青岛海湾大桥钢结构的腐蚀寿命预 测及安全性评估
2015-06-01 00:00:00
作者：ecorr_91 来源：《腐蚀防护之友》
文| 董彩常 钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所 腐蚀研究中心主管
青岛钢研纳克检测防护技术有限公司 腐蚀研究中心主管
青岛海湾大桥效果示意图
研究背景
青岛海湾大桥位于山东省胶州半岛， 是中国首座位于北方寒冷冰冻地区的特大型海上桥梁群，钢结构在大桥中得到了广泛应用。在海洋大气环境中，钢结构不可避免会遭受环境腐蚀，日积月累就会形成一定程度的损伤和破坏，影响钢结构的安全使用。因此，迫切需要能够对钢结构的腐蚀寿命进行预测评估的技术方法和手段， 来评价钢结构在运营期内能否安全正常的发挥作用。
研究目标及内容
2008 年，青岛海湾大桥的建设方山东高速青岛公路有限公司与我单位建立了委托关系。利用我单位长期从事金属材料暴露腐蚀试验所积累的数据和经验，以实现对青岛海湾大桥钢箱梁结构腐蚀寿命科学预测为研究目标，探讨腐蚀预测模型的应用条件和影响因素，并从材料腐蚀导致桥梁钢结构的应力变化分析入手，研究建立运营期内海湾大桥钢结构各时间节点的腐蚀寿命预测和安全性评估的技术路径。
研究成果
针对青岛海湾大桥钢箱梁结构的腐蚀寿命预测和安全性评估研究主要取得了以下成果：
（1） 通过对涂层的环境暴露实验和实验室模拟加速实验数据的类比分析和当量换算，应用最佳协同效应，评估了青岛海湾大桥钢箱梁外表面涂层能否达到25 年的使用寿命要求，可为今后海洋工程中钢结构的涂层体系设计和寿命评定提供方法借鉴。
（2） 基于现有青岛海域环境的金属和涂层腐蚀数据，以及现场暴露数据，结合大桥钢结构的受力分析，综合应用幂函数腐蚀预测模型和灰色预测模型，评估了青岛海湾大桥钢结构设计寿命内的安全性以及焊缝薄弱部位的耐腐蚀疲劳性能，建立了海洋大气中桥梁钢结构腐蚀寿命预测和安全性评估的新技术。
（3） 以钢结构涂层破损率检测、电阻探针腐蚀在线监测等技术为基础，结合现场7 个周期共30 年的挂片暴露试验，以及焊缝等薄弱部位的应力应变现场监测技术，共同构成海洋大气中桥梁钢结构安全性保障技术体系，为运营过程中大桥钢结构制定科学合理的腐蚀维修、维护方案提供数据支持。
课题实施过程中，钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所共获得国家发明专利授权3 项， 实用新型专利授权1 项；参与编写出版专著1 部；发表文章9 篇；经中国公路学会鉴定， 研究成果达到国际领先水平，并分别获得中国公路学会2013 年科学技术奖一等奖和山东省2014 年科学技术进步奖一等奖。
研究意义
课题组通过将基础试验研究得到的钢的大气环境腐蚀预测模型，成功运用于大型钢结构实体工程，将静态的腐蚀数据与动态的受力条件相结合，综合运用了多种试验和分析方法，得出海洋大气环境中钢结构的腐蚀寿命评估方法和评估结论，进而将结果应用于指导青岛海湾大桥的设计和管养实践。为保证海湾大桥100 年的设计寿命提供了理论指导和实践方法，并可对今后海洋大气环境中的类似大型工程提供设计参考，创新性显著，有较为突出的应用价值。
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