护套不同破坏形式下钢绞线的腐蚀特性研究.pdf

d o i:j i s s n 收稿日期:基金项目:国家自然科学基金资助项目();广西创新驱动发展专项资助项目(桂科AA )作者简介:虞爱平(),男,博士,教授护套不同破坏形式下钢绞线的腐蚀特性研究虞爱平,冯晓乔,王文(桂林理工大学 土木与建筑工程学院,广西 桂林 ;石家庄铁道大学 土木工程学院,石家庄 )摘要:P E护套破坏是导致斜拉索中钢绞线发生腐蚀的直接原因.为了研究护套不同破坏形式下钢绞线腐蚀形态特征及力学性能退化规律,基于钢绞线电化学加速腐蚀试验,通过静力拉伸试验测定腐蚀钢绞线力学性能参数.结果表明:P E护套在两种破坏形式下钢绞线的锈蚀形态不同.P E护套环向破坏时,腐蚀产物在损伤口两端堆积,而纵向破坏时,腐蚀产物堆积在两侧;通过钢绞线腐蚀损伤评定,发现护套环向破坏时,钢绞线的腐蚀率随着时间呈指数增长,而纵向破坏时为线性增长,说明前者的腐蚀损伤危害要大于后者;护套两种破坏形式下,腐蚀钢绞线的力学性能不同,环向破坏后腐蚀钢绞线的承载力小于纵向破坏形式;在弹性模量和抗拉强度方面,环向破坏时,钢绞线的损伤率在 以内时快速衰减,随后衰减缓慢,而纵向破坏时,腐蚀钢绞线的弹性模量和抗拉强度随损伤率呈线性衰减.P E套管环向破坏时,腐蚀钢绞线的力学性能损耗较大,在实际工程中应当重点关注.关键词:钢绞线;电化学加速腐蚀;环向破坏;纵向破坏;力学性能中图分类号:T G 文献标志码:A文章编号:()S t u d yo nC o r r o s i o nC h a r a c t e r i s t i c so fS t e e l S t r a n d su n d e rD i f f e r e n tD a m a g eM o d e so fS h e a t hYU A i p i n g,F E NGX i a o q i a o,WANG W e n(S c h o o l o fC i v i l a n dA r c h i t e c t u r a lE n g i n e e r i n g,G u i l i nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y,G u i l i n ,G u a n g x i,C h i n a;S c h o o l o fC i v i lE n g i n e e r i n g,S h i j i a z h u a n gT i e d a oU n i v e r s i t y,S h i j i a z h u a n g ,C h i n a)A b s t r a c t:T h ed a m a g eo fP Es h e a t h i s t h ed i r e c tc a u s eo f t h ec o r r o s i o no fs t e e l s t r a n di nt h ec a b l e s t a y e dc a b l e I no r d e rt os t u d yt h ec o r r o s i o n m o r p h o l o g ya n d m e c h a n i c a lp r o p e r t yd e g r a d a t i o no fs t e e ls t r a n du n d e rd i f f e r e n td a m a g e f o r m so f t h es h e a t h,t h em e c h a n i c a lp r o p e r t yp a r a m e t e r so fc o r r o d e ds t e e l s t r a n dw a sd e t e r m i n e db ys t a t i ct e n s i l et e s tb a s e do nt h ee l e c t r o c h e m i c a la c c e l e r a t e dc o r r o s i o nt e s t T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ec o r r o s i o nf o r m so ft h es t e e ls t r a n d u n d e