一种悬索桥吊索腐蚀-疲劳耦合耐久性试验系统及方法与流程

本发明涉及桥梁工程试验，具体涉及一种悬索桥吊索腐蚀-疲劳耦合耐久性试验系统及方法。

背景技术：

1、悬索桥是以主缆、吊索等缆索作为主要承力和传力构件的桥梁结构，但桥梁在实际运营过程中，由于受到环境侵蚀、材料老化和荷载的长期效应以及突发性灾难事故等多种因素的影响，其结构损伤不断的累积、抗力不断减弱，从而导致其抵御自然灾害的能力下降，影响桥梁安全使用寿命。

2、而由平行钢丝或钢绞线组成的吊索相较于桥梁的其他承重构件尤为纤细，受环境影响更为敏感，在服役环境、外部荷载等因素的作用下更易发生损伤。当吊索外保护套在恶劣的环境中老化开裂后，钢丝直接暴露在环境中，就会与腐蚀介质产生化学反应而发生锈蚀损伤。随着锈蚀不断加深，钢丝截面减小、抗力削减，出现断丝，引起缆索性能退化进而影响桥梁结构的安全运营，在极端的情况下将可能引发严重的桥梁垮塌事故。因此，研究悬索桥吊索在腐蚀-疲劳耦合下的耐久性对提高悬索桥的安全性和稳定性至关重要。

3、目前针对悬索桥吊索在实际应用环境中受到的腐蚀和疲劳损伤问题，也有不少的研究成果。针对吊索受到的腐蚀问题，设计有溶液腐蚀和电化学腐蚀试验，对吊索进行加速腐蚀试验，分析其腐蚀机理，包括腐蚀的速率、面积和深度等。针对吊索在载荷效应下出现的疲劳损伤，基于力学理论和有限元建模开展疲劳损伤的模拟研究，也对钢索的力学性能开展疲劳试验，这里也包括对试验对象先腐蚀再进行疲劳试验的研究工作。但是现有的试验方法都只是针对单一的损伤因素进行的试验设计。即使在考虑腐蚀和疲劳共同影响下开展的腐蚀疲劳试验也是不够真实的，先腐蚀再进行疲劳的试验设计思路并不能很好的模拟悬索桥吊索在实际工程应用中面临的问题。悬索桥吊索的腐蚀疲劳破坏是综合了在腐蚀介质和疲劳荷载共同作用下的结果。针对其实际面临的工程问题，需要设计一种将腐蚀和疲劳破坏同时作用于吊索的拉伸试验，在腐蚀疲劳耦合的作用下观察吊索的损伤萌生位置以及演化机理，这样才能更加准确的研究吊索的实际损伤破坏。因此，如何开展悬索桥吊索在腐蚀-疲劳耦合下的耐久性试验至关重要。

4、此外，在悬索桥吊索进行腐蚀-疲劳耦合下的耐久性试验过程中，如何有效地保存损伤信息数据并利用这些试验数据开展后续的研究工作也是一个重要的问题，因此还需要对整个试验过程进行记录以及损伤信息数据的保存。同时，虽然目前针对缺陷检测的研究很成熟，但是有关裂纹萌生位置的研究却存在不足，如何研究悬索桥吊索的初始裂纹萌生问题也是一个巨大的挑战。而数字图像相关的dic技术可以基于像素进行应变分析，这对我们研究缺陷的萌生定位、演化规律和养护措施制定提供了思路。因此，如何设计搭建一套损伤信息采集处理平台，搭载dic应变分析技术模块，对吊索腐蚀疲劳损伤的后续研究具有重要的意义。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的技术问题，本发明的第一个目的是：提供一种悬索桥吊索腐蚀-疲劳耦合耐久性试验系统，该试验系统能够有效模拟吊索在实际服役过程中承受的腐蚀与疲劳同步破坏的情况，同时可以全方位采集吊索的损伤信息并进行检测分析。

2、本发明的第二个目的是：提供一种悬索桥吊索腐蚀-疲劳耦合耐久性试验方法，该试验方法能够对吊索进行腐蚀-疲劳耦合下的耐久性试验，模拟吊索的实际工作环境，同时可以采集吊索的损伤信息并进行检测分析，实现对吊索初始裂纹萌生的检测研究。

