CN110361318A - 一种钢桥面板腐蚀疲劳耦合试验方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

一种钢桥面板腐蚀疲劳耦合试验方法，包括：1)实验室内安装制作好的节段式正交异性钢桥面板足尺模型及布置光纤光栅传感器、粘贴滤纸；2)建立腐蚀‑疲劳耦合作用过程时间匹配关系；3)安装喷雾器腐蚀装置；4)节段式正交异性钢桥面板足尺模型腐蚀‑疲劳耦合试验设计；5)节段式正交异性钢桥面板足尺模型腐蚀‑疲劳耦合试验数据采集。还包括实施上述发明方法的装置。本发明解决了节段式正交异性钢桥面板足尺模型室内加速腐蚀的问题，充分考虑腐蚀介质和交变应力的耦合作用，与服役中的正交异性刚桥面板所处的环境更为接近，试验数据有效可靠；同时装置操作简单易行，操作方便、成本较低、易于推广。

Description

一种钢桥面板腐蚀疲劳耦合试验方法及其装置
技术领域
本发明及一种钢桥面板腐蚀疲劳耦合试验方法及其装置
技术背景
正交异性钢桥面板焊接结构中，钢桥面板与纵向加劲肋和横隔板之间连接部位通过大量的焊缝结构进行连接，结构构造复杂，又加上焊接结构焊趾区域存在几何尺寸不连续，其附近的应力变化较大，焊趾处存在应力集中现象。在交通荷载直接作用下，正交异性钢桥面板焊接节点焊缝容易发生结构破坏。正交异性钢桥面板的腐蚀疲劳破坏是其在交变应力和腐蚀介质耦合作用下产生疲劳断裂的现象。本发明以正交异性钢桥面板为例进行说明。正交异性钢桥面板的腐蚀疲劳劣化机理可以表述如下：
1、氯离子引起的正交异性钢桥面板的劣化。正交异性钢桥面板焊接结构中，钢桥面板与纵向加劲肋和横隔板之间连接部位通过大量的焊缝结构进行连接。由于焊接缺陷，焊缝表面的氯离子通过渗透作用，渗透到焊缝里面及扩散到周围并积累到一定的浓度值，引起局部钝化膜破坏。钝化膜破坏处形成阳极，未破坏处形成阴极，从而产生腐蚀电池，正交异性钢桥面板开始腐蚀。腐蚀过程为阳极金属铁被氧化形成铁离子，与氢氧根反应生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁遇到孔隙液中的水和氧气转化为其他形式的铁锈。氯离子在钢材腐蚀过程中起到了催化剂的作用。随着钢材腐蚀的进行，焊缝及周围会产生点蚀，继而发展成为蚀坑。
2、氯离子和疲劳荷载对正交异性钢桥面板劣化的耦合作用。在交变应力作用下随着腐蚀程度的增加，在焊趾附近容易形成点蚀坑，进一步引起应力集中。通常认为，正交异性刚桥面板的疲劳裂纹起源于蚀坑。当蚀坑深度达到某一临界值时，蚀坑开始向裂纹转变。蚀坑向裂纹转变阶段的周期与腐蚀环境和疲劳荷载的频率及应力幅有关。腐蚀疲劳断裂机理可以分为以下七个阶段：点蚀成核、点蚀扩展、点蚀转化为短裂纹、短裂纹扩展、短裂纹转化为长裂纹、长裂纹扩展、失效。交变载荷(或应变)与单调载荷相比，前者达到开裂的应力小，交变硬化或软化是在达到极限后发生的。当有缺口和夹杂物类型的缺陷存在时，裂纹产生在这些缺陷的顶端，不含这类缺陷时裂纹则产生在表面。
3、疲劳荷载对正交异性钢桥面板劣化的影响。裂纹生成后，在疲劳荷载作用下，裂纹进一步发展，直到裂纹长度达到临界值，结构达到承载能力极限状态，正交异性钢桥面板失效。
