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预应力锚索结构的腐蚀行为

刘贞国  
【摘要】:预应力锚索结构的工作环境中往往存在以水为载体的腐蚀性介质(尤其氯盐、硫酸盐等介质),再加上该结构自身特有的复杂构造特点、高应力工作状态、高难度施工控制以及施工及维护的高隐蔽性,使得锚索腐蚀问题成为困扰这种结构应用的关键问题。既有相关研究工作主要从定性角度分析了锚索的各种腐蚀方式、基本腐蚀原理以及腐蚀发展规律。本文以氯盐和硫酸盐侵蚀环境为背景,针对预应力锚索内锚段和锚头部位的腐蚀行为展开研究。 基于氯盐侵蚀环境条件,针对锚索内锚段钢索腐蚀引起的受拉性能退化问题,考察索孔灌浆体中的氯盐浓度、孔隙水饱和度、含氧状态以及浆体强度等4个因素的影响,经过相对长期、系统的试验研究,并结合理论分析,建立了基于Hill函数的锚索内锚段瞬时腐蚀速率时变模型、腐蚀失重率时变模型以及抗拉承载力退化预计模型。 基于氯盐及硫酸盐侵蚀环境条件,针对锚索结构内锚段粘结性能退化问题,考虑索体腐蚀程度、硫酸盐侵蚀浓度以及岩体约束程度等因素的影响,进行了相对长期、系统的试验研究,结果表明:索体腐蚀可在一定范围内提高极限粘结强度,而硫酸盐对浆体的腐蚀这会降低极限粘结强度,且降低程度随硫酸盐浓度增大而增大;岩体的环向约束作用可显著提高极限粘结强度。 基于氯盐侵蚀环境条件,针对预应力锚索结构锚头部位的腐蚀问题,考虑氯盐浓度、保护层厚度、应力水平、腐蚀时间等因素的影响,进行了相对长期、系统的试验研究,结果表明:锚头部位各金属部件都存在一定程度的局部腐蚀现象,其中钢垫板的腐蚀程度相对最大;同时,在各部件接触面上,缝隙腐蚀作用相对较弱,而电偶腐蚀影响较大。 最后,结合前面的研究结果并通过理论分析,研究了预应力锚索结构全寿命工作性态预计问题。


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