腐蚀对风车联合作用下斜拉桥拉索疲劳可靠性的影响分析

第51卷第1期2020年1月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University(Science and Technology)V ol.51No.1Jan.2020斜拉索损伤对在役斜拉桥体系可靠度的影响颜东煌1，郭鑫1,2(1.长沙理工大学土木工程学院，湖南长沙，410114；2.长沙理工大学长沙理工大公路工程试验检测中心，湖南长沙，410007)摘要：为了研究拉索腐蚀与疲劳损伤对在役斜拉桥服役安全的影响，分析平行钢丝拉索斜拉桥的时变体系可靠度。

采用串-并联模型研究平行钢丝索强度概率受拉索长度和数量的影响，对比拉索断裂产生的静力与动力效应，并基于更新响应面方法捕捉拉索断裂产生的非线性效应。

基于钢丝的疲劳试验结果评估某双塔混凝土斜拉桥的时变体系可靠度。

研究结果表明：腐蚀和未腐蚀拉索20a的抗拉强度均值分别下降32%和13%，基于串-并联模型可捕捉钢丝长度和数量效应对拉索强度概率分布均值和标准差的影响；单根拉索断裂可导致相邻拉索索力静力效应增加7%，而动力效应达到11%；基于更新响应面方法采用20个均匀设计样本点即可捕捉到该非线性效应；在“疲劳”和“腐蚀−疲劳”这2种损伤作用下，该斜拉桥在第20年的结构体系可靠指标由4.62分别下降至4.42和和2.46，表明腐蚀效应对斜拉桥运营期体系可靠度影响显著。

关键词：斜拉桥；斜拉索；体系可靠度；腐蚀；损伤中图分类号：U441+.4；U448.25文献标志码：A文章编号：1672-7207（2020）01-0213-08Influence of damage of stay cables on system reliability ofin-service cable-stayed bridgesYAN Donghuang1,GUO Xin1,2(1.School of Civil Engineering,Changsha University of Science&Technology,Changsha410114,China;2.Institute of Highway Detection,Changsha University of Science&Technology,Changsha410007,China)Abstract:In order to study the influence of cable corrosion and fatigue damage on the service safety of in-service cable-stayed bridges,the reliability index of time-varying system of parallel steel cable cable-stayed bridges was analyzed.The series-parallel model was used to study the influence of the characteristic parameters of the parallel cable strength probability on the length and quantity of the cable.The static and dynamic effects generated by the cable break were compared,and the non-resistance response surface method was used to capture the nonlinear of the cable break.Based on the fatigue test results of steel wire,the reliability of time-varying system of a double-tower concrete cable-stayed bridge was evaluated.The results show that the average tensile strength of corrosion DOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2020.01.024收稿日期：2019−03−05；修回日期：2019−05−22基金项目(Foundation item)：国家重点基础研究发展规划(973计划)项目(2015CB057701)；国家自然科学基金资助项目(51678068)(Project(2015CB057701)supported by the National Basic Research Development Program(973Program)of China;Project(51678068)supported by the National Natural Science Foundation of China)通信作者：郭鑫，博士研究生，从事桥梁结构可靠度评估与安全控制研究；E-mail:****************第51卷中南大学学报(自然科学版)and uncorroded cables decreases by32%and13%after20a,respectively.Based on the series-parallel model,the length and quantity effects of the steel wire can be captured for the mean and standard deviation of the cable strength probability distribution.Single cable breaks can cause the static force effect of adjacent cables to increaseby7%,while the dynamic effect reaches11%.This nonlinear effect can be captured by using20uniform design sample points based on the updated response surface method.With the two damages of fatigue and corrosion-fatigue,the reliability index of the cable-stayed bridge in the20th year decreases from4.62to4.42and2.46, respectively.This phenomenon indicates the significant effect of corrosion on the reliability of the cable-stayed bridge during the operation period.Key words:cable-stayed bridge;stay cable;system reliability;corrosion;damage斜拉桥具有跨越能力大、经济性能好、外观优美等优点，是中大跨度桥梁的首选桥型。

斜拉桥斜拉索的主要病害及成因分析斜拉桥斜拉索的主要病害及成因分析摘要：我国的斜拉桥起步较晚，1975年建成的跨径76m的四川云阳桥是国内第一座斜拉桥，80年代中后期是我国斜拉桥发展的鼎盛时期，至今为止建成或正在施工的斜拉桥共有100余座，其中跨径大于200m的有52座。