在实际过程中，特别对于跨江跨海结构，正交异性钢桥面板通常受到循环荷载与腐蚀介质的耦合作用。正交异性钢桥面板在腐蚀疲劳耦合作用下的性能退化较单一因素(腐蚀或疲劳)作用下的情况更为显著，进而引起桥的使用寿命的显著降低。因此，对正交异性钢桥面板开展在腐蚀疲劳耦合作用下的结构性能试验，通过实时记录试验过程中正交异性钢桥面板的受力性能、腐蚀规律以及裂纹扩展，对掌握正交异性钢桥面板在腐蚀疲劳耦合作用下的劣化机理，并建立准确的结构性能时变评估理论具有重要的指导意义。
目前，用于室内加速腐蚀的方法主要包括：
1、浸泡腐蚀试验。浸泡腐蚀试验是一种简单且应用广泛的加速腐蚀试验方法。采用配制或取自现场的腐蚀溶液来浸泡式样一段时间，用选定的方法进行评定(表面检测、质量法和孔蚀测量法)。
2、盐雾试验。盐雾试验是一种在腐蚀箱内进行的加速腐蚀试验方法。盐雾试验按盐溶液的不同分为3种：中性盐雾(NSS)试验、醋酸盐雾(ASS)试验和铜醋酸盐雾(CASS)试验。用于比较不同种类的耐腐蚀性，但由于盐雾试验考虑的因素比较单一，很难对室外大气环境进行准确的模拟。
3、湿热腐蚀试验。湿热腐蚀试验是一种模拟湿热地区大气环境的加速腐蚀试验方法。根据湿热环境可以分为连续湿热试验和间歇湿热试验，用于评价金属耐腐蚀性，主要缺点是试验周期长。
4、腐蚀膏腐蚀试验。腐蚀膏腐蚀试验是将腐蚀膏均匀抹在腐蚀试样上的加速腐蚀试验方法。腐蚀膏腐蚀试验具有重现性好、腐蚀速度快，与室外大气试验具有良好的相关性等优点，主要用于检测表面有镀层钢材的腐蚀情况。
5、周浸循环腐蚀试验。周浸循环腐蚀试验是一种将试样交替浸泡和干燥的加速腐蚀试验方法，能够很好地模拟钢在真实大气环境中的日晒雨淋，而且还可以采用电化学测量。
目前，对于正交异性钢桥面板的结构性能试验装置通常只考虑疲劳单一因素的作用，考虑腐蚀疲劳耦合的装置几乎没有。
本腐蚀疲劳试验装置的发明将弥补上述现状的不足，并基于目前周浸循环腐蚀试验，干、湿交替加速腐蚀的思路。提出了正交异性钢桥面板腐蚀疲劳试验装置的创新设计思路。
发明内容
本发明要解决目前的正交异性钢桥面板的结构性能试验装置通常只能考虑疲劳单一因素的作用、没有考虑腐蚀疲劳耦合作用导致结果不够准确的缺点，提出一种充分考虑腐蚀疲劳耦合作用、能够很好地模拟钢在真实大气环境中的腐蚀装置，一种钢桥面板腐蚀疲劳耦合试验方法及其装置。
一种钢桥面板腐蚀疲劳耦合试验方法，包括以下步骤：
1)实验室内安装制作好的节段式正交异性钢桥面板足尺模型及布置光纤光栅传感器、粘贴滤纸：钢桥面板在工厂制作加工后运回疲劳实验室进行安装，通过简支将正交异性钢桥面板固定在疲劳实验室。安装完成后，在焊缝范围30cm内以2mm等距布置光纤光栅应变传感器，用于监测钢桥面板焊缝附近的锈蚀情况；其次，根据热点外推法确定应力监测位置并且布置光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器，为避免传感器被腐蚀，涂抹环氧树脂进行保护。最后，在焊缝及布置分布式光纤传感器范围内粘贴滤纸，目的是为了在加速腐蚀过程中能够在钢桥面板上形成均匀的水膜，与实际腐蚀情况更加相似。
2)建立腐蚀-疲劳耦合作用过程时间匹配关系：将交变应力和腐蚀环境进行耦合，研究钢桥面板腐蚀疲劳寿命，与实际情况更加接近。耦合腐蚀疲劳的步骤主要有：a、根据Q345钢大气暴露所遵循的幂函数logP＝A+Blogt建立等式关系logP外＝logP内；b、将实验室内所得到的系数A内和B内与大气暴露试验所得到的系数A外和B外带入到建立的等式中计算出腐蚀加速比例；c、得到室内腐蚀加速比例之后，通过控制疲劳加载频率使得室内加速腐蚀的倍数与实验室内的疲劳加载倍数相等。