rt w od a m a g e m o d e so ft h e P E s h e a t ha r ed i f f e r e n t Wh e nt h eP Es h e a t hi sd a m a g e dc i r c u m f e r e n t i a l l y,t h ec o r r o s i o np r o d u c t sa c c u m u l a t ea tb o t he n d so f t h ed a m a g ep o r t,w h i l ew h e nt h eP Es h e a t hi sd a m a g e dl o n g i t u d i n a l l y,t h ec o r r o s i o np r o d u c t sa c c u m u l a t eo nb o t hs i d e s T h r o u g hc o r r o s i o nd a m a g ea s s e s s m e n to f t h es t e e ls t r a n d,i t i sf o u n dt h a tt h ec o r r o s i o nr a t eo fs t e e ls t r a n di n c r e a s e se x p o n e n t i a l l y w i t ht i m e w h e nt h es h e a t hi sd a m a g e di nt h ec i r c u m f e r e n t i a l d i r e c t i o n,b u tl i n e a r l yw h e ni ti sd a m a g e dl o n g i t u d i n a l l y,i n d i c a t i n gt h a tt h ec o r r o s i o nd a m a g eo f t h ef o r m e ri sm o r eh a r m f u lt h a nt h el a t t e r T h eb e a r i n gc a p a c i t yo ft h ec o r r o d e ds t e e ls t r a n d 年第期有色金属(冶炼部分)(h t t p:y s y l b g r i mm c n)a f t e rc i r c u m f e r e n t i a ld a m a g ei ss m a l l e rt h a nt h a to ft h el o n g i t u d i n a ld a m a g e m o d e I nt e r m so fe l a s t i cm o d u l u sa n dt e n s i l es t r e n g t h,w h e nt h ed a m a g er a t eo ft h es t e e ls t r a n di sl e s st h a n i nt h ec i r c u m f e r e n t i a l f a i l u r e,t h ed a m a g er a t eo ft h es t e e ls t r a n dd e c r e a s e sr a p i d l ya n dt h e nd e c r e a s e ss l o w l y,w h i l ei nt h el o n g i t u d i n a lf a i l u r e,t h ee l a s t i cm o d u l u sa n dt e n s i l es t r e n g t ho ft h ec o r r o d e ds t e e ls t r a n dd e c r e a s e l i n e a r l yw i t ht h ed a m a g er a t e I nt h ec a s eo fc i r c u m f e r e n t i a l f a i l u r eo fP Ec a s i n g,t h em e c h a n i c a lp r o p e r t y l o s so f c o r r o d e ds t e e l s t r a