跨度超过400m的斜拉桥已达20座，居世界首位。

由于斜拉桥的成桥使用条件比较复杂且防护技术也不完善，因此，在斜拉桥运营若干年之后，桥体不可避免地会出现许多病害。

拉索是斜拉桥的主要受力构件，对斜拉结构桥梁的结构安全和实用寿命具有直接的重要影响。

然而，斜拉索从出现时起，就不可避免地受到腐蚀退化、振动疲劳衰减等各种不利因素的作用。

关键词：斜拉索；防护系统；主要病害；成因分析中图分类号： U448 文献标识码： A1.拉索病害及成因分析在斜拉桥设计、施工和使用过程中，尽管对斜拉索采取了各种防腐、减隔振措施，但由于方法、工艺、材料等不合理，使得斜拉索病害已成为制约斜拉桥使用寿命的关键性因素。

因此，分析斜拉索病害原因，在设计、施工和使用斜拉桥时给予足够的重视，并采取各种有效措施延长拉索的使用寿命。

1.1拉索腐蚀腐蚀是物质与介质作用而引起的变质或破坏。

由于腐蚀过程是自发的，所以在斜拉桥整个寿命期内，拉索的腐蚀破坏将会始终存在。

①拉索腐蚀部位拉索钢丝腐蚀程度基本上取决于橡胶护套的破损程度，因为这是雨水或露水顺钢索流入或渗入护套内产生的结果，所以钢丝腐蚀有两个明显特点：腐蚀程度大体遵循“上轻下重”规律，即处于较高位置的钢丝腐蚀较轻，处于较低位置的钢丝腐蚀较重；腐蚀较严重的部位，往往是靠近护套破损的部位以及破损处以下的一段部位。

②拉索腐蚀成因拉索遭受腐蚀的原因，主要是因为防护系统老化而出现大量的微孔、裂纹或裂缝，从而不能有效地隔绝空气、水汽、水和腐蚀介质。

这些物质进入护套后，容易在钢丝表面形成水膜，使钢丝发生电化学腐蚀，水膜中溶解的腐蚀介质，如S02和橡胶挥发物，对锌层腐蚀还有明显加速作用。

腐蚀环境下斜拉索承载力评价模型研究
谢民滇;谢发祥;胡星宇;吉伯海
【期刊名称】《交通科学与工程》
【年(卷),期】2017(033)003
【摘要】为了分析和确定腐蚀环境下的斜拉索可靠度及斜拉索换索时机,在已有的斜拉索腐蚀分布模型研究的基础上,建立了腐蚀钢丝的有限元模型.通过计算,分析了腐蚀程度对钢丝承载力的影响,并拟合得到钢丝承载力与腐蚀程度之间的关系式.研究结果表明:腐蚀程度对拉索钢丝承载力的影响显著,钢丝的承载力随腐蚀程度的加深不断下降.结合并列模型理论,提出了腐蚀斜拉索承载力的退化模型,并利用该模型,分析了实际工程中某斜拉桥拉索的可靠度随腐蚀程度和服役年龄的变化,验证了该模型的应用价值.
【总页数】7页(P23-29)
【作者】谢民滇;谢发祥;胡星宇;吉伯海
【作者单位】河海大学土木与交通学院,江苏南京 210098;河海大学土木与交通学院,江苏南京 210098;河海大学土木与交通学院,江苏南京 210098;河海大学土木与交通学院,江苏南京 210098
【正文语种】中文
【中图分类】U445.7+3
【相关文献】
1.腐蚀斜拉索钢丝承载力的影响因素研究 [J], 岳红宇;刘发;谢民滇
2.腐蚀斜拉索承载力退化模型研究 [J], 刘发;岳红宇;谢民滇;胡星宇
3.基于索力误差大跨径矮塔斜拉桥极限承载力研究 [J], 孙淑强
4.斜拉索人行天桥承载力研究 [J], 杜明阳;闫啸坤
5.斜拉索人行天桥承载力研究 [J], 杜明阳;闫啸坤
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斜拉桥拉索常见病害成因分析斜拉桥拉索常见病害成因分析摘要：在国内，斜拉桥以其跨越能力和独特的美观效果在近二十年内得到长足的发展和广泛的应用。

然而，由于斜拉桥结构体系的复杂性、材料本身的缺陷，施工技术、方法、质量问题，环境腐蚀，车辆超载及运营期养护管理不到位等因素，建成的斜拉桥的拉索出现了不同程度的病害。

