CN115859559B - 用于模拟在役拉吊索钢丝腐蚀程度的腐蚀谱的建立方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于模拟在役拉吊索钢丝腐蚀程度的腐蚀谱的建立方法，包括以下步骤：获取桥梁的退役拉吊索；提取腐蚀钢丝，确定腐蚀等级，对腐蚀钢丝进行去锈、烘干以及称重工序；对处理后的腐蚀钢丝进行三维扫描，获取三维点云；沿着腐蚀钢丝的轴向方向选取若干三维点云内的横截面积；建立单根腐蚀钢丝横截面积的概率分布函数，并进行拟合，得出拟合参数；统计若干腐蚀钢丝的概率分布函数的拟合参数，得到不同腐蚀等级的腐蚀钢丝拟合参数的谱统计结果，即为腐蚀钢丝的腐蚀谱；通过本发明建立的腐蚀谱，可以准确建立腐蚀钢丝表面形貌的硅铝，以模拟在役拉吊索钢丝不同的腐蚀程度。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于模拟在役拉吊索钢丝腐蚀程度的腐蚀谱的建立方法，涉及索承式桥梁拉索（或吊索、吊杆）的腐蚀劣化研究。
背景技术
缆索式桥梁相对于其他形式的桥梁，最主要的工程优势在于其跨越能力强，非常适合大跨山谷、河流甚至海湾等工程场景的应用。我国地理上山川交错，加之国民经济对交通网严重依赖，缆索式桥梁在我国具有广大的应用空间。
一座桥梁的设计场景一般是100年，保证桥梁结构在使用年限内安全正常运营非常重要。桥梁在运营期内破坏容易引起安全事故、影响交通运行，也浪费了人民在桥梁建设上付出的巨大成本。然而这恰恰是索承式桥梁的缺点，我国已建的索承式桥梁的缆索体系使用年限绝大部分都不超过四十年。缆索体系长期暴露在自然环境中，非常容易受到腐蚀介质的侵蚀，缆索的腐蚀导致其使用性能下降，这是缆索使用寿命普遍较短的原因。尽管已经有大量防腐蚀的措施被用在了缆索上，但是缆索的使用寿命与桥梁的设计年限依然相差甚远。研究缆索的腐蚀规律对于保证缆索结构的正常运营显得格外重要。
目前，缆索钢丝的腐蚀程度绝大部分是根据钢丝的表观特征来确定，这一过程存在人为的不确定性，加之钢丝的腐蚀具有随机性，这导致用腐蚀等级来描述钢丝的腐蚀程度是有偏差的。腐蚀钢丝的力学性能主要依赖于钢丝的最小截面，这很难通过肉眼区分出来。因此亟需一种模拟不同腐蚀程度在役拉吊索钢丝的方法出现，且此方法高效高精度。
发明内容
本发明提供一种用于模拟在役拉吊索钢丝腐蚀程度的腐蚀谱的建立方法，此腐蚀谱的建立，可以准确建立腐蚀钢丝表面形貌的硅铝，以模拟在役拉吊索钢丝不同的腐蚀程度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
用于模拟在役拉吊索钢丝腐蚀程度的腐蚀谱的建立方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：获取若干桥梁的退役拉吊索；
步骤S2：提取若干退役拉吊索中的腐蚀钢丝，确定腐蚀钢丝的腐蚀等级，且保证获取的腐蚀钢丝涉及的腐蚀等级覆盖全部等级，对腐蚀钢丝进行去锈、烘干以及称重工序；
步骤S3：对步骤S2中处理后的腐蚀钢丝进行三维扫描，获取各腐蚀等级内腐蚀钢丝的三维点云；
步骤S4：基于步骤S3获取的三维点云，沿着腐蚀钢丝的轴向方向选取若干三维点云内的横截面积；
