橋梁鋼結(jié)構(gòu)長期處于自然環(huán)境中,難免會受到雨水、大氣及污染物的腐蝕,這將嚴重威脅橋梁安全與耐久性。我國地域廣闊,東部沿海地區(qū)擁有大量的江河;西部地區(qū)則存在大量酸性土壤、鹽漬土和高鹽地下水,這些環(huán)境中氯離子濃度普遍較高。長期服役于此類環(huán)境下的橋梁,鋼結(jié)構(gòu)容易受到氯離子的侵蝕,導致腐蝕,進而引發(fā)構(gòu)件強度和剛度下降等嚴重問題,尤其在反復荷載作用下,腐蝕疲勞將會導致材料性能劣化,威脅結(jié)構(gòu)的正常使用,極大地縮短橋梁的使用壽命。
鋼材的腐蝕類型多種多樣,包括均勻腐蝕、點腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕和應力腐蝕等。均勻腐蝕是指鋼材表面全面均勻發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象,導致材料整體逐漸變薄。點腐蝕則在局部區(qū)域發(fā)生,形成小面積的快速腐蝕,通常在應力集中或保護層缺陷處出現(xiàn)??p隙腐蝕多發(fā)生在金屬連接處,如焊縫或緊固件接縫處,由于縫隙中電解質(zhì)的滲透而形成。晶間腐蝕和應力腐蝕則分別由材料的晶粒邊界和外部應力作用引起,它們都可能導致材料的突然斷裂。
這些腐蝕形式嚴重削弱了鋼構(gòu)件的力學性能和承載能力,增加了結(jié)構(gòu)失效的風險。腐蝕不僅減少了構(gòu)件的有效截面積,還可能引起應力集中,影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。為了全面了解腐蝕對橋梁構(gòu)件及整體結(jié)構(gòu)性能的影響,研究人員常采用實驗室腐蝕試驗、現(xiàn)場監(jiān)測和數(shù)值模擬等手段進行綜合評估。通過這些方法,可以定量分析腐蝕損傷程度及其對結(jié)構(gòu)性能的具體影響,為橋梁的維護、加固及壽命預測提供科學依據(jù)。
目前全球范圍內(nèi)橋梁“老齡化”問題凸顯,受腐蝕損害嚴重,橋梁的服役性能劣化及橋梁倒塌等災禍在全球范圍內(nèi)出現(xiàn)了逐年上升的趨勢。因此,加大橋梁養(yǎng)護和檢測勢在必行。目前檢測橋梁腐蝕狀況的檢測技術(shù)主要是:基于計算機視覺和機器學習的損傷識別方法和基于傳感器檢測技術(shù)的無損檢測方法。而橋梁中鋼結(jié)構(gòu)的防腐技術(shù)涉及多個層面,包括使用專門的防腐涂料來隔絕腐蝕介質(zhì)、采用陰極保護等電化學方法來減緩腐蝕、依據(jù)環(huán)境特點設計合理的涂層體系、進行嚴格的表面處理以增強涂層附著力、執(zhí)行定期的檢查和必要的維護工作、控制腐蝕環(huán)境的溫濕度、應用耐候鋼以提高耐大氣腐蝕性能、遵循防腐涂裝養(yǎng)護技術(shù)指南和標準、以及在設計和施工階段就綜合考慮防腐措施。這些技術(shù)的綜合應用有助于延長橋梁鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命,確保橋梁的安全性和耐久性。
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