3)安装喷雾器腐蚀装置：在水箱中配制3.5％氯化钠溶液并通过管道与加压泵连接。然后安装管道支架，支架位置距离正交异性钢桥面板焊缝法向5cm处，高度为焊缝中心以下12cm处。支架下部焊接钢板并用连接螺栓固定在地面上。输液管道与加压泵另一端连接，选用的是外径为20mm ppr管道，管道平行于U肋方向的管道每隔18cm打一个小孔，垂直于U肋方向的管道在U肋中心对应位置打一个小孔，用于安装喷雾器。最后，将安装好的氯化钠溶液传输管道连接到加压泵上。另外，红外线灯管安装在管道支架顶部钢管上并与温控器连接，其目的是模拟实际中的太阳光，提高及控制腐蚀环境的温度，加速正交异性钢桥面板的腐蚀。其中，红外线灯管应用透明防护罩保护起来，避免受到腐蚀溶液的影响。
4)节段式正交异性钢桥面板足尺模型腐蚀-疲劳耦合试验设计：的腐蚀方法是类周浸干、湿循环加速腐蚀，水箱中的腐蚀溶液为3.5％的氯化钠溶液。通过计算得到室内加速腐蚀24小时的腐蚀量相当于室外大气暴露56天的腐蚀量，根据加载频率可以将腐蚀疲劳耦合起来。通过耦合腐蚀疲劳计算，将干、湿循环交替的时间定为喷雾1小时，晾置3小时，喷雾期间通过红外线灯管将温度控制在35摄氏度，晾置期间将温度控制在40摄氏度。疲劳加载频率确定为3HZ，疲劳加载前先进行静载试验，确定各构件均正常。按确定的腐蚀时间及加载频率同时进行腐蚀和疲劳加载，实现腐蚀疲劳耦合作用。
5)节段式正交异性钢桥面板足尺模型腐蚀-疲劳耦合试验数据采集：根据腐蚀-疲劳耦合试验设计，同时开始节段式正交异性钢桥面板足尺模型的腐蚀试验和疲劳加载试验，记录试件破坏时的应力循环次数，并对传感器进行数据采集与储存。
实施本发明所述的钢桥面板腐蚀疲劳耦合试验方法的装置，其特征在于：包括液压千斤顶34，试验加载梁35，橡胶支座20，传输管道支撑13，管道3，红外线灯管24，水箱1，加压泵6，其特征在于：液压千斤顶34作用在试验加载梁35上，在试验加载梁35和试验模型之间放置单个面积为200mm×300mm的橡胶支座(0，用以模拟通过铺装传递的单胎车轮荷载；传输管道支撑13通过连接螺栓16固定在与桥面板模型焊缝平行方向的地面上，装有喷雾器25的氯化钠溶液传输管道3通过卡箍固定在传输管道支撑13上，氯化钠溶液传输管道3下方在传输管道支撑13上绑扎木板23，红外线灯管24安装在木板(3上；桥面板模型右下角放置一个装有3.5％的氯化钠溶液2的水箱1，水箱1通过管道3与加压泵6连接，加压泵6右端管道3通过一个三通接口分出两根管道3，分别与接口32和接口33连接；
正交异性钢桥面板是由桥面板、横隔板、U肋焊接而成，其钢材采用的是Q345qd桥梁专用钢，正交异性钢桥面板盖板19厚为14mm，下翼板18厚为12mm，横隔板31厚为10mm，U肋21尺寸为300mm×280mm×8mm，U肋21中心距为600mm，桥面板使用正交异性钢桥面板的简支支座14、15安装固定在疲劳实验室；焊缝两边30cm内以2mm的等距布置光纤光栅应力传感器26，桥面板与U肋焊接处根据热点外推法在距离焊趾5.6mm、14mm、20mm处布置光纤光栅应力传感器26，U肋与横隔板焊接处在距离焊趾5mm、15mm、20mm处处布置光纤光栅应力传感器26，采用光纤光栅温度传感器和光纤光栅应力传感器串联，进行温度补偿；光纤光栅应力传感器26通过传导光纤36、解调仪连接数据采集与存储设备30。