步骤S5：建立单根腐蚀钢丝横截面积的概率分布函数，并进行拟合，得出单根腐蚀钢丝匹配的拟合参数；
步骤S6：统计若干腐蚀钢丝的概率分布函数的拟合参数，得到不同腐蚀等级的腐蚀钢丝拟合参数的谱统计结果，即为腐蚀钢丝的腐蚀谱；
作为本发明的进一步优选，步骤S2中，截取若干退役拉吊索中长度为1000mm的钢丝段；
作为本发明的进一步优选，步骤S2中，对截取的钢丝段进行腐蚀等级划分，具体的，
1级：钢丝表面出现斑点状的镀锌氧化物；
2级：钢丝表面的镀锌层完全氧化；
3级：在钢丝表面76-152 mm或3-6 inch长度内，有不超过30%的面积覆盖有褐色铁锈斑点；
4级：在钢丝表面76-152 mm或3-6 inch长度内，有超过30%的面积覆盖有褐色铁锈斑点；
作为本发明的进一步优选，步骤S2中，对腐蚀钢丝进行去锈，采用10%的稀盐酸溶液清洗腐蚀钢丝表面，再用清水清洗腐蚀钢丝表面残留的盐酸溶液；
作为本发明的进一步优选，步骤S3中，对步骤S2中处理后的腐蚀钢丝通过高精度光学仪器进行三维扫描；
作为本发明的进一步优选，前述的高精度光学仪器为海克斯康提供的光学扫描系统；
作为本发明的进一步优选，步骤S3中，同时对多根腐蚀钢丝进行三维扫描，建立三维点云模型，接着从综合建立的三维点云模型中提取单个腐蚀钢丝的三维点云模型；
作为本发明的进一步优选，步骤S4中，沿着腐蚀钢丝轴向方向进行截取横截面积的截取间隔为0.1mm，即1000mm长度的钢丝段中包括10001个横截面；
对10001个横截面面积进行计算统计；
作为本发明的进一步优选，步骤S5中，采用正态分布进行拟合腐蚀钢丝的概率分布函数；
作为本发明的进一步优选，步骤S5中，正态分布的参数为均值和标准差。
通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、本发明建立腐蚀谱的方法，基于所需要的钢丝腐蚀等级，在相关腐蚀等级内获得若干钢丝横截面积，选取拟合参数，以模拟不同腐蚀等级下腐蚀钢丝的截面情况；
2、本发明建立腐蚀谱的方法，通过若干钢丝截面积的概率分布函数拟合，从而得到不同钢丝等级的腐蚀谱，基于此方法建立的腐蚀谱能够推断出钢丝腐蚀的时变速率，为业内研究腐蚀钢丝规律提供科学的参考。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明提供的建立腐蚀谱的流程示意图；
图2是本发明提供的钢丝腐蚀等级划分示意图；
图3是本发明获取各腐蚀等级内腐蚀钢丝的三维点云图；
图4是本发明提供的实施例中腐蚀钢丝沿轴向进行截取的钢丝段横截面积示意图；
图5是本发明提供的实施例中单根腐蚀钢丝横截面积概率分布函数示意图；
图6是本发明提供的实施例中多根腐蚀钢丝横截面积概率分布函数示意图；
图7是通过本发明的建立方法形成的腐蚀谱参数拟合示意图。
具体实施方式
如背景技术中阐述的，缆索钢丝的腐蚀程度绝大部分是根据钢丝的表观特征确定的，仅仅通过表观特征确定钢丝腐蚀等级显然是比较片面的。
为了获取较为准确的模拟方法，首先要克服的就是如何获取退役的拉索，显然这是本领域专业性质的相关人员才能使用，目前很多关于模拟方法的建立均是采用人工腐蚀钢丝进行谱统计，这样的统计其实意义不大，而本申请提供的用于模拟在役吊索钢丝腐蚀程度的腐蚀谱，其建立的依据就是通过专业途径获取了退役的拉索，由此进行相关建立方法的实施，可以有效提高模拟标准的准确性。