本文归纳总结斜拉桥拉索的主要病害，并对病害的产生原因进行分析。

关键词：斜拉索病害成因分析1 引言斜拉索是斜拉桥的主要承重结构之一，其安全性直接影响到斜拉桥的安全。

然而由于拉索材料和技术上的问题，斜拉桥的耐久性没有得到应有的保证，这使得桥梁养护管理者不得不面对着大量的斜拉桥换索问题。

本文归纳总结了已有的斜拉索病害现象及其产生的原因。

2 拉索病害及原因分析斜拉桥的桥跨结构的重量和桥上承担的活荷载的绝大部分都是通过斜拉索传递到索塔上的。

无论是什么类型的斜拉桥均要求其斜拉索具备良好的抗疲劳性能、耐久性、抗腐蚀性和安全性。

斜拉索因其材料为钢材，故具有易腐蚀的特点。

此外，斜拉索在车辆荷载的反复作用下会产生疲劳，而风荷载引起的抖振、颤振以及因雨水顺索流动而形成的雨振等振动现象加大了斜拉索疲劳作用的影响，同时也破坏了斜拉索的防护体系，加速了斜拉索的锈蚀进程。

在对国内外多座斜拉桥拉索的病害资料进行收集、分析的基础上，对目前普遍使用的斜拉索进行分析，将其主要病害分为以下几类：2.1 拉索护套损伤在各种防护体系类型的斜拉索病害中几乎都出现了护套开裂问题。

常用的PE防护层损伤表现为横向开裂、纵向开裂、刮痕、断开、起皱，脱层、凹坑、翘皮等，拉索PE护套损伤原因主要有以下几点：（1）PE护套长期暴露在空气中，经受着紫外线的照射、雨水冲淋、有害气体的腐蚀和拉伸应力的作用。

其中，拉伸应力作用使得PE 防腐层的分子间产生间隙，紫外线的照射或有害溶剂渗透到间隙中会导致分子间的凝聚力降低，引起分子移动，其宏观表现为PE防护材料的老化和龟裂。

风荷载作用下斜拉桥拉索疲劳可靠性分析查大奎;周武辉【摘要】以某斜拉桥为研究背景，对风载作用下斜拉桥拉索疲劳可靠性和疲劳损伤进行分析。

首先依据当地风速统计资料获得桥梁模拟点的风速时程，对影响桥梁抖振作用下的风荷载进行计算；然后采用自编的风桥动力响应程序，得到风荷载作用下部分斜拉索的应力时程；基于构件累积损伤理论，得到拉索的疲劳可靠度和疲劳损伤。

结果表明：风荷载对长索的损伤影响程度较短索大，抖振作用下，拉索的可靠度都满足使用要求，疲劳寿命满足设计要求，拉索不会破坏。

%Taking a cable-stayed bridge as the research background,the fatigue reliability and fatigue damage of stay cable were analyzed under the action of the wind load.First according to the statistics of the local wind speed to obtain the bridge simulate wind speed time history,the wind load of bridge buffet was calculated.Then using the wind bridge dynamic response includes program to get part stress of the cable under wind load.Based on the cumulative damage theory of the components to get the fatigue reliability and fatigue damage of stay cable.The results show that wind load on the long cable has bigger damage than short cable.Under the effect ofbuffet ,the reliability of cable meet the re-quirement and the fatigue life meet the design requirements,the cable will not damage.【期刊名称】《建材世界》【年(卷),期】2016(037)003【总页数】5页(P79-83)【关键词】斜拉索;疲劳可靠度;疲劳损伤;抖振力【作者】查大奎;周武辉【作者单位】武汉理工大学土木工程与建筑学院，武汉 430070;武汉福星惠誉地产有限公司，武汉 430070【正文语种】中文现代斜拉桥结构主要由索塔、主梁、斜拉索等构件组成，有多种结构体系，索塔支撑着主梁，拉索连接着主梁和主塔，组成一个互相牵连的稳定系统。

张力作用下斜拉桥拉索钢绞线腐蚀行为研究的开题报告一、课题背景与意义斜拉桥通常采用大跨径、高刚度的钢结构，钢索作为主要承载构件，负责承受桥梁的自重、行车荷载和风荷载。