本发明的优点是：1)本试验装置模拟了实际环境中的腐蚀介质和交变应力的耦合作用，与服役中的正交异性钢桥面板结构所处的使用环境更为接近，因此试验数据更有效可靠；
2)本试验装置的试验过程更接近正交异性钢桥面板的腐蚀疲劳失效的理论模型，可为掌握正交异性钢桥面板腐蚀疲劳机理及理论分析提供试验依据；
3)本试验装置克服了正交异性钢桥面板不能放入腐蚀箱内加速腐蚀的缺点。采用简单、合理的基于喷雾系统的干、湿循环交替加速腐蚀方法，很好地模拟了正交异性钢桥面板的服役环境。
附图说明
图1是本发明的结构图。
图2是红外线灯管及喷淋布置图。
图3是A-A剖面，氯化钠溶液传输管道、红外线灯管安装位置及高度。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明，图中：图中数字含义：1-水箱、2-氯化钠溶液、3-管道、4-单向阀、5-活络节、6-加压泵、7-引水口、8-接线盒、9-压力开关、10-气罐、11、13-传输管道支撑、12-Y型开口、14、15-简支支座、16-连接螺栓、17-钢板、18-下翼板、19-盖板、20-橡胶支座、21-U肋、22-滤纸、23-木板、24-红外线灯管、25-喷雾器、26-光纤光栅应力传感器27-光纤光栅温度传感器、28-光纤光栅氯离子浓度传感器、29-解调仪、30-数据采集与存储设备、31-横隔板、32、33-管道接口、34-液压千斤顶、35-试验加载梁、36-传导光纤、L1-肋1、L2-肋2、L3-肋3、L4-肋4、L5-肋5、L6-肋6。
实施例1
参照附图，本发明的钢桥面板腐蚀疲劳耦合试验装置的试验方法，包括以下步骤：
1)实验室内安装制作好的节段式正交异性钢桥面板足尺模型及布置光纤光栅传感器、粘贴滤纸：钢桥面板在工厂制作加工后运回疲劳实验室进行安装，通过简支将正交异性钢桥面板固定在疲劳实验室。安装完成后，在焊缝范围30cm内以2mm等距布置光纤光栅应变传感器，用于监测钢桥面板焊缝附近的锈蚀情况；其次，根据热点外推法确定应力监测位置并且布置光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器，为避免传感器被腐蚀，涂抹环氧树脂进行保护。最后，在焊缝及布置分布式光纤传感器范围内粘贴滤纸，目的是为了在加速腐蚀过程中能够在钢桥面板上形成均匀的水膜，与实际腐蚀情况更加相似。
2)建立腐蚀-疲劳耦合作用过程时间匹配关系：将交变应力和腐蚀环境进行耦合，研究钢桥面板腐蚀疲劳寿命，与实际情况更加接近。耦合腐蚀疲劳的步骤主要有：a、根据Q345钢大气暴露所遵循的幂函数logP＝A+Blogt建立等式关系logP外＝logP内；b、将实验室内所得到的系数A内和B内与大气暴露试验所得到的系数A外和B外带入到建立的等式中计算出腐蚀加速比例；c、得到室内腐蚀加速比例之后，通过控制疲劳加载频率使得室内加速腐蚀的倍数与实验室内的疲劳加载倍数相等。
