耐候钢桥耐腐蚀性能与腐蚀疲劳性能研究进展

针对耐候钢桥所面临的腐蚀损伤及腐蚀疲劳性能耦合劣化问题,介绍了耐候钢桥基于理论模型与试验研究的耐腐蚀性能评价方法;总结了腐蚀疲劳耦合劣化机理、疲劳试验研究及其成果;研究了各国规范中适用于腐蚀环境的S~N曲线;分析了耐候钢的腐蚀疲劳寿命评价模型。结果表明:耐候钢耐腐蚀性能评价采用单一评价指标很难全面地表征腐蚀程度,应采用多指标联合评价,合理的焊材与母材匹配是提高耐候钢焊接结构耐腐蚀性能的关键;耐候钢腐蚀疲劳性能可通过风化后腐蚀疲劳试验进行测试,耐候钢焊接结构的腐蚀疲劳性能劣化较母材更加严重,是工程应用中关注的重点;现行规范对钢结构腐蚀疲劳性能的劣化效应多采用降低结构细节等级的方式,建议根据腐蚀环境、结构类别、试验方法等分门别类地制定腐蚀疲劳S~N曲线;免涂装耐候钢焊接节点的腐蚀疲劳寿命预测有待开发理论模型支撑。

耐候钢桥的高强度螺栓连接试验研究

通过分析影响免涂装耐候高强度螺栓连接性能的主要因素,提出一种表面处理工艺,并通过为期1年的抗滑移系数试验及无锈蚀和锈蚀状态下的疲劳试验进行验证。试验结果显示:采用喷砂和钢丝刷相结合的处理工艺能够满足免涂装耐候钢桥的连接要求,但是喷砂以后的表面状态会随着在大气中放置时间的增加而发生明显变化。试验显示:在室外正常放置的半年内,试样的抗滑移系数较为稳定;但随着室外放置时间的增长,抗滑移系数显著下降。采用耐候钢材质的高强度螺栓栓接接头的疲劳设计采用现行桥梁规范是安全的。

我国耐候钢桥发展及展望

耐候钢具有全寿命周期成本低和环境友好等特点,近年来受到桥梁建设者的广泛关注。在总结国内耐候钢在桥梁中应用情况的基础上,归纳并对比了耐候钢桥考虑全寿命设计周期的经济效益。通过调研近年来国内关于耐候钢的研究成果,认为耐候钢桥仍需要在锈层稳定技术、耐候钢接头腐蚀性能、耐候钢腐蚀疲劳研究等方面进行技术积累,建议重视耐候钢桥基础性研究,确定环境指标与耐候钢型号的关系,从而为设计、制造和养护标准的制订提供技术支撑。

耐候钢桥典型表面腐蚀层厚度的试验研究

由于钢桥长期暴露于自然环境中,承受车辆载荷,钢结构会受到环境介质的腐蚀,特别是在环境恶劣的地区,腐蚀更加严重,因此,钢桥的腐蚀与防护一直是桥梁工程领域的重要研究课题之一。文章通过试验测量钢桥典型表面的腐蚀层厚度,并进行了数据统计分析,研究结果可为实际工程和理论研究提供参考。

日本免涂装耐候钢桥关键技术

采用耐候钢建造桥梁,可以降低钢结构桥梁服役过程中维修养护的要求,大大减少了直接维护费用、中断交通间接费用,并延长使用寿命,同时能够保护环境,符合可持续发展战略要求。当前,我国耐候钢桥应用处于起步阶段,相关国家或行业标准还未建立。文章在总结分析日本有关免涂装耐候钢桥应用研究现状基础上,对日本耐候钢桥关键技术进行深入分析,最后对日本耐候钢桥技术目前存在的问题进行总结,旨在为我国耐候钢桥的设计和建造起到良好的指导作用,并促进耐候钢桥梁在我国的推广应用。

国内最大体量耐候钢桥梁新洪塘大桥主线通车

4月21日,由驻鄂央企中交二航局承建的福建省福州市新洪塘大桥主线通车,这意味着国内最大体量耐候钢桥梁基本建成。福州市洪山桥至洪塘大桥拓宽改建工程(以下简称两洪桥)项目起于鼓楼区洪山桥与杨桥西路、洪甘路的交叉口处,经洪山桥、妙峰山隧道、洪塘大桥,终点位于洪塘大桥西桥头附近,与国宾大道衔接,双向8车道,设计时速60km,道路宽47.5m,路线总长4193m.