3、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

4、一种悬索桥吊索腐蚀-疲劳耦合耐久性试验系统，包括疲劳试验装置、吊索、可视化腐蚀试验装置和可移动的损伤信息采集装置，吊索的两端固定在疲劳试验装置上，疲劳试验装置用于对吊索施加交变载荷，可视化腐蚀试验装置固定套装在吊索上，可视化腐蚀试验装置内装载有腐蚀溶液，可移动的损伤信息采集装置位于吊索的外部，用于全方位采集吊索的损伤信息并进行检测分析。

5、进一步的，吊索包括从上往下依次固定连接的上锚杯、上连接筒、索体、下连接筒、下锚杯、吊耳和耳板。

6、进一步的，疲劳试验装置为足尺疲劳试验机，足尺疲劳试验机包括两个立柱、横梁、框架、液压器、上夹具和下夹具，两个立柱固定在地面上，横梁固定连接在两个立柱之间，框架滑动套设在横梁上，框架的底部与液压器固定连接，液压器的底部与上夹具固定连接，下夹具对应设置在上夹具的下方，下夹具固定在地面上。

7、进一步的，上锚杯与上夹具通过销钉固定连接，耳板与下夹具通过销钉固定连接。

8、进一步的，可视化腐蚀试验装置包括透明的腐蚀箱体，腐蚀箱体上下贯通，腐蚀箱体的底部设有橡胶密封圈，橡胶密封圈的中部设有连接口，橡胶密封圈上还设有排液孔，排液孔内连接有橡胶塞，腐蚀箱体内盛装有腐蚀溶液。

9、进一步的，橡胶密封圈通过连接口套装在耳板上，耳板的底部两侧设有承托橡胶密封圈的凸台，连接口与耳板密封连接。

10、进一步的，连接口呈方形状，连接口处具有倒角结构，倒角结构内填充硅橡胶和石蜡。

11、进一步的，腐蚀溶液的液位在腐蚀箱体的三分之一处，下连接筒、下锚杯、吊耳和耳板均位于液位以下。

12、进一步的，可移动的损伤信息采集装置包括环形光源、工业相机、dic分析模块、机械臂和移动台座，环形光源固定安装在工业相机上，工业相机固定连接在dic分析模块上，dic分析模块铰接在机械臂上，机械臂铰接在移动台座上，工业相机朝向吊索。

13、一种悬索桥吊索腐蚀-疲劳耦合耐久性试验方法，包括以下步骤：

14、s1、将可视化腐蚀试验装置固定套装在吊索上；

15、s2、将吊索的两端竖向固定在疲劳试验装置上；

16、s3、在可视化腐蚀试验装置中装载腐蚀溶液；

17、s4、通过疲劳试验装置对吊索施加交变载荷；

18、s5、通过可移动的损伤信息采集装置采集吊索的损伤信息并进行检测分析。

19、本发明具有如下优点：

20、1、本发明的悬索桥吊索腐蚀-疲劳耦合耐久性试验系统，通过疲劳试验装置对吊索施加交变载荷，通过可视化腐蚀试验装置对吊索进行腐蚀，能够有效模拟吊索在实际服役过程中承受的腐蚀与疲劳同步破坏的情况，克服现有研究中的弱耦合缺陷，提高吊索耐久性试验的科学性和准确性。

21、2、本发明以真实的悬索桥吊索作为试验对象，既模拟了腐蚀环境和行驶车辆与自重荷载的耦合作用，又模拟了吊索中的上锚杯、上连接筒、索体、下连接筒、下锚杯、吊耳和耳板等结构/部件的相互作用，能够更加科学、准确和真实地反映出吊索的损伤情况。

22、3、本发明通过可移动的损伤信息采集装置，能够对吊索进行全方位的损伤信息采集，使得损伤信息采集方式更加灵活，采集的数据更加全面和准确，保证较高的成像质量以及数据采集的科学性和有效性，为后续的缺陷损伤检测研究提供数据支撑。dic分析模块能够对工业相机采集传输的损伤信息进行像素级的检测分析，基于数字图像相关技术，可以对损伤图像进行位移和应变分析，实现对吊索的初始裂纹萌生检测、裂纹演化机理和养护方案制定的研究。