3)安装喷雾器腐蚀装置：在水箱中配制3.5％氯化钠溶液并通过管道与加压泵连接。然后安装管道支架，支架位置距离正交异性钢桥面板焊缝法向5cm处，高度为焊缝中心以下12cm处。支架下部焊接钢板并用连接螺栓固定在地面上。输液管道与加压泵另一端连接，选用的是外径为20mm ppr管道，管道平行于U肋方向的管道每隔18cm打一个小孔，垂直于U肋方向的管道在U肋中心对应位置打一个小孔，用于安装喷雾器。最后，将安装好的氯化钠溶液传输管道连接到加压泵上。另外，红外线灯管安装在管道支架顶部钢管上并与温控器连接，其目的是模拟实际中的太阳光，提高及控制腐蚀环境的温度，加速正交异性钢桥面板的腐蚀。其中，红外线灯管应用透明防护罩保护起来，避免受到腐蚀溶液的影响。
4)节段式正交异性钢桥面板足尺模型腐蚀-疲劳耦合试验设计：腐蚀方法是类周浸干、湿循环加速腐蚀，水箱中的腐蚀溶液为3.5％的氯化钠溶液。通过计算得到室内加速腐蚀24小时的腐蚀量相当于室外大气暴露56天的腐蚀量，根据加载频率可以将腐蚀疲劳耦合起来。通过耦合腐蚀疲劳计算，将干、湿循环交替的时间定为喷雾1小时，晾置3小时，喷雾期间通过红外线灯管将温度控制在35摄氏度，晾置期间将温度控制在40摄氏度。疲劳加载频率确定为3HZ，疲劳加载前先进行静载试验，确定各构件均正常。按确定的腐蚀时间及加载频率同时进行腐蚀和疲劳加载，实现腐蚀疲劳耦合作用。
5)节段式正交异性钢桥面板足尺模型腐蚀-疲劳耦合试验数据采集：根据腐蚀-疲劳耦合试验设计，同时开始节段式正交异性钢桥面板足尺模型的腐蚀试验和疲劳加载试验，记录试件破坏时的应力循环次数，并对传感器进行数据采集与储存。
实施例2
参照附图，实现实施例1所述的试验方法的装置，包括液压千斤顶34，试验加载梁35，橡胶支座20，传输管道支撑13，管道3，红外线灯管24，水箱1，加压泵6，其特征在于：液压千斤顶34作用在试验加载梁35上，在试验加载梁35和试验模型之间放置单个面积为200mm×300mm的橡胶支座20，用以模拟通过铺装传递的单胎车轮荷载；传输管道支撑13通过连接螺栓16固定在与桥面板模型焊缝平行方向的地面上，装有喷雾器25的管道3通过卡箍固定在传输管道支撑13上，管道3下方在传输管道支撑13上绑扎木板23，红外线灯管24安装在木板23上；桥面板模型右下角放置一个装有3.5％的氯化钠溶液2的水箱1，水箱1通过管道3与加压泵6连接，加压泵6右端管道3通过一个三通接口分出两根管道3，分别与接口32和接口33连接；
正交异性钢桥面板是由桥面板、横隔板、U肋焊接而成，其钢材采用的是Q345qd桥梁专用钢，正交异性钢桥面板盖板19厚为14mm，下翼板18厚为12mm，横隔板31厚为10mm，U肋21尺寸为300mm×280mm×8mm，U肋21中心距为600mm，桥面板使用正交异性钢桥面板的简支支座14、15安装固定在疲劳实验室；焊缝两边30cm内以2mm的等距布置光纤光栅应力传感器26，桥面板与U肋焊接处根据热点外推法在距离焊趾5.6mm、14mm、20mm处布置光纤光栅应力传感器26，U肋与横隔板焊接处在距离焊趾5mm、15mm、20mm处处布置光纤光栅应力传感器26，采用光纤光栅温度传感器和光纤光栅应力传感器串联，进行温度补偿；光纤光栅应力传感器26通过传导光纤36、解调仪连接数据采集与存储设备30。
所述液压千斤顶34即疲劳试验机，用于试验加载。
所述的正交异性钢桥面板是在工厂加工，其钢材采用的是Q345qd桥梁专用钢。正交异性钢桥面板盖板19厚为14mm，下翼板18厚为12mm，横隔板31厚为10mm，U肋21尺寸为300mm×280mm×8mm，U肋21中心距为600mm。桥面板使用正交异性钢桥面板的简支支座14、15安装固定在疲劳实验室，用于研究腐蚀疲劳性能。