长寿命耐候钢桥全寿命周期经济性评估模型

基于桥梁全寿命周期成本分析理论,系统归纳了长寿命耐候钢桥各阶段成本组成特点,明确了长寿命耐候钢桥全寿命周期经济性评估内容与特征参数,给出了长寿命耐候钢桥成本计算基本假设;从免涂装耐候钢桥与涂装钢桥成本差异出发,对比分析了2种钢桥建设阶段、运营阶段成本计算方法,建立了长寿命耐候钢桥全寿命周期经济性评估模型;以中国3座长寿命免涂装耐候钢组合梁桥为例,计算了长寿命耐候钢桥全寿命周期各阶段成本,明确了涂装、维护方案对长寿命耐候钢桥全寿命周期成本经济性的参数化影响,分析了长寿命免涂装耐候钢桥全寿命周期成本经济性优势。研究结果表明:免涂装耐候钢桥与涂装钢桥成本差异主要体现在钢材与焊接材料价格、锈层检测成本、涂装维护成本与由此产生的环境及用户成本;与4种涂装钢桥相比,免涂装耐候钢桥全寿命周期成本减少11%~21%,在全寿命周期具有显著的经济性优势;水洗周期对成本具有显著影响,水洗周期从每6年1次增加到每年1次时,增加成本占全寿命周期成本差比的5%~11%;当免涂装耐候钢桥涂装面积达70%左右时,其全寿命周期成本大于涂装钢桥。长寿命耐候钢桥全寿命周期经济性评估模型可为桥梁方案设计与技术经济性比选提供依据,从而促进长寿命耐候钢桥的推广应用。

国内外耐候钢桥发展综述

为了推动我国耐候钢桥技术进步和发展,梳理了美国、日本、欧洲和我国耐候钢桥技术现状,从工程应用、耐候桥梁钢性能要求、耐候钢桥设计、钢结构连接及管养技术等五方面进行了综述总结。分析表明:耐候钢桥在美、欧被大量应用且反响良好,日本耐候钢桥则经历了从快速发展到2008年左右顶峰后比重逐年下降并趋于稳定的过程。通过多年的工程应用和技术提升,目前各国在耐候钢的母材、设计、连接、管养等方面技术已相对成熟。我国耐候钢桥应用近些年发展势头良好,在公路和铁路桥梁领域涌现出众多工程案例。工程实践表明,耐候钢桥应用效果与环境气候密切相关,在耐候钢桥工程应用推广过程中需要注意积累实践经验,同时做好致密锈层稳定机理、耐候性指标、国内耐候钢桥应用环境分区等基础性课题和关键技术问题的研究。

西南山区耐候钢箱组合梁桥设计要点

耐候钢桥具有疲劳性能和力学性能优越、抗腐蚀性能强、工厂加工制造速度快、现场施工干扰小且后期管养维护成本低等优点,在国外已采取了大批量建设,但国内关于耐候钢桥的建设项目和研究成果均较少。为探究西南山区中小跨径耐候钢箱组合梁的设计与运用,现以国道212线李家沟大桥为工程背景,吸收国内外耐候钢桥建造的发展经验,针对西南山区的特殊建设环境,对免涂装耐候钢箱组合梁桥的总体设计、钢材选择、结构布设、构造细节设计及后期管养的问题进行研究,为同类条件下的耐候钢桥建设提供参考借鉴。

耐候性钢桥评估管理系统研究

耐候性钢材以其耐腐蚀性能和全寿命成本经济性在欧美、日本等发达国家广泛应用于桥梁工程。通过以往耐候钢材腐蚀试验结果,归纳不同腐蚀环境耐候钢腐蚀状态,得到耐候钢的腐蚀机理。采用外观评价、图像处理分析以及锈层厚度测定等方法评估耐候性钢桥的时变性能,依据不同评定等级制定相应的检查频度、调查内容以及维护处理方法,在此基础上得到耐候性钢桥管理养护系统,为耐候钢桥的后期运营管理提供参考,以促进耐候钢桥的进一步发展。

日本的耐候钢桥技术

本文通过对日本耐候钢桥的发展背景历程和现状、基本原理、设计施工及维持管理要点的介绍,希望能拓宽国内迅速发展的钢桥设计和建造方面的思路,并为中国桥梁早日全面赶超世界桥梁先进水平提供一些借鉴和帮助。

