在總結以往研究方法和成果的基礎上，提出結合實橋環境進行此種病害的損傷演化機理研究方法。首先調查實橋階梯狀斷絲所處環境，從腐蝕和開裂兩方面角度對階梯狀開裂的影響因素進行研究，總結構成鋼絲階梯狀開裂環境的必要條件。挑選實橋纜索中處於類似條件下的鋼絲進行模擬的實橋環境應力腐蝕與腐蝕疲勞試驗，通過試驗檢測、鋼絲試件失效斷口分析、空間裂紋的裂尖應力強度因子計算，找出鋼絲裂紋形核以及裂紋擴展方向改變的作用機制。在此基礎上，綜合運用電化學理論、斷裂力學理論確定鋼絲階梯狀開裂的失效機理並進行試驗驗證。最後，建立描述鋼絲階梯狀開裂裂紋形核，擴展，方向改變等系列過程的損傷演化模型，為今後預防、檢測、評定纜索病害提供理論基礎與技術支撐。

結題摘要

冷拔高強鋼絲是上世紀誕生的一種主要高強度建築鋼材，其強度可達目前國內所普遍採用低合金結構鋼的3~5倍。冷拔高強鋼絲主要用於橋樑纜索以及各類預應力結構中，並作為其中的關鍵受力構件。然而，在實際套用中，這種材料逐漸暴露出了一些缺陷，除了易於鏽蝕，另一種最主要的不足是在實橋中大量出現階梯狀開裂病害，威脅結構安全。為闡明冷拔高強鋼絲階梯狀開裂病害的機理，本研究項目首先調研了國內外報導存在冷拔高強鋼絲階梯狀開裂的橋樑及其他結構的相關資料，初步認識這種病害的形成條件和可能影響因素。在此基礎之上，分別就可能導致冷拔高強鋼絲階梯狀開裂的兩種可能因素——應力腐蝕和疲勞——展開調查分析。研究內容包括應力腐蝕和疲勞形成鋼絲階梯狀開裂的可能，特點以及有關影響因素。研究表明冷拔高強鋼絲出現階梯狀開裂是由於冷拔高強鋼絲的微觀結構以及冷拔高強鋼絲承受的使用荷載兩方面因素決定的。冷拔高強鋼絲的加工方式所導致的材料中晶體排列方向發生改變是冷拔高強鋼絲出現階梯狀開裂的必要條件，而冷拔高強鋼絲的斷裂韌性及荷載作用是階梯狀開裂出現的關鍵影響因素。由於以上試驗分析並不能提供判斷實際結構中鋼絲開裂機理的直接證據，本研究項目進一步對實際結構中冷拔高強鋼絲的使用環境進行了分析，研究內容包括正常使用荷載作用，疲勞荷載作用，使用環境中的腐蝕介質等。研究結果表明結構中冷拔高強鋼絲普遍承受著較高的拉應力，但是疲勞荷載作用的應力幅並不大，對裂紋擴展的影響較小。此外，腐蝕環境對鋼絲的裂紋形核有著較高的貢獻，鋼絲在腐蝕環境中孔蝕形成的局部缺陷促進了階梯狀開裂的形成。