n d i sg r e a t,w h i c hs h o u l db ep a i da t t e n t i o nt o i np r a c t i c a l e n g i n e e r i n g K e yw o r d s:s t e e ls t r a n d;e l e c t r o c h e m i c a l l ya c c e l e r a t e dc o r r o s i o n;c i r c u m f e r e n t i a ld a m a g e;l o n g i t u d i n a ld a m a g e;m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s斜拉桥是由主梁、斜拉索和索塔三种基本构件组成,其中斜拉索作为整个结构体系的生命线,起着联系和支撑桥面主梁与索塔的作用,但同时也是斜拉桥体系当中最敏感和脆弱的部分 .跨海斜拉桥在服役过程中,斜拉索长期暴露在自然环境中,紫外线和时间效应都会导致斜拉索P E防护套老化开裂,且海水中的氯离子具有强腐蚀性,暴露出来的钢绞线被腐蚀后会大大降低其服役年限和使用寿命.因此,研究钢绞线腐蚀后的承载特性,对斜拉索损伤评估具有重要的实用意义.斜拉索的钢绞线腐蚀问题引起广泛关注,许多学者研究了斜拉索的腐蚀特性.YO O等以在役桥梁上获得的自然腐蚀钢绞线为对象,研究了钢绞线可见区平均腐蚀深度与腐蚀截面损失之间的关系.V E C CH I等运用结构光三维扫描仪对自然腐蚀钢绞线进行分析,研究了钢绞线表面由腐蚀引起的凹坑的几何形态.Z HANG等采用电化学加速腐蚀方法得到不同腐蚀程度的钢绞线,以腐蚀钢绞线的平均截面面积和最小截面面积表征其纵向变异性,对腐蚀钢绞线横截面的纵向变异性进行定量研究.也有学者以工程实例为基础,对桥梁的主缆钢绞线进行锈蚀检测,发现了斜拉索的破坏形式包括防护层破损、拉索内部钢丝腐蚀、绑扎钢丝腐蚀等.并统计了不同锈蚀程度钢绞线的锈迹形态、锈坑类型和面积、深度及丝股直径缩减值,以此为基础,提出了基于外观检测的钢绞线锈蚀标度划分标准及方法 .为了进一步研究腐蚀钢绞线的耐久性,很多学者对腐蚀后钢绞线的力学性能进行了分析.徐俊和L E P I D I等分别通过试验和理论研究分析了腐蚀钢绞线力学性能的变化,但斜拉索腐蚀至断裂的过程尚未考虑.苏达根等 分析广州海印大桥失效钢丝腐蚀损伤原因,并对不同腐蚀程度的钢丝进行了力学性能检测,结果表明,不同腐蚀程度钢丝的力学性能有明显差异,腐蚀较严重段钢丝材质已脆化,伸长率仅 ,基本正常段的钢丝仍具有良好的塑性变形能力.郑亚明等 和许开成等 对电化学加速腐蚀后的钢绞线进行了拉伸试验,发现钢绞线的名义屈服强度、极限抗拉强度、极限伸长率等基本力学性能指标显著下降,且锈蚀使得钢绞线延性变差,塑性变形能力逐渐退化.李富民等 从钢绞线的坑蚀形态特征出发,发现不同的蚀坑形状、尺寸和分布,使钢绞线在静力拉伸断裂不同步,钢绞线的最大承拉力和极限平均应变受蚀坑应力集中和截面削弱的影响而显著降低.实际上,斜拉索内部钢绞线的腐蚀损坏 以上是由P E防护套开裂破损导致的,而环向开裂和纵向开裂是P E防护套常见的两种破坏形式 .前人大多以整根钢绞线为研究对象,对P E护套不同破坏形式下钢绞线的腐蚀特性的研究不足.为此,本文基于钢绞线的电化学加速腐蚀试验,重点分析P E护套环向破坏和纵向破坏两种破坏模式下钢绞线的腐蚀特性,利用单向拉伸试验研究护套不同破坏形式下钢绞线力学性能变化规律,建立腐蚀损伤与钢绞线力学性能的数学模型,为斜拉索损伤评估提供参考依据.试验方案设计 试验步骤本文主要研究的是P E护套不同破损形式对钢绞线腐蚀特性的影响规律,试验思路如下.)模拟P E护套破坏:使用热缩管模拟斜拉索的P E护套,将护套人为破坏成工程中常见的环向破坏和纵向破坏两种模式,并分别编号,其中、为环向破坏,、为纵向破坏,为了保证破坏面积导致的结果差异,将破坏面积控制为 c m,具体破坏形式见图;)腐蚀容器选择:为了便于观察试验发生情况,试验采用透明P V C水管自制电化学腐蚀试验发生装置;有色金属(冶炼部分)(h t t p:y s y l b g r i mm c n)年第期图P E护套两种破坏形式示意图F i g S c h e m a t i cd i a g r a mo f t w od a m a g em o d e so fP Es h e a t h)配置腐蚀溶液:配置浓度为的N a C l溶液作电化学加速锈蚀试验的腐蚀溶液;)试验装置通电:两根钢绞线采用串联电路连接,使用MT D直 流稳压电源 对试验通电,见图.