图1所示是本申请提供的腐蚀谱建立方法的流程图，具体包括以下步骤：
步骤S1：获取若干桥梁的退役拉吊索；
步骤S2：提取若干退役拉吊索中的腐蚀钢丝，确定腐蚀钢丝的腐蚀等级，且保证获取的腐蚀钢丝涉及的腐蚀等级覆盖全部等级，对腐蚀钢丝进行去锈、烘干以及称重工序；
步骤S3：对步骤S2中处理后的腐蚀钢丝进行三维扫描，获取各腐蚀等级内腐蚀钢丝的三维点云；
步骤S4：基于步骤S3获取的三维点云，沿着腐蚀钢丝的轴向方向选取若干三维点云内的横截面积；
步骤S5：建立单根腐蚀钢丝横截面积的概率分布函数，并进行拟合，得出单根腐蚀钢丝匹配的拟合参数；
步骤S6：统计若干腐蚀钢丝的概率分布函数的拟合参数，得到不同腐蚀等级的腐蚀钢丝拟合参数的谱统计结果，即为腐蚀钢丝的腐蚀谱。
为了提高腐蚀谱的准确性，在进行退役拉吊索选取的时候，需要尽可能获取在肉眼可见范围内满足多种腐蚀等级的腐蚀钢丝，以满足统计需求，这里需要对腐蚀等级做一个划分，图2所示，分级标准一般包括四个等级，1级：钢丝表面出现斑点状的镀锌氧化物；2级：钢丝表面的镀锌层完全氧化；3级：在钢丝表面76-152 mm或3-6 inch长度内，有不超过30%的面积覆盖有褐色铁锈斑点；4级：在钢丝表面76-152 mm或3-6 inch长度内，有超过30%的面积覆盖有褐色铁锈斑点。
由于需要对钢丝进行三维扫描，因此需要对腐蚀钢丝进行去锈、烘干以及称重工序，这里去锈不宜过度，不宜影响腐蚀钢丝表面的三维形貌，建议用10%的稀盐酸溶液清洗钢丝表面，再用清水清洗钢丝表面残留盐酸溶液，去锈至钢丝表面光滑即可，最后将钢丝烘干。
对腐蚀钢丝进行三维扫描的目的是为了建立三维点云模型，这里采用的是如海克斯康提供的高精度的光学扫描系统，其实利用扫描技术对横截面积进行扫描的方法不算新创，但是这一技术能够用在退役拉吊索内是本申请的一个创新点所在。为了加快扫描进度，可同时对多根腐蚀钢丝一起扫描，一起建立三维点云模型，最后将单个模型提取出来，扫描结果如图3所示。
接下来就是对腐蚀钢丝的横截面积进行统计，为何要获取腐蚀钢丝的横截面积，这是因为钢丝截面积是决定其承载力的最关键的参数，截面积越小其承载力越小，所以以截面积为分析对象是非常有意义的；优选实施例中建议沿着腐蚀钢丝轴向方向进行截取横截面积的截取间隔为0.1mm，即1000mm长度的钢丝段中包括10001个横截面；然后计算统计截取出来的腐蚀钢丝的横截面积大小，得出如图4所示的示意图，图4中纵坐标表示每个横截面面积，当对应横坐标的横截面面积对应的纵坐标出现峰值的时候，代表这个横截面面积出现的频率最高。
经过谨慎研究对比后发现，拟合钢丝截面积的概率分布函数，其服从的是正态分布规律，因此建议采用正态分布进行拟合，图5是单根腐蚀钢丝的拟合结果，图6是多根腐蚀钢丝的拟合结果，图5与图6的纵坐标均为匹配的概率密度函数，正态分布选用的参数为均值和标准差，最后统计不同腐蚀等级下钢丝截面积分布的参数（均值和标准差），形成钢丝腐蚀谱，结果如图7所示。
