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(cè)防護(hù)技術(shù)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(guó)首座位于北方寒冷冰凍地區(qū)的特大型海上橋梁群，鋼結(jié)構(gòu)在大橋中得到了廣泛應(yīng)用。在海洋大氣環(huán)境中，鋼結(jié)構(gòu)不可避免會(huì)遭受環(huán)境腐蝕，日積月累就會(huì)形成一定程度的損傷和破壞，影響鋼結(jié)構(gòu)的安全使用。因此，迫切需要能夠?qū)︿摻Y(jié)構(gòu)的腐蝕壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)估的技術(shù)方法和手段， 來(lái)評(píng)價(jià)鋼結(jié)構(gòu)在運(yùn)營(yíng)期內(nèi)能否安全正常的發(fā)揮作用。

 

 

    研究目標(biāo)及內(nèi)容

 

 

       2008 年，青島海灣大橋的建設(shè)方山東高速青島公路有限公司與我單位建立了委托關(guān)系。利用我單位長(zhǎng)期從事金屬材料暴露腐蝕試驗(yàn)所積累的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)青島海灣大橋鋼箱梁結(jié)構(gòu)腐蝕壽命科學(xué)預(yù)測(cè)為研究目標(biāo)，探討腐蝕預(yù)測(cè)模型的應(yīng)用條件和影響因素，并從材料腐蝕導(dǎo)致橋梁鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化分析入手，研究建立運(yùn)營(yíng)期內(nèi)海灣大橋鋼結(jié)構(gòu)各時(shí)間節(jié)點(diǎn)的腐蝕壽命預(yù)測(cè)和安全性評(píng)估的技術(shù)路徑。

 

 

    研究成果

 

 

       針對(duì)青島海灣大橋鋼箱梁結(jié)構(gòu)的腐蝕壽命預(yù)測(cè)和安全性評(píng)估研究主要取得了以下成果：

 

 

      （1） 通過(guò)對(duì)涂層的環(huán)境暴露實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室模擬加速實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的類(lèi)比分析和當(dāng)量換算，應(yīng)用最佳協(xié)同效應(yīng)，評(píng)估了青島海灣大橋鋼箱梁外表面涂層能否達(dá)到25 年的使用壽命要求，可為今后海洋工程中鋼結(jié)構(gòu)的涂層體系設(shè)計(jì)和壽命評(píng)定提供方法借鑒。

 

 

      （2） 基于現(xiàn)有青島海域環(huán)境的金屬和涂層腐蝕數(shù)據(jù)，以及現(xiàn)場(chǎng)暴露數(shù)據(jù)，結(jié)合大橋鋼結(jié)構(gòu)的受力分析，綜合應(yīng)用冪函數(shù)腐蝕預(yù)測(cè)模型和灰色預(yù)測(cè)模型，評(píng)估了青島海灣大橋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命內(nèi)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(jié)構(gòu)腐蝕壽命預(yù)測(cè)和安全性評(píng)估的新技術(shù)。

 

 

     （3） 以鋼結(jié)構(gòu)涂層破損率檢測(cè)、電阻探針腐蝕在線監(jiān)測(cè)等技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)7 個(gè)周期共30 年的掛片暴露試驗(yàn)，以及焊縫等薄弱部位的應(yīng)力應(yīng)變現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，共同構(gòu)成海洋大氣中橋梁鋼結(jié)構(gòu)安全性保障技術(shù)體系，為運(yùn)營(yíng)過(guò)程中大橋鋼結(jié)構(gòu)制定科學(xué)合理的腐蝕維修、維護(hù)方案提供數(shù)據(jù)支持。

 

 

      課題實(shí)施過(guò)程中，鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所共獲得國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)3 項(xiàng)， 實(shí)用新型專(zhuān)利授權(quán)1 項(xiàng)；參與編寫(xiě)出版專(zhuān)著1 部；發(fā)表文章9 篇；經(jīng)中國(guó)公路學(xué)會(huì)鑒定， 研究成果達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，并分別獲得中國(guó)公路學(xué)會(huì)2013 年科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)和山東省2014 年科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

 

 

    研究意義

 

 

       課題組通過(guò)將基礎(chǔ)試驗(yàn)研究得到的鋼的大氣環(huán)境腐蝕預(yù)測(cè)模型，成功運(yùn)用于大型鋼結(jié)構(gòu)實(shí)體工程，將靜態(tài)的腐蝕數(shù)據(jù)與動(dòng)態(tài)的受力條件相結(jié)合，綜合運(yùn)用了多種試驗(yàn)和分析方法，得出海洋大氣環(huán)境中鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕壽命評(píng)估方法和評(píng)估結(jié)論，進(jìn)而將結(jié)果應(yīng)用于指導(dǎo)青島海灣大橋的設(shè)計(jì)和管養(yǎng)實(shí)踐。為保證海灣大橋100 年的設(shè)計(jì)壽命提供了理論指導(dǎo)和實(shí)踐方法，并可對(duì)今后海洋大氣環(huán)境中的類(lèi)似大型工程提供設(shè)計(jì)參考，創(chuàng)新性顯著，有較為突出的應(yīng)用價(jià)值。