所述滤纸22粘贴在正交异性钢桥面板焊缝及焊缝两边，其目的是为了形成均匀的水膜。
所述监测传感器包括光纤光栅氯离子溶度传感器28，光纤光栅应力传感器26，光纤光栅温度传感器27。分别用来监测氯离子溶度、应力、温度，其位置是根据热点外推法来确定。焊趾热点可以分为三类：a型热点位于附板的根部、母板的表面焊趾处；b型热点位于附板边缘的端部焊趾处；c型热点沿附板焊缝方向，位于附板表面焊趾处。“a”型和“c”型焊趾处结构应力分布与构件厚度t具有相关性，其外推点位置根据厚度t确定。可以以距离焊趾处0.4t和1.0t或0.5t和1.5t位置作为参考点。“b”型焊趾处结构应力分布不依赖于构件厚度t，其外推点位置以绝对数值进行确定。可以直接以距离焊趾距离为5mm和15mm位置作为参考点。确定热点后传感器粘贴于正交异性钢桥面板上，并且所述的光纤光栅温度传感器27与所述的光纤光栅应力传感器26串联，作为温度补偿措施。
所述木板23通过绑扎连接固定在传输管道支撑13上，所述红外线灯管24是安装在木板23上并与温控器连接，用于模拟太阳。选用总长为30cm的300w长波红外线灯管。其特点是升温速度快、加热均匀、热惯性小、到达原件恒温时间只需1-3分钟、电能辐射转换效率高达60％-75％、冷热不炸裂、节能且使用寿命长。横隔板31两侧在平行于U肋21方向布置两根，平行于横隔板31方向布置一根。如图2所示。
所述管道3传输氯化钠溶液2，采用的是外径为20mm ppr管道。
所述的喷雾器25安装在管道3上，选用方框旋转喷雾器用来喷洒腐蚀溶液。其目的是为了让腐蚀溶液更均匀地附着在正交异性钢桥面板上。
传输管道支撑11、13支撑管道3、安装红外线灯管24，其位置距离正交异性钢桥面板焊缝法向5cm处，高度为焊缝中心以下12cm处。材料选用外径为25mm普通消防管。沿着焊缝方向布置(详细布置见图1，图3)，支架下部焊接钢板17并用连接螺栓16固定在地面上，上部Y型开口12，便于管道3的放置。沿着焊缝方向在Y型开口12下方3cm处绑扎一根宽6cm厚1.5cm的木条23用来安装红外线灯24。绑扎完成后用薄膜将木条缠绕起来，防止被氯化钠溶液2侵蚀腐烂。
所述水箱1及加压泵6盛放氯化钠溶液及加压，加压将盐溶液输入氯化钠溶液传输管道中，通过喷雾器将盐溶液喷洒出来实现正交异性钢桥面板的腐蚀。加压泵6启动前需通过引水口7向泵内注满氯化钠溶液2，启动时需打开水阀门4，减轻电机启动负载。加压泵6右端连接一个三通，引出两根管道3，一根接在接口一32另一根接在接口二33，分别用于横隔板31两边的加速腐蚀。
本腐蚀疲劳试验装置的加载方式采用双点加载方式。在试验加载梁和试验模型之间放置单个面积为200mm×300mm的橡胶支座，用以模拟通过铺装传递的单胎车轮荷载。正交异性钢桥面板的支撑方式取为简支形式。加速腐蚀试验采用类干湿循环加速腐蚀方法，腐蚀溶液为3.5％的氯化钠溶液。采用光纤光栅传感器进行多项试验物理参数的实时监测，包括：温度、氯离子浓度值、应力。
实施例3
本实施例选取盖板厚为14mm，下翼为板厚12mm，横隔板厚为10mm，U肋尺寸为300mm×280mm×8mm，U肋中心距为600mm的Q345qd钢材正交异性钢桥面板足尺模型作为实验对象进行试验装置设计思路的说明和腐蚀疲劳耦合方案说明。
1、腐蚀疲劳试验装置设计实施方式：