本申请提出利用光学扫描技术扫描钢丝的表面，确定钢丝的腐蚀程度，利用谱统计方法建立钢丝表面形貌的规律，最后腐蚀谱可用于模拟不同腐蚀程度的在役拉吊索钢丝，以此可以推断出钢丝腐蚀的时变速率，为业内研究钢丝腐蚀规律提供了科学的参考。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.用于模拟在役拉吊索钢丝腐蚀程度的腐蚀谱的建立方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤S1：获取若干桥梁的退役拉吊索；
步骤S2：提取若干退役拉吊索中的腐蚀钢丝，确定腐蚀钢丝的腐蚀等级，且保证获取的腐蚀钢丝涉及的腐蚀等级覆盖全部等级，对腐蚀钢丝进行去锈、烘干以及称重工序；
步骤S3：对步骤S2中处理后的腐蚀钢丝进行三维扫描，获取各腐蚀等级内腐蚀钢丝的三维点云；
步骤S4：基于步骤S3获取的三维点云，沿着腐蚀钢丝的轴向方向选取若干三维点云内的横截面积；
步骤S5：建立单根腐蚀钢丝横截面积的概率分布函数，并进行拟合，得出单根腐蚀钢丝匹配的拟合参数；
步骤S6：统计若干腐蚀钢丝的概率分布函数的拟合参数，得到不同腐蚀等级的腐蚀钢丝拟合参数的谱统计结果，即为腐蚀钢丝的腐蚀谱。
2.根据权利要求1所述的用于模拟在役拉吊索钢丝腐蚀程度的腐蚀谱的建立方法，其特征在于：步骤S2中，截取若干退役拉吊索中长度为1000mm的钢丝段。
3.根据权利要求1所述的用于模拟在役拉吊索钢丝腐蚀程度的腐蚀谱的建立方法，其特征在于：步骤S2中，对截取的钢丝段进行腐蚀等级划分，具体的，
1级：钢丝表面出现斑点状的镀锌氧化物；
2级：钢丝表面的镀锌层完全氧化；
3级：在钢丝表面76-152 mm或3-6 inch长度内，有不超过30%的面积覆盖有褐色铁锈斑点；
4级：在钢丝表面76-152 mm或3-6 inch长度内，有超过30%的面积覆盖有褐色铁锈斑点。
4.根据权利要求1所述的用于模拟在役拉吊索钢丝腐蚀程度的腐蚀谱的建立方法，其特征在于：步骤S2中，对腐蚀钢丝进行去锈，采用10%的稀盐酸溶液清洗腐蚀钢丝表面，再用清水清洗腐蚀钢丝表面残留的盐酸溶液。
5.根据权利要求1所述的用于模拟在役拉吊索钢丝腐蚀程度的腐蚀谱的建立方法，其特征在于：步骤S3中，对步骤S2中处理后的腐蚀钢丝通过高精度光学仪器进行三维扫描。
6.根据权利要求5所述的用于模拟在役拉吊索钢丝腐蚀程度的腐蚀谱的建立方法，其特征在于：前述的高精度光学仪器为海克斯康提供的光学扫描系统。
7.根据权利要求1所述的用于模拟在役拉吊索钢丝腐蚀程度的腐蚀谱的建立方法，其特征在于：步骤S3中，同时对多根腐蚀钢丝进行三维扫描，建立三维点云模型，接着从综合建立的三维点云模型中提取单个腐蚀钢丝的三维点云模型。
8.根据权利要求1所述的用于模拟在役拉吊索钢丝腐蚀程度的腐蚀谱的建立方法，其特征在于：步骤S4中，沿着腐蚀钢丝轴向方向进行截取横截面积的截取间隔为0.1mm，即1000mm长度的钢丝段中包括10001个横截面；
对10001个横截面面积进行计算统计。
9.根据权利要求1所述的用于模拟在役拉吊索钢丝腐蚀程度的腐蚀谱的建立方法，其特征在于：步骤S5中，采用正态分布进行拟合腐蚀钢丝的概率分布函数。
10.根据权利要求9所述的用于模拟在役拉吊索钢丝腐蚀程度的腐蚀谱的建立方法，其特征在于：步骤S5中，正态分布的参数为均值和标准差。
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