免涂装耐候钢的腐蚀模型及其桥梁强度和稳定设计方法研究

免涂装耐候钢桥面临着腐蚀环境的巨大挑战,基于ISO规范对环境腐蚀的分类,回顾和讨论金属材料和耐候钢腐蚀评价方法。依据我国《桥梁用结构钢》和《耐候结构钢》的规定,采用指数线性模型得到《桥梁用结构钢》规定耐候钢腐蚀上限模型。对比结果表明,我国耐候钢具有较好的抗腐蚀性能,并且在各环境腐蚀等级中,抗腐蚀性能与欧洲耐候钢基本相当。通过耐候钢腐蚀试验数据验证了腐蚀模型的准确性,表明基于耐候钢腐蚀上限模型可作为免涂装耐候钢桥梁的设计依据。结合《铁路桥梁钢结构设计规范》与《公路钢结构桥梁设计规范》,提出基于腐蚀量模型的免涂装耐候钢桥梁强度和稳定设计方法,为我国免涂装耐候钢桥梁设计提供理论依据。为简化设计,还提出容许腐蚀厚度设计方法用于C1~C3腐蚀环境,其中,C1和C2腐蚀环境容许腐蚀厚度取500μm,C3腐蚀环境容许腐蚀厚度取1000μm。

桥梁用耐候钢环境-材料适应性评价标准综述

近年来,桥梁用耐候钢在国内公路和铁路桥梁中得到一定应用,但针对中国不同地区环境的耐候钢适应性评价体系尚未建立。为了解桥梁用耐候钢在不同环境条件下的适应性,基于文献和调研结果,从国内外不同环境耐候钢桥的应用效果、母材耐候性评价标准、耐候钢桥设计条文等方面进行了归纳总结和对比研究。结果表明,国外桥梁用耐候钢评价体系已较为完善,而国内耐候钢桥应用相对较少,工程应用数据积累不足,后续应进一步加强已建耐候钢桥的长期观测,并积累应用效果数据,推动桥梁用耐候钢技术发展。

耐候桥梁钢及其焊缝耐腐蚀性评价研究

目前耐候钢耐腐蚀性常见评价方法有耐腐蚀指数计算法、周期浸润腐蚀试验法和电化学测试法。针对耐候桥梁钢及其焊缝的耐腐蚀性设计要求,为了准确评价耐候桥梁钢焊缝的耐腐蚀性,以我国耐候钢桥常用的Q420qENH耐候钢板为对比试样,采用与其匹配的CHT71NHQ药芯焊丝熔敷金属制作成焊缝试样,基于3种耐腐蚀性评价方法,分析焊缝的耐腐蚀性。结果表明:Q420qENH耐候钢板和CHT71NHQ药芯焊丝的耐蚀腐蚀指数I均大于等于6.5,焊缝与耐候钢相对腐蚀速率为3.87%,且二者自腐蚀电位差较小,仅为13 mV,CHT71NHQ药芯焊丝与Q420qENH耐候钢耐腐蚀性相匹配,均满足设计要求;3种方法均可反映耐候钢与焊缝耐腐蚀性的优劣。

耐候钢桁桥焊接工艺评定及力学性能试验研究

焊接工艺评定和力学性能试验是确定定制牌号耐候钢可焊性和焊接接头工作性能的有效途径。文章基于新建潍莱铁路潍莱右线跨青荣城际高铁特大桥(120+82) m连续钢桁梁工程,通过15组共计91个焊接接头的焊接工艺评定试验,研究了焊接接头耐候性匹配、单调拉伸、侧弯、低温冲击、硬度以及宏观金相组织等焊接接头性能。结果表明:试验中的焊材选择能够达到焊接接头耐候性的匹配,焊缝表面处耐候指数均值为6.70,焊缝表面耐腐蚀指数均大于耐候钢母材耐候指数标准值;焊接接头的各项力学和强度指标结果均具有一定的储备,宏观金相组织表明焊接成型良好。其研究结果可以作为新建耐候钢高铁桁梁桥焊接工艺的指导依据。

