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海洋桥梁工程轻质、高强、耐久性结构材料现状及发展趋势研究
发布时间:2022年06月13日


海洋环境下的桥梁结构,受严酷腐蚀环境和复杂荷载形式影响(如风荷载、交通荷载的耦合作用等),其长期服役性能(耐久性问题、疲劳蠕变引起的性能退化等)不足,严重影响桥梁结构的安全性能和服役寿命。首先,钢材在海水的腐蚀作用下力学性能降低,危害十分严重,我国 2014 年因钢材腐蚀造成的经济损失高达 1.9 万亿人民币,占当年国内生产总值的 3%。另外,海洋环境中水下或水位变动区的混凝土结构,直接与海水中的硫酸盐、镁盐等腐蚀性介质接触。硫酸盐腐蚀一方面由硫酸根离子和水化铝酸盐、氢氧化钙作用生成膨胀产物引起;另一方面是硫酸镁造成水泥石中水化硅酸钙(CSH)凝胶分解,体系强度损失,黏结力下降。欧洲每年超过 50% 的建设预算花费在混凝土结构修复和翻新工程 [1];在我国,每年投入路桥混凝土结构的维修费用在 100 亿元左右 [2]。此外,桥梁拉索承受的高应力会加速其腐蚀速率;建于1960 年的委内瑞拉 Maracibo 桥在风雨的不断侵蚀以及拉索剧烈振动的影响下,192 根钢索中有 25 根存在严重隐患,由于没有及时发现并采取相应的措施,其中 1 根拉索于 1979 年 2 月突然发生断裂,造成桥体的局部坍塌,直接经济损失达 5000 万美元;此外,由于拉索的自重垂度影响,大跨钢拉索斜拉桥的有效跨径只能达到 1300 m,更大跨径下钢拉索将不能满足施工挂索和经济性能等要求。

针对海洋环境下大跨桥梁突出的长期服役性能问题和轻量化需求,基于轻质、高强、耐久的材料调研结果,研究在桥梁关键区域的针对性应用方法,突破海洋环境下大跨桥梁的耐久和跨越瓶颈,以实现高性能和长寿命的目标,所涉及的相关技术主要包括传统钢材、混凝土的性能提升技术以及海洋桥梁用新型纤维增强复合材料(FRP)应用技术。


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