图电化学加速锈蚀试验F i g E l e c t r o c h e m i c a l a c c e l e r a t e dr u s t t e s t)记录数据:将腐蚀后的钢绞线酸洗后,利用游标卡尺、电子天平记录钢绞线的腐蚀深度、腐蚀半径、质量等数据.为防止钢绞线直接接触N a C l溶液,将P E护套破损处用海绵包裹,通过海绵的吸水性逐渐腐蚀钢绞线.钢绞线腐蚀率的测定试验前,利用电子天平和游标卡尺分别测量各试件的初始截面面积s和初始直径h.腐蚀试验后,按照 金属和合金的腐蚀 腐蚀试样上腐蚀产物的清除(G B T )要求,将 m L盐酸与 g六次甲基四胺加蒸馏水配制成 m L溶液.用配制的溶液对腐蚀钢绞线进行反复清洗,确保完全去除腐蚀产物.清洗后的钢绞线先用自来水后用蒸馏水进行充分冲洗,之后在乙醇中彻底冲洗,然后使用吹风机将钢绞线充分吹干.放至干燥处冷却至室温后,再用电子天平和游标卡尺分别测量试件腐蚀后的截面面积s和直径h,并求出试件实际的腐蚀率.经过测量,钢绞线的初始质量为 g,初始直径为 mm.腐蚀钢绞线单向拉伸试验腐蚀钢绞线酸洗烘干后,将钢绞线从中间切割成两段,按照 金属材料拉伸试验 第部分:室温试验方法(G B T ),在万能试验机上进行单向拉伸试验,测定腐蚀后钢绞线的力学性能参数.试验时,用钢绞线专用金刚砂铝夹片将试样两端夹持在试验机上,保证夹持端 长度在夹具内,确保足够夹持力.做好准备工作后,开始进行试验,加 载至试件 断 裂 破 坏,得 到 拉 伸 曲线图.锈蚀时间的确定钢绞线的自然锈蚀很慢,试验中,为了加快试验 年第期有色金属(冶炼部分)(h t t p:y s y l b g r i mm c n)进程,对试件进行通电加速钢绞线锈蚀.根据文献 可知,失重率大于 的钢绞线均有钢丝断裂,为了使锈蚀程度能够反映实际工程中拉索的锈蚀,并且不让钢绞线发生锈蚀断裂,本文以钢绞线 的失重率为上限,其他组试验的失重率分别为、,然后根据法拉第定律计算出不同失重率对应的加速时间 .法拉第第一定律:在电解过程中,阴极上还原物质析出的量与 所通过的 电流强 度 和 通 电 时 间 成正比.mk Qk I t()式中,m为析出的金属质量(g);k为比例常数(电化当量);Q为通过的电量(C);I为电流强度(A);t为通电时间(s).法拉第第二定律:物质的电化当量k与它的化学当量成正比(化学当量是指该物质的摩尔质量M跟它的化合价n的比值)kMF n()式中,F为法拉第常数,C m o l.通过钢绞线的电流可通过以下公式计算:Iid l()式中,i为 钢筋绞线表 面电 流 密 度(A c m);d为钢筋直径(c m);l为钢筋长度(c m).钢筋的原始质量可表示为:m vrl()式中,为钢筋密度(g c m);r为钢筋半径(c m).联合公式()和公式(),钢筋的失重率可表示为析出锈蚀金属质量与原始质量之比:ucmm M i tF r()孙丽雅等 通过试验研究,对钢筋锈蚀定律公式进行了修正,得到适用于钢绞线加速锈蚀的公式:ucM i tF r()取电流密度i为 mA c m,结合公式(),分别取钢筋的失重率为、和,反算出钢 绞 线 锈 蚀 加 速 时 间 分 别 为 、m i n.本试验以腐蚀时间和P E护套破坏形式为试验变量,将试验分为组,每组两个对照试验,将计算的加速锈蚀时间以小时为单位取整数,分别为、h,以此通电时间计算锈蚀率,具体试验分组如表所示.表试验分组情况表T a b l eT a b l eo f e x p e r i m e n t a l g r o u p i n g s试验组别P E护套破坏形式锈蚀时间 h预计失重率 环向破坏(钢绞线)纵向破坏(钢绞线)环向破坏(钢绞线)纵向破坏(钢绞线)环向破坏(钢绞线)纵向破坏(钢绞线)环向破坏(钢绞线)纵向破坏(钢绞线)注:锈蚀时间按照实际的试验时间为准.预设的失重率是为了防止钢绞线全部腐蚀发生断裂.本文的研究为钢绞线局部腐蚀,实际失重率与预计有一定差别.试验结果及分析 钢绞线锈蚀形态图为钢绞线腐蚀产物和外观形态特征图.在护套破损口处,钢绞线被均匀腐蚀,腐蚀产物呈黑色,表面有少量砖红色浮锈,腐蚀产物体积膨胀.