耐候桥梁钢室外挂片试验研究

采用耐候钢建造桥梁,可以降低钢结构桥梁服役过程中维修养护的要求,大大减少了维护直接费用、中断交通间接费用,并延长使用寿命,同时能够保护环境,符合可持续发展战略要求。文章对在室外对耐候桥梁钢进行大气曝晒挂片试验,通过分析不同周期下试件的锈层变化,研究耐候桥梁钢在室外环境的腐蚀量和锈层的形成过程以及适用性,为耐候钢桥梁设计提供指导。

高强度螺栓在拉林铁路藏木雅鲁藏布江大桥上的应用

拉林铁路藏木雅鲁藏布江大桥作为国内铁路第一座真正意义上的免涂装耐候钢桥梁,在国内首次使用耐候钢高强度螺栓。通过试验、检测和实际使用,目前耐候高强度螺栓各项性能指标合格。在施工中采用数控定扭矩电动扳手,提高了施拧的准确度和稳定性,提高了施工速度和效率。在工地采用高强度螺栓连接施工质量控制系统,实现了桥梁高强度螺栓施拧数据信息化。本文介绍了耐候钢高强度螺栓新技术应用方面的经验,可为以后国内的高强度螺栓连接施工提供借鉴。

高强度螺栓氢脆敏感性试验研究

针对拉林铁路藏木雅鲁藏布江大桥,研发了耐候钢高强度螺栓。为避免其发生因氢脆导致的延迟断裂,开展了气泡法和应力持久法对耐候钢高强度螺栓的氢脆敏感性进行试验分析。试验结果显示:1)耐候钢高强度螺栓内的氢含量明显小于35VB高强度螺栓内的氢含量,氢脆敏感性显著低于35VB高强度螺栓。2)在耐候高强度螺栓的生产中采用去氢工艺能够明显降低其内部的氢含量,并有效地降低耐候钢高强度螺栓的氢脆敏感性。

公路跨线桥全寿命周期设计方案研究

跨线桥上跨运营线路,其施工架设、养护、维修都受到下穿运营线路的影响。如何能在设计方案阶段便考虑到检测、监测、维修、拆除的安全便捷,成为跨线桥方案设计阶段需要考虑的问题。以辽宁省内一批新建跨线桥为背景,从全寿命周期角度考虑跨线桥设计方案,对各个寿命环节内需要解决的问题、得以实现的方法全面考虑,以保证跨线桥在全寿命周期内自身性能良好、对运营铁路影响小、经济效益最优。通过从运输、架设、设计细节、养护维修、阶段费用和全寿命周期费用等方面对3个方案进行对比分析,得到不同外部条件下所适用的不同的设计方案,为上跨铁路、公路桥梁快速架设、智能养护、全寿命周期成本等方面提供参考。

耐候桥梁钢腐蚀力学行为研究及其应用进展

耐候钢以其优越的耐久性受到了桥梁设计者的重视和广泛关注,扩大耐候钢桥在中国的应用已成为必然趋势。鉴于目前中国耐候钢桥设计理论和方法匮乏的现状,通过调研国内外耐候钢和耐候钢桥研究文献,主要参考美国、日本和欧洲耐候钢桥建设经验,对耐候钢的应用研究现状以及耐候钢桥设计方法进行综述。重点阐述环境与荷载耦合作用下耐候钢的腐蚀机理、耐候钢腐蚀后的力学性能退化、耐候钢桥设计理论和细节设计方法等内容,总结和分析已有研究所取得的成果和尚存的问题。分析表明:当大气中Cl^-和SO_2浓度分别低于3,20 mg·(m^2·d)^(-1)或者非海洋大气环境中大气腐蚀等级为C2,C3时,可以裸装应用耐候钢;荷载作用下保护锈层存在开裂和脱落现象,锈层开裂为氧气扩散提供了通道,减弱了其对基体的保护能力,导致钢材进一步锈蚀,并且易发生局部腐蚀;裸装应用的耐候钢在使用不当时会产生较严重的腐蚀,从而导致力学性能退化,尤其是在应力腐蚀和腐蚀疲劳状态下其力学性能退化更为严重;钢桥细节设计方法对保证耐候钢的耐蚀性至关重要,定期维护可以延长结构的使用寿命;应用耐候钢可使钢桥全寿命周期成本显著降低。分析结果旨在为今后中国耐候钢耐蚀机理和力学性能的研究探明方向,并为耐候钢桥的设计和建造提供有效借鉴和参考。