論橋梁鋼索失效的力學機制及斷索肇因

1、路橋求職路橋招聘路橋英才網英才網基于失效分析（‘材料診斷學’），對橋梁鋼索承受的作用、斷索的力學機制等研究后，認為：橋梁鋼索的破斷，為隨機載荷與隨機介質及其某些耦合下的腐蝕疲勞、應力腐蝕、機械疲勞、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，為低應力、脆斷何時破斷并不知道。據此，分析了新近發(fā)生的橋梁鋼索破斷實例，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，認為排除驟斷的技術措施現代索結構橋梁抵抗意

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制，亦涵蓋服役拉索的健康檢測、監(jiān)測及其耐久性評估。關鍵詞：鋼索；吊桿；失效機制；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，技術研究風起云涌，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)，三個月垮二橋。橋梁鋼索還會驟斷嗎？會的。因為，現行的技術尚不能排除拉索驟斷的危險。基于失效分析（所謂材料診斷學）[3]，對橋梁鋼索的破斷，在論述其承受的作用及失效力學機制后進而以圖1所示，近期發(fā)生的斷索實例為對象，詮釋其破斷的肇因，并檢核拉索破斷力學機制論述的實踐支持度。這里主要從橋梁拉索的力學行為上，研究其斷裂的機制，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行為橋梁鋼索破斷的各種

4、內外部因素及其相互的交替、耦合聯系，如圖3框圖所示，也是橋梁鋼索失效分析的基礎與綱要。路橋求職路橋招聘路橋英才網英才網圖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，包括介質環(huán)境對材料的化學效應（無電子轉移）與電化學效應（有電子轉移）所導至的破壞：截面削弱、熱點應力狀態(tài)惡化，材料強度蛻變。圖3框圖顯示：橋梁鋼索所承受的作用及其對鋼絲的影響，鋼材的力學行為以及

5、鋼索截面上不同鋼絲的相應破斷，圖4、圖5為相應的斷索實例。由此可知，對橋梁鋼索非僅因介質腐蝕而破斷；在設計保證下，也不僅是載荷作用的斷裂?，F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。1.2機械疲勞所謂‘疲勞’，ASTM（美國材料與試驗協會）在ASTME20672[4]中的標準定義為：在擾動應力作用下，經足夠多次的循環(huán)后，形成局部損傷或整體破斷的過程。當不存在環(huán)境介質參與，

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