分析其原因,当钢绞线发生电化学反应时生成F e(OH),F e(OH)不稳定,容易分解成F eOnHO(红锈),氧化不完全的变成F eO(黑锈).)P E护套破坏形式对钢绞线腐蚀特征影响根据试验结果分析可得,钢绞线的腐蚀作用不仅发生在护套的破损处,由于腐蚀溶液的渗流迁移,腐蚀作用会沿着钢绞线纹路向护套内部发展.P E护套环向破坏时,由于护套的约束作用,钢绞线腐蚀产物不断往破损口两端堆积,形成鼓包.溶液从破损口沿钢绞线环向六条纹路渗流,纹路处被轻微锈蚀.P E护套纵向破坏时,铁锈在纵向破损口宽度范围内少量堆积,在破损口长度范围内,铁锈向 两边膨胀,将 破 损 口 护 套 稍 微 撑开,溶液沿破损口宽边两条或三条纹路渗流,纹路处被锈蚀.由此可知,P E护套破损形式决定钢绞线腐蚀行为特征,护套破损形式不同,钢绞线腐蚀特征也不相同.)锈蚀时间对钢绞线腐蚀特征影响为了便于测量钢绞线腐蚀后破损口的直径和高度,将钢绞线进行酸洗除锈处理,见图.从试验结果可知,无论是环向破坏还是纵向破坏,钢绞线在护套破损处出现较严重的局部腐蚀损伤,在护套未破损处,钢绞线失去金属光泽,但基本保持原状,只在钢绞线纹路间有轻微均匀腐蚀,并且可以看出,随着加速锈蚀时间的增加,钢绞线腐蚀深度增加,截面损失增大,腐蚀较严重时,钢绞线甚至出现断丝.腐蚀时间为 h时,和钢绞线的破损口均有轻微有色金属(冶炼部分)(h t t p:y s y l b g r i mm c n)年第期腐蚀,但腐蚀未向破损口两端发展,环向破坏形式下,腐蚀后直径平均减少 mm,纵向破坏形式下,腐蚀后深度平均减少 mm;腐蚀时间为 h时,环向破坏直径平均减少 mm,纵向破坏腐蚀深度平均减少 mm;腐蚀时间为 h时,腐蚀面 积 进 一 步 增 大,环 向 破 坏 直 径 减 少 到 mm,纵向破坏深度减少到 mm;腐蚀时间为 h时,环向破坏钢绞线边丝基本全部被腐蚀,纵向破坏钢绞线三根边丝被锈断,和钢绞线的直径和高度分别减少 和 mm.图不同腐蚀时间下钢绞线腐蚀产物和外观形态特征图F i g C o r r o s i o np r o d u c t sa n da p p e a r a n c ec h a r a c t e r i s t i c so f s t e e l s t r a n d su n d e rd i f f e r e n t c o r r o s i o nt i m e图不同腐蚀时间下腐蚀钢绞线酸洗后外观图F i g A p p e a r a n c eo f c o r r o d e ds t e e l s t r a n da f t e rp i c k l i n gu n d e rd i f f e r e n t c o r r o s i o nt i m e综上可知,P E护套破坏模式会影响钢绞线的腐蚀特征,腐蚀时间越长,钢绞线损伤程度越大;斜拉索内钢绞线腐蚀发生的部位不仅仅是在护套破损处,还在靠近护套破坏口的一段范围内.钢绞线腐蚀损伤评定钢绞线表面积难以测量,难以用腐蚀面积与总面积之比来评定钢绞线腐蚀损伤,因此通常用失重法、截面损失法以及腐蚀深度法评定钢绞线腐蚀损伤 .根据钢绞线试样腐蚀特征,P E护套环向破坏情况下,钢绞线破损口的直径逐渐减小,纵向破坏时,钢绞线破损口的腐蚀深度不断增加,因此分别使用截面损失法和腐蚀深度法评定P E护套环向破坏和纵向破坏情况下钢绞线的腐蚀情况,而失重法两种情况均适用,如图所示.年第期有色金属(冶炼部分)(h t t p:y s y l b g r i mm c n)图P E护套不同破坏形式下的损伤模式示意图F i g S c h e m a t i cd i a g r a mo fd a m a g em o d e so fP Es h e a t hu n d e rd i f f e r e n td a m a g em o d e s)失重法失重法即腐蚀前后钢绞线的质量之比:W()mmm ()式中,m为腐蚀前质量(g);m为腐蚀后质量(g);W为质量损失百分比().)截面损失法采用环向截面面积的减小量,评定P E护套环向破坏钢绞线的腐蚀损伤:S()sss ()式中,s为腐蚀前试件截面面积(mm);s为腐蚀后试件截面面积(mm);S为截面面积损失百分比().)腐蚀深度法纵向破坏时,根据钢绞线的腐蚀深度评定损伤情况:H()hhh ()式中,h为腐蚀前试件高度(mm);h为腐蚀后试件高度(mm);H为深度损失百分比().