⑴喷雾系统的设计制作
喷雾系统主要包括水箱、加压泵、直径为20mm的ppr水管、用于支撑ppr管道的直径为25mm普通消防管道、智能控制系统(用于控制喷雾的时间)。正交异性钢桥面板的位置确定之后安装水管支架管道，支架管道的位置如上所述。支架管道上部焊接两块20mm×30mm×2mm的薄钢板(用于固定ppr管道)，下部通过螺栓固定在地面上。支架安装好后将水管用卡箍固定在其上，防止由于管道压力而晃动。然后加压泵一端与水箱连接，另一端用三通与安装好的ppr管道连接。接通电源检查是否正常。
⑵腐蚀疲劳耦合试验设计
本发明的腐蚀方法是类周浸干、湿循环加速腐蚀，水箱中的腐蚀溶液为3.5％的氯化钠溶液。通过计算得到室内加速腐蚀24小时的腐蚀量相当于室外大气暴露56天的腐蚀量，根据加载频率可以将腐蚀疲劳耦合起来。通过耦合腐蚀疲劳计算，本发明将干、湿循环交替的时间定为喷雾1小时，晾置3小时，喷雾期间通过红外线灯管将温度控制在35摄氏度，晾置期间将温度控制在40摄氏度。疲劳加载频率确定为3HZ，疲劳加载前先进行静载试验，确定各构件均正常。按确定的腐蚀时间及加载频率同时进行腐蚀和疲劳加载，实现腐蚀疲劳耦合作用。
2、光纤传感器布置实施方案：
(1)光纤光栅应力传感器：选择肋2和肋5进行监测，每个所选取的U型肋与桥面板焊接节点处的应力测点距离焊缝分别为5.6mm(0.4t,t＝14mm)，14mm(1t)以及20mm。每个所选取的U型肋与横隔板焊接节点处的应力测点距离焊缝分别为5mm，15mm以及20mm。另有一温度补偿触感器布置在各应力测点附近，用以消除应力测试时温度引起的应力变化。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (2)

1.一种钢桥面板腐蚀疲劳耦合试验方法，包括以下步骤：
1)实验室内安装制作好的节段式正交异性钢桥面板足尺模型及布置光纤光栅传感器、粘贴滤纸：钢桥面板在工厂制作加工后运回疲劳实验室进行安装，通过简支将正交异性钢桥面板固定在疲劳实验室；安装完成后，在焊缝范围30cm内以2mm等距布置光纤光栅应变传感器，用于监测钢桥面板焊缝附近的锈蚀情况；其次，根据热点外推法确定应力监测位置并且布置光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器，为避免传感器被腐蚀，涂抹环氧树脂进行保护；最后，在焊缝及布置分布式光纤传感器范围内粘贴滤纸，目的是为了在加速腐蚀过程中能够在钢桥面板上形成均匀的水膜，与实际腐蚀情况更加相似；
2)建立腐蚀-疲劳耦合作用过程时间匹配关系：将交变应力和腐蚀环境进行耦合，研究钢桥面板腐蚀疲劳寿命，与实际情况更加接近；耦合腐蚀疲劳的步骤主要有：a、根据Q345钢大气暴露所遵循的幂函数logP＝A+Blogt建立等式关系logP外＝logP内；b、将实验室内所得到的系数A内和B内与大气暴露试验所得到的系数A外和B外带入到建立的等式中计算出腐蚀加速比例；c、得到室内腐蚀加速比例之后，通过控制疲劳加载频率使得室内加速腐蚀的倍数与实验室内的疲劳加载倍数相等；