钢缆具有高强度、高延性、耐腐蚀等优良性能，但长期在恶劣外部环境的作用下，钢缆受到腐蚀会导致其性能下降，进而影响结构的承载能力，严重时还会引起断丝事故。

因此，研究斜拉桥拉索钢缆在张力作用下的腐蚀行为，对于提高斜拉桥的安全性、延长斜拉桥的使用寿命具有重要的意义。

二、研究目的与内容本课题的主要目的是研究斜拉桥拉索钢缆在张力作用下的腐蚀行为和损伤机理。

具体研究内容包括：钢缆在不同张力下的腐蚀速率、腐蚀形貌、材料组织和性能的变化等方面进行研究，通过实验测试、理论分析等方法，探究不同腐蚀程度下钢缆的力学性能变化、损伤机理等问题。

三、研究方法和技术路线1. 实验方法：自行设计建立拉索钢缆腐蚀实验系统，对不同张力下的拉索钢缆进行腐蚀实验，通过SEM、EDS等手段分析腐蚀表面形貌、元素分布和化合物成分，结合拉伸试验、疲劳试验等力学性能测试手段，对各项指标进行监测和记录，获得数据，并对数据进行分析和处理。

2. 理论分析：通过对拉索钢缆结构和材料组织的分析，结合电化学腐蚀理论、材料力学理论等，探究拉索钢缆在不同张力下的腐蚀机理，分析拉索钢缆强度、刚度等力学性能的变化规律。

四、研究成果和预期效益本课题的研究成果将有助于加深对斜拉桥拉索钢缆受腐蚀影响的机理及其影响程度的认识，为斜拉桥的设计、检测和维护提供科学依据及技术支持。

在有关斜拉桥的研究和工程应用中具有重要的理论和应用价值，有利于提高对斜拉桥的保养和维修水平，确保斜拉桥的稳定、安全和经济运行。

腐蚀对风车联合作用下斜拉桥拉索疲劳可靠性的影响分析【摘要】本文通过对腐蚀、风车和二者联合作用对斜拉桥拉索疲劳可靠性的影响进行分析。

首先介绍了背景，阐述了研究意义和目的。

接着分析了腐蚀和风车分别对斜拉桥拉索的影响，然后探讨了二者联合作用下的影响。

随后进行了拉索疲劳可靠性分析，提出了影响分析方法。

最后总结了腐蚀和风车联合作用对斜拉桥拉索疲劳可靠性的影响，给出了建议，并展望了未来研究方向。

通过本文的研究可以为斜拉桥的设计和维护提供重要参考，提高其安全性和可靠性。

【关键词】腐蚀、风车、斜拉桥拉索、疲劳可靠性、影响分析、联合作用、结构安全、建议、展望1. 引言1.1 背景介绍斜拉桥是一种常见的大跨度桥梁结构，由主塔、主缆和斜拉桥拉索组成。

拉索作为斜拉桥的重要组成部分，承担着桥梁自重和交通荷载的传递作用。

随着斜拉桥使用年限的增加，拉索可能会受到腐蚀的影响，从而减弱其结构承载能力。

研究腐蚀对斜拉桥拉索的影响以及风车对斜拉桥拉索的影响，特别是两者联合作用下的影响，对于保障斜拉桥结构的安全运行至关重要。

本文旨在通过分析腐蚀和风车联合作用对斜拉桥拉索疲劳可靠性的影响，为斜拉桥结构的设计和维护提供理论依据和技术支持。

1.2 研究意义研究腐蚀对斜拉桥拉索的影响可以为工程实践提供重要参考。

现实中，拉索往往处于恶劣的外部环境中，容易受到腐蚀的影响。

通过研究腐蚀对拉索性能的影响规律，可以为提高拉索的防腐性能和延长其使用寿命提供技术支持。

研究风车对斜拉桥拉索的影响可以为工程设计提供重要参考依据。

风车在桥梁结构周围产生的气流不仅会使拉索受到动态荷载的作用，还会对拉索表面产生振动和压力，从而影响其疲劳寿命。

通过研究风车对拉索的影响规律，可以为改善斜拉桥结构的设计和维护提供参考。

研究腐蚀和风车联合作用对斜拉桥拉索疲劳可靠性的影响，有助于提高斜拉桥结构的安全性和可靠性，对于推动桥梁工程领域的发展具有积极的意义和价值。

1.3 研究目的本文旨在探讨腐蚀对风车联合作用下斜拉桥拉索疲劳可靠性的影响，通过对腐蚀和风车联合作用下斜拉桥拉索的影响进行分析，揭示不同因素对拉索疲劳可靠性的影响规律。