将酸洗后的试件进行称重、测量,根据公式()()计算腐蚀后钢绞线的失重率及不同破坏形式下的损失率,结果如表所示.表P E护套不同破坏形式下的损伤率T a b l eD a m a g e r a t eo fP Es h e a t hu n d e rd i f f e r e n td a m a g em o d e s编号腐蚀时间 h腐蚀前质量 g腐蚀后质量 g初始截面面积 mm损失截面面积 mm径向初始深度 mm损失深度 mm失重率 环向损失率 纵向损失率 从表可知,腐蚀时间相同时,两种破坏形式下钢绞线的失重率差别不大.环向破坏和纵向破坏钢绞线的损失率随时间的变化关系如图所示,P E护套不同破坏形式下的钢绞线损伤规律明显不同.相同时间下,护套环向破坏的损失率要比纵向破坏大.对两种破 坏 形 式 下 的 损 伤 率 进 行 曲 线 拟合,发现护套环向破坏下,其损伤率随时间呈指数增长,腐蚀时间越长,损伤率的增长越快;而护套纵向破坏形式下则为线性增长,损伤率随时间均匀增大,线性相关率均达到 以上.P E护套环向破坏时,钢绞线沿径向一圈裸露在外,腐蚀溶液从四周不断腐蚀钢绞线;而在纵向破坏形式下,腐蚀溶液只从钢绞线截面上端接触,无法从四周浸入钢绞线,故损伤率较小.因此,P E护套环向破坏的危害远大于纵向破坏,且时间效应显著.接下来将从力学性质和力学性能退化分析P E护套破坏形式对钢绞线腐蚀规律的影响.有色金属(冶炼部分)(h t t p:y s y l b g r i mm c n)年第期图P E护套不同破坏形式下腐蚀时间与损伤率的关系F i g R e l a t i o n s h i p sb e t w e e nc o r r o s i o nt i m ea n dd a m a g er a t eo fP Es h e a t hu n d e rd i f f e r e n td a m a g em o d e s 锈蚀钢绞线力学特性分析腐蚀后,环向受损钢绞线和纵向受损钢绞线的力位移曲线如图所示.由图可知,不同损伤形式下,钢绞线的力位移曲线特征显著不同.环向破坏下,钢绞线主要分为弹性阶段和破坏阶段;而纵向破坏下,钢绞线从弹性阶段塑性阶段破坏阶段;随着腐蚀损伤程度增加,钢绞线承受的最大力不断减小.、环向受损钢绞线承受的最大力分别为 、和 k N;、纵向受损钢绞线承受的最大力分别为 、和 k N.环向破坏形式下,腐蚀钢绞线能承受的最大力均小于纵向破坏形式.由图可知,钢绞线由根侧丝和根中心丝组成.环向破坏形式下,根侧丝均有不同程度的腐蚀,拉伸过程中,在腐蚀损伤处产生应力集中,钢绞线的六根侧丝都发生脆性断裂,故在力位移曲线图中只存在弹性阶段和破坏阶段;对于纵向受损钢绞线,钢绞线一侧钢丝腐蚀较严重,另一侧钢丝未发生腐蚀.拉伸过程中,受到腐蚀的侧丝首先断裂,造成钢绞线承载能力下降.随后,剩余钢绞线继续受力加载,直至破坏.因此,纵向破坏形式下,钢绞线力位移曲线会存在一个塑性屈服平台.结合图和图可知,P E护套不同的破坏形式对钢绞线的腐蚀特性和力学特性影响显著.腐蚀后,纵向破坏形式下钢绞线的力学性能总体上要大于环向破坏.因此,P E护套发生环向破坏的危害要大于纵向破坏,在实际工程中需要引起重视.腐蚀钢绞线力学性能退化分析本研究中,每根钢绞线布置了上下两个损伤口,由于篇幅原 因,上述研 究 只 分 析 了 一 个 损 伤口.为了更加深入研究腐蚀钢绞线的力学退化性能,将结合所有损伤口的数据进行分析.P E护套环向破损和纵向破损时,钢绞线的腐蚀损伤形式和腐蚀损伤评定方法不一样,其力学性能变化规律也有所差别.为了研究钢 绞线 腐 蚀 损 伤 程 度与力学性能折减关系,将不同腐蚀损伤形式下钢绞线弹性模量和抗拉强度绘制成散点图,结果如图(a)所示.图腐蚀钢绞线力位移曲线F i g F o r c e d i s p l a c e m e n t c u r v e so f c o r r o d e ds t e e l s t r a n d 年第期有色金属(冶炼部分)(h t t p:y s y l b g r i mm c n)图腐蚀钢绞线力学性能参数变化曲线F i g C h a n g ec u r v e so fm e c h a n i c a l p r o p e r t i e sp a r a m e t e r so fd a m a g e dc o r r o d e ds t e e l s t r a n d s由图(a)可知,环向腐蚀损伤钢绞线弹性模量和抗拉强度随钢绞线腐蚀损伤率变化总体趋势相似.