基于图像灰度分析的腐蚀钢绞线细观损伤行为

• 作者: 姚国文 张劲泉 杨世聪
• 来源期刊: 固体力学学报
• 关键词: 图像灰度分析 服役环境 拉吊索结构 腐蚀钢绞线 细观损伤
• 年，卷（期）: 2018,（3）
• 所属期刊栏目: 研究简报
• 页码范围: 305-315
• 页数: 11页
• 语种: 中文
• DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2018.006

摘要

外护套破损的在役拉吊索结构,索内镀锌钢丝或钢绞线直接暴露于自然环境中,特别是酸雨的服役环境下,镀锌钢丝或钢绞线腐蚀非常严重,造成重大安全隐患.通过酸雨环境下拉吊索钢绞线在交变应力、静态应力和无应力工况的加速腐蚀试验,运用数字化扫描电子显微镜对腐蚀试件进行图像采集,并进行图像灰度分析,研究钢绞线细观层次的腐蚀损伤力学行为.探索一种基于图像灰度分析的钢绞线腐蚀疲劳损伤评定方法,以期能更好的评估在役拉吊索服役状况与剩余寿命,为桥梁拉吊索结构检测、养护、更换决策提供科学依据.试验表明:腐蚀使钢绞线塑性降低,脆性增强,而在交变应力和环境腐蚀耦合作用下,试件的塑性降低更多,更易发生脆断.当腐蚀时间为720 h时,与无腐蚀试件相比,交变应力工况下试件的断后伸长率下降约50％,破断应力下降较多,个别试件的破断应力下降了约40％,试件发生脆断.静态应力以及无应力工况下腐蚀720 h的试件,断后伸长率约为无腐蚀试件的70％.基于图像腐蚀特征,腐蚀时间在120 h～240 h,各工况下的腐蚀试件抗拉强度变化不大,说明钢绞线镀锌层腐蚀阶段,表面腐蚀对其力学性能影响不大;腐蚀时间为360 h,交变应力工况相比无应力和静态应力工况下的试件,腐蚀更严重,破断应力有大幅下降的趋势.研究也表明,腐蚀图像能反映钢绞线细观损伤行为,细观的损伤行为又与其承载能力密切相关.腐蚀图像灰度分布、细观损伤以及承载力变化之间存在一定的映射关系.