3)安装喷雾器腐蚀装置：在水箱中配制3.5％氯化钠溶液并通过管道与加压泵连接；然后安装管道支架，支架位置距离正交异性钢桥面板焊缝法向5cm处，高度为焊缝中心以下12cm处；支架下部焊接钢板并用连接螺栓固定在地面上；输液管道与加压泵另一端连接，选用的是外径为20mm ppr管道，管道平行于U肋方向的管道每隔18cm打一个小孔，垂直于U肋方向的管道在U肋中心对应位置打一个小孔，用于安装喷雾器；最后，将安装好的氯化钠溶液传输管道连接到加压泵上；另外，红外线灯管安装在管道支架顶部钢管上并与温控器连接，其目的是模拟实际中的太阳光，提高及控制腐蚀环境的温度，加速正交异性钢桥面板的腐蚀；其中，红外线灯管应用透明防护罩保护起来，避免受到腐蚀溶液的影响；
4)节段式正交异性钢桥面板足尺模型腐蚀-疲劳耦合试验设计：腐蚀方法是类周浸干、湿循环加速腐蚀，水箱中的腐蚀溶液为3.5％的氯化钠溶液；通过计算得到室内加速腐蚀24小时的腐蚀量相当于室外大气暴露56天的腐蚀量，根据加载频率可以将腐蚀疲劳耦合起来；通过耦合腐蚀疲劳计算，将干、湿循环交替的时间定为喷雾1小时，晾置3小时，喷雾期间通过红外线灯管将温度控制在35摄氏度，晾置期间将温度控制在40摄氏度；疲劳加载频率确定为3HZ，疲劳加载前先进行静载试验，确定各构件均正常；按确定的腐蚀时间及加载频率同时进行腐蚀和疲劳加载，实现腐蚀疲劳耦合作用；
5)节段式正交异性钢桥面板足尺模型腐蚀-疲劳耦合试验数据采集：根据腐蚀-疲劳耦合试验设计，同时开始节段式正交异性钢桥面板足尺模型的腐蚀试验和疲劳加载试验，记录试件破坏时的应力循环次数，并对传感器进行数据采集与储存。
2.实施权利要求1所述的钢桥面板腐蚀疲劳耦合试验方法的装置，其特征在于：包括液压千斤顶(34)，试验加载梁(35)，橡胶支座(20)，传输管道支撑(13)，管道(3)，红外线灯管(24)，水箱(1)，加压泵(6)，液压千斤顶(34)作用在试验加载梁(35)上，在试验加载梁(35)和试验模型之间放置单个面积为200mm×300mm的橡胶支座(20)，用以模拟通过铺装传递的单胎车轮荷载；传输管道支撑(13)通过连接螺栓(16)固定在与桥面板模型焊缝平行方向的地面上，装有喷雾器(25)的管道(3)通过卡箍固定在传输管道支撑(13)上，管道(3)下方在传输管道支撑(13)上绑扎木板(23)，红外线灯管(24)安装在木板(23)上；桥面板模型右下角放置一个装有3.5％的氯化钠溶液(2)的水箱(1)，水箱(1)通过管道(3)与加压泵(6)连接，加压泵(6)右端管道(3)通过一个三通接口分出两根管道(3)，分别与接口(32)和接口(33)连接；
正交异性钢桥面板是由桥面板、横隔板、U肋焊接而成，其钢材采用的是Q345qd桥梁专用钢，正交异性钢桥面板盖板(19)厚为14mm，下翼板(18)厚为12mm，横隔板(31)厚为10mm，U肋(21)尺寸为300mm×280mm×8mm，U肋(21)中心距为600mm，桥面板使用简支支座(14,15)安装固定在疲劳实验室；焊缝两边30cm内以2mm的等距布置光纤光栅应力传感器(26)，桥面板与U肋焊接处根据热点外推法在距离焊趾5.6mm、14mm、20mm处布置光纤光栅应力传感器(26)，U肋与横隔板焊接处在距离焊趾5mm、15mm、20mm处处布置光纤光栅应力传感器(26)，采用光纤光栅温度传感器和光纤光栅应力传感器串联，进行温度补偿；光纤光栅应力传感器(26)通过传导光纤(36)、解调仪连接数据采集与存储设备(30)。
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