当腐蚀损伤率小于 时,钢绞线弹性模量和抗拉强度折线图的斜率较大,说明钢绞线腐蚀损伤率在该范围内,其力学性能折减程度较大.其中抗拉强度损失 ,弹性模量减少 .腐蚀损伤率在 时,钢绞线力学性能变化较平缓,其弹性模量和抗拉强度继续减小,但减小幅度不大.在该范围内,抗拉强度损失 ,弹性模量减少 .腐蚀损伤率在 时,钢绞线中心丝未腐蚀,侧丝存在腐蚀断裂的情况,钢绞线的弹性模量和抗拉强度等效于中心丝的弹性模量和抗拉强度.因此在该阶段,钢绞线力学性能参数有所增大.对于环向腐蚀损伤钢绞线,其力学性能大部分损失在前 的腐蚀损伤率范围内,随着腐蚀损伤率的增加,力学性能折减幅度逐渐减小.纵向腐蚀损伤钢绞线弹性模量和抗拉强度与钢绞线腐蚀损伤率具有较好的线性关系,钢绞线弹性模量和抗拉强度随腐蚀损伤率增加而不断减小,如图(b)所示.对纵向腐蚀损伤钢绞线力学性能散点图进行线性拟合,得到纵向腐蚀钢绞线弹性模量与腐蚀损伤率的关系如式()所示,其相关系数为 .y x x ()纵向腐蚀损伤钢绞线抗拉强度与腐蚀损伤率的关系如式()所示,其相关系数为 .y x x ()在加速锈蚀试验中,当腐蚀损伤率在 时,纵向腐蚀损伤钢绞线在破损口一侧腐蚀较严重,中心丝未腐蚀,侧丝没有腐蚀断裂.当腐蚀损伤率继续增大,腐蚀从一侧超过中心丝后,钢绞线的力学性能随腐蚀损伤率变化规律可能会不满足以上线性关系.因此公式()和公式()只适用于纵向腐蚀损伤率在 的钢绞线.结论通过钢绞线电化学加速腐蚀试验和静力拉伸试验,从钢绞线锈蚀形态、腐蚀损伤评定、力学性能和力学退化特性几个方面分析,研究了P E护套环向破坏和纵向破坏形式下钢绞线的腐蚀规律.得到以下结论:)在护套破损处,钢绞线发生较严重的局部腐蚀损伤.环向破坏时,腐蚀产物堆积在破坏口两端形成鼓包,而纵向破坏时鼓包堆积在破坏口侧边.随着腐蚀时间增加,钢绞线腐蚀向护套破损口以外发展.)利用截面损失法和深度损失法,分别对环向破坏和纵向破坏形式下钢绞线的腐蚀率进行计算,发现环向破坏形式下,钢绞线的腐蚀率随着时间的增加呈指数型增长,而纵向破坏形式下呈线性增长,P E护套环向破坏形式下对钢绞线的腐蚀影响较大.)P E护套不同破坏形式下,钢绞线的力学性能表现不同.环向破坏形式下,钢绞线的力位移曲线图分为弹性阶段和破坏阶段,而纵向破坏形式下的力位移曲线图有明显的屈服平台,且纵向破坏形式下腐蚀钢绞线能承受的最大力要大于环向破坏下的钢绞线.P E护套发生环向破坏的危害要大于纵向破坏.)环向破坏时,钢绞线的抗拉强度和弹性模量有色金属(冶炼部分)(h t t p:y s y l b g r i mm c n)年第期在腐蚀刚开始阶段显著下降,随后缓慢下降;纵向破坏时,其弹性模量和抗拉强度随腐蚀损伤率的增大不断减小,在一定范围内具有较好的线性关系.参考文献张欣欣高速铁路大跨度刚构部分斜拉桥设计关键技术J铁道建筑,():Z HAN G X X K e yd e s i g nt e c h n i q u e so fh i g hs p e e dr a i l w a yl o n g s p a nr i g i df r a m ee x t r a d o s e db r i d g eJR a i l w a yE n g i n e e r i n g,():安云岐,陈阶亮,洪伟海洋环境钢桥梁电弧喷铝复合涂层体系防护寿命预测J有色金属(冶炼部 分),(增刊):ANY Q,CHE NJL,HONG W L i f ef o r e c a s to na r cs p r a y i n ga l u m i n i u m m u l t i p l e xc o a t i n g sf o rs t e e lb r i d g ei n m a r i n e e n v i r o n m e n tJN o n f e r r o u sM e t a l s(E x t r a c t i v eM e t a l l u r g y),(S u p p l ):Y O OCH,P A R K Y C,K I M H K S e c t i o nl o s si nn a t u r a l l yc o r r o d e d w i r e s t e e ls t r a n d si n e x t