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青島海灣大橋鋼結構的腐蝕壽命預測及安全性評估

2015-06-01 00:00:00 作者：ecorr_91 來源：《腐蝕防護之友》分享至：

文| 董彩常　鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所腐蝕研究中心主管

青島鋼研納克檢測防護技術有限公司腐蝕研究中心主管

青島海灣大橋效果示意圖

研究背景

青島海灣大橋位于山東省膠州半島，是中國首座位于北方寒冷冰凍地區的特大型海上橋梁群，鋼結構在大橋中得到了廣泛應用。在海洋大氣環境中，鋼結構不可避免會遭受環境腐蝕，日積月累就會形成一定程度的損傷和破壞，影響鋼結構的安全使用。因此，迫切需要能夠對鋼結構的腐蝕壽命進行預測評估的技術方法和手段，來評價鋼結構在運營期內能否安全正常的發揮作用。

研究目標及內容

2008 年，青島海灣大橋的建設方山東高速青島公路有限公司與我單位建立了委托關系。利用我單位長期從事金屬材料暴露腐蝕試驗所積累的數據和經驗，以實現對青島海灣大橋鋼箱梁結構腐蝕壽命科學預測為研究目標，探討腐蝕預測模型的應用條件和影響因素，并從材料腐蝕導致橋梁鋼結構的應力變化分析入手，研究建立運營期內海灣大橋鋼結構各時間節點的腐蝕壽命預測和安全性評估的技術路徑。

研究成果

針對青島海灣大橋鋼箱梁結構的腐蝕壽命預測和安全性評估研究主要取得了以下成果：

（1）通過對涂層的環境暴露實驗和實驗室模擬加速實驗數據的類比分析和當量換算，應用最佳協同效應，評估了青島海灣大橋鋼箱梁外表面涂層能否達到25 年的使用壽命要求，可為今后海洋工程中鋼結構的涂層體系設計和壽命評定提供方法借鑒。

（2）基于現有青島海域環境的金屬和涂層腐蝕數據，以及現場暴露數據，結合大橋鋼結構的受力分析，綜合應用冪函數腐蝕預測模型和灰色預測模型，評估了青島海灣大橋鋼結構設計壽命內的安全性以及焊縫薄弱部位的耐腐蝕疲勞性能，建立了海洋大氣中橋梁鋼結構腐蝕壽命預測和安全性評估的新技術。

（3）以鋼結構涂層破損率檢測、電阻探針腐蝕在線監測等技術為基礎，結合現場7 個周期共30 年的掛片暴露試驗，以及焊縫等薄弱部位的應力應變現場監測技術，共同構成海洋大氣中橋梁鋼結構安全性保障技術體系，為運營過程中大橋鋼結構制定科學合理的腐蝕維修、維護方案提供數據支持。

課題實施過程中，鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所共獲得國家發明專利授權3 項，實用新型專利授權1 項；參與編寫出版專著1 部；發表文章9 篇；經中國公路學會鑒定，研究成果達到國際領先水平，并分別獲得中國公路學會2013 年科學技術獎一等獎和山東省2014 年科學技術進步獎一等獎。

研究意義

課題組通過將基礎試驗研究得到的鋼的大氣環境腐蝕預測模型，成功運用于大型鋼結構實體工程，將靜態的腐蝕數據與動態的受力條件相結合，綜合運用了多種試驗和分析方法，得出海洋大氣環境中鋼結構的腐蝕壽命評估方法和評估結論，進而將結果應用于指導青島海灣大橋的設計和管養實踐。為保證海灣大橋100 年的設計壽命提供了理論指導和實踐方法，并可對今后海洋大氣環境中的類似大型工程提供設計參考，創新性顯著，有較為突出的應用價值。

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