論橋梁鋼索失效的力學(xué)機(jī)制及斷索肇因

1、路橋求職路橋招聘路橋英才網(wǎng)英才網(wǎng)基于失效分析（‘材料診斷學(xué)’），對橋梁鋼索承受的作用、斷索的力學(xué)機(jī)制等研究后，認(rèn)為：橋梁鋼索的破斷，為隨機(jī)載荷與隨機(jī)介質(zhì)及其某些耦合下的腐蝕疲勞、應(yīng)力腐蝕、機(jī)械疲勞、氫脆等的共同行為非簡單的載荷作用，單一的銹蝕所致失效的特點(diǎn)，為低應(yīng)力、脆斷何時(shí)破斷并不知道。據(jù)此，分析了新近發(fā)生的橋梁鋼索破斷實(shí)例，詮釋其肇因。鋼索驟斷毀橋一再發(fā)生，表明：基于橋梁鋼索破斷行為的研究，認(rèn)為排除驟斷的技術(shù)措施現(xiàn)代索結(jié)構(gòu)橋梁抵抗意

2、外垮塌的能力（robustness）等，均是尚待研究的課題。橋梁拉索驟斷的失效機(jī)制，亦涵蓋服役拉索的健康檢測、監(jiān)測及其耐久性評估。關(guān)鍵詞：鋼索；吊桿；失效機(jī)制；孔雀河大橋；公館大橋魯棒性鋼索驟斷毀橋，屢屢發(fā)生，迄今沒有杜絕：在中國，自四川宜賓小南門大橋吊桿鋼索破斷以來，技術(shù)研究風(fēng)起云涌，投入巨資，凡十余年。然而，2011年4月12日凌晨，新疆孔雀河大橋還發(fā)生了拱橋吊桿驟斷，局部橋道垮塌(圖1)接著，7月14日，福建武夷山公館大橋，再度發(fā)

3、生了類似的吊桿驟斷毀橋事例(圖2)，三個(gè)月垮二橋。橋梁鋼索還會(huì)驟斷嗎？會(huì)的。因?yàn)?，現(xiàn)行的技術(shù)尚不能排除拉索驟斷的危險(xiǎn)?；谑Х治觯ㄋ^材料診斷學(xué)）[3]，對橋梁鋼索的破斷，在論述其承受的作用及失效力學(xué)機(jī)制后進(jìn)而以圖1所示，近期發(fā)生的斷索實(shí)例為對象，詮釋其破斷的肇因，并檢核拉索破斷力學(xué)機(jī)制論述的實(shí)踐支持度。這里主要從橋梁拉索的力學(xué)行為上，研究其斷裂的機(jī)制，并不涉及鋼材失效的微觀破壞問題。1橋梁鋼索承受的作用及其力學(xué)行為橋梁鋼索破斷的各種

4、內(nèi)外部因素及其相互的交替、耦合聯(lián)系，如圖3框圖所示，也是橋梁鋼索失效分析的基礎(chǔ)與綱要。路橋求職路橋招聘路橋英才網(wǎng)英才網(wǎng)圖3：橋梁鋼索斷裂失效分析框圖外層與中心綱絲斷裂的不同機(jī)制圖4：鋼索鋼絲的破斷非單一行為圖5：外層與中心鋼絲之不同斷裂金屬腐蝕，包括介質(zhì)環(huán)境對材料的化學(xué)效應(yīng)（無電子轉(zhuǎn)移）與電化學(xué)效應(yīng)（有電子轉(zhuǎn)移）所導(dǎo)至的破壞：截面削弱、熱點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)惡化，材料強(qiáng)度蛻變。圖3框圖顯示：橋梁鋼索所承受的作用及其對鋼絲的影響，鋼材的力學(xué)行為以及

5、鋼索截面上不同鋼絲的相應(yīng)破斷，圖4、圖5為相應(yīng)的斷索實(shí)例。由此可知，對橋梁鋼索非僅因介質(zhì)腐蝕而破斷；在設(shè)計(jì)保證下，也不僅是載荷作用的斷裂?，F(xiàn)就橋梁鋼索在各種外部環(huán)境的共同或耦合作用下的力學(xué)行為、發(fā)生的條件及規(guī)律，簡述如次，以為研究其破斷肇因的基礎(chǔ)。1.2機(jī)械疲勞所謂‘疲勞’，ASTM（美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)）在ASTME20672[4]中的標(biāo)準(zhǔn)定義為：在擾動(dòng)應(yīng)力作用下，經(jīng)足夠多次的循環(huán)后，形成局部損傷或整體破斷的過程。當(dāng)不存在環(huán)境介質(zhì)參與，

6、僅機(jī)械力作用時(shí)，為機(jī)械疲勞。其失效表現(xiàn)為低應(yīng)力的脆斷，即遠(yuǎn)低于材料靜力強(qiáng)度的脆性斷裂[1]。材料的疲勞強(qiáng)度與靜力破斷強(qiáng)度之比，約為0.45～0.50。統(tǒng)計(jì)表明，在動(dòng)力擾動(dòng)下的失效，（80～95）%為疲勞斷裂。1.3應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕，為靜拉伸和相關(guān)介質(zhì)作用下，材料加速斷裂[3]，主要為靜力行為。有以下特征。1.3.1介質(zhì)的選擇性，所謂‘相關(guān)介質(zhì)’是指：與某些合金材料相對應(yīng)的、能導(dǎo)至其在靜拉伸下發(fā)生加速斷裂的介質(zhì)，譬如雨水、海水、氯化物溶液