e r n a lt e n d o n sJ S t r u c t u r ea n dI n f r a s t r u c t u r eE n g i n e e r i n g,():V E C CH IF,F R AN C E S CH I N IL,T ON D O L OF,e ta l C o r r o s i o nm o r p h o l o g yo fp r e s t r e s s i n gs t e e ls t r a n d si nn a t u r a l l yc o r r o d e d P C b e a m sJ C o n s t r u c t i o n a n dB u i l d i n gM a t e r i a l s,:D O I:j c o n b u i l d m a t Z HAN G W P,L IC K,GU X L,e ta l V a r i a b i l i t yi nc r o s s s e c t i o n a l a r e a sa n dt e n s i l ep r o p e r t i e so fc o r r o d e dp r e s t r e s s i n g w i r e sJC o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n gM a t e r i a l s,:D O I:j c o n b u i l d m a t 全恩懋,许宏科,黄福伟,等索结构桥梁钢绞线主索锈蚀评定研究J公路交通科技,():QUANE M,X U H K,HUAN GF W,e ta l S t u d yo na s s e s s m e n to fc o r r o s i o n o fs t e e ls t r a n d c a b l ei n c a b l es t r u c t u r eb r i d g eJ J o u r n a l o fH i g h w a ya n dT r a n s p o r t a t i o nR e s e a r c ha n dD e v e l o p m e n t,():牟献良,田月娥,文邦伟,等重庆嘉陵江石门大桥斜拉索腐蚀 状 况 初 步 调 查 J表 面 技 术,():MOUXL,T I AN YE,WE NB W,e ta l T h ep r i m a r yi n v e s t i g a t i o no nt h ec o r r o s i o ns t a t u so ft h ei n c l i n e dc a b l eo f s h i m e nb r i d g eo nC h o n g q i n gJ i a l i n gR i v e rJS u r f a c eT e c h n o l o g y,():徐俊拉索损伤演化机理与剩余使用寿命评估D上海:同济大学,X U J D a m a g e e v o l u t i o n m e c h a n i s m a n d r e m a i n e ds e r v i c e l i v e se v a l u a t i o no f s t a y e dc a b l e sD S h a n g h a i:T o n g j iU n i v e r s i t y,L E P I D IM,G A T TU L L IV,V E S T R ON IF S t a t i ca n dd y n a m i cr e s p o n s e o fe l a s t i c s u s p e n d e d c a b l e s w i t hd a m a g eJI n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f S o l i d s a n dS t r u c t u r e s,():苏达根,韩大建,谭哲东,等斜拉桥拉索钢丝腐蚀失效研究J华 南 理 工 大 学 学 报(自 然 科 学 版),():S U GD,HANDJ,T ANZD,e t a l S t u d yo nc o r r o s i o nf a i l u r eo fc a