钢箱梁腐蚀病害综合评分制评定方法

'钢箱梁腐蚀病害综合评分制评定方法吉伯海，赵端端，姜竹生，史国刚，傅中秋8l钢箱梁腐蚀病害综合评分制评定方法吉伯海。赵端端，姜竹生。。史国刚。傅中秋(1．河海大学土木与交通学院，江苏南京210098；2．江苏省交通运输厅工程质量监督局，江苏南京210004)摘要：为对钢箱梁腐蚀等级进行判定，提出考虑多因素的综合评分制方法。对钢箱梁腐蚀成因进行分析，总结钢箱梁腐蚀类型。在现有的腐蚀评定方法基础上，针对不同腐蚀类型，选取适用于钢箱梁的腐蚀评定指标，并根据钢箱梁结构特点，提出2个新评定指标。建立钢箱梁腐蚀评定指标系统，包括腐蚀密度、腐蚀坑大小、腐蚀深度、腐蚀面积百分率、腐蚀深度百分率和腐蚀部位，参考现有评定标准和工程经验，给·出各个等级对应的指标值范围。关键词：钢箱梁；腐蚀；等级；综合评分制中图分类号：U448．213；U445．71文献标志码：A文章编号：1671—7767(2013)06—0081一O51引言引起钢箱梁主要病害的原因各有不同，但任何钢箱梁自重轻、强度高、制作施工速度快，在大一类病害都不是单独存在的，各种病害之间紧密联跨径桥梁中有着广泛的应用。目前几乎所有的大跨系，并相互影响。涂装劣化引起保护层脱落，进而可径悬索桥和斜拉桥都采用了钢箱梁结构形式。同能引起腐蚀；而腐蚀又会加剧涂装劣化。腐蚀病害时，由于钢箱梁截面高度较小，可以有效增加桥下净可能在关键部位引起应力集中以及构件强度降低，空，在航道桥梁以及城市桥梁中也有广泛的应用。引发疲劳裂纹；而疲劳裂纹可能导致钢板与空气接但是大跨度桥梁大多为跨河跨海大桥，所处环境湿触面积增大，且缝内易积水，导致腐蚀。同时，疲劳度较大，环境大气中可能含有腐蚀成分，钢箱梁易发可引起涂装开裂，导致涂装劣化。钢箱梁典型病害生腐蚀病害。尽管针对钢箱梁桥腐蚀问题有不同的相互影响关系如图1所示。预防措施，但腐蚀病害仍然无法避免[1]。l目rll交变荷载腐蚀是钢桥的主要病害之一[4]。尽管桥梁很少ll因腐蚀出现倒塌事故，但钢箱梁腐蚀直接影响到桥引起应力集中、开裂构件强度降低梁的寿命。在钢箱梁的日常检查中，腐蚀严重程度涂层劣化腐蚀疲劳的评判直接影响桥梁的整体状态评估以及后期的维加剧与空气接触面积大、缝内积水护方案。虽然针对钢板腐蚀已经有相应的评定规范开裂和方法，但还没有针对钢箱梁的评定规范和方法[5]。本文分析现有腐蚀评定指标，筛选出适用图1钢箱梁典型病害相互影响关系于钢箱梁的评定指标，建立了钢箱梁腐蚀评定的指2．2钢箱梁腐蚀类型标体系，并在此基础上，参照以往经验和现有规范，钢板的腐蚀类型很多，按照腐蚀的外观情况，可制定综合考虑各指标因素的评分制评定方法。以分为点蚀、均匀腐蚀、缝隙腐蚀[g]。螺栓腐蚀在钢板腐蚀分类中是作为缝隙腐蚀的一种，由于缝隙腐2钢箱梁腐蚀成因分析蚀会造成疲劳，产生应力集中，对钢箱梁的影响远大2．1钢箱梁病害类型于螺栓腐蚀，但是由于两者所需要的维修措施不同，根据调查，钢桥的病害主要有涂装层脱落、腐螺栓腐蚀维修简单，而缝隙腐蚀维修较复杂，因此本蚀、疲劳以及钢构件脱落或松动等，钢箱梁的主要病文将螺栓腐蚀单独列出作为第4种腐蚀类型。4种害为前3种。与钢桥类似，钢箱梁的腐蚀病害也是腐蚀类型的主要腐蚀原因以及腐蚀描述如表1普遍存在的[7]。根据2008年的检查结果，中国江所示。苏省内的几座桥梁的钢箱梁均出现了局部腐蚀。收稿日期：2013—05—21基金项目：国家自然科学基金资助(51278166)；高等学校博士学科点专项科研基金(20120094110009)；江苏省交通科学研究计划项目(2Ol1YO9—1、2O12Y13)作者简介：吉伯海(1966一)，男，教授，1986年毕业于扬州大学工业与民用建筑专业，工学学士，1994年毕业于日本大同工业大学桥梁工程专业，工学硕士，2002年毕业于日本爱知工业大学桥梁工程专业，工学博士(E-mail：hhbhji@163．corn)。 82世界桥梁2013，4l(6)表1钢箱梁腐蚀类型、腐蚀原因及腐蚀描述验方法口。；AC一121—65是关于飞机结构腐蚀程度的评价系统l1。腐蚀评定指标的评价[1¨如表3所示，其中密度、大小和深度用来评定点蚀，分别表示蚀点的密度、孔口平均面积和蚀坑平均深度口；腐蚀面积百分率用来评定均匀腐蚀，表示锈蚀面积占钢板有效面积的比率口，腐蚀原因、腐蚀类别和腐蚀程度专门用来评定飞机结构腐蚀等级，腐蚀类别分为局部腐蚀和蔓延腐蚀。3．22个补充指标(1)腐蚀深度百分率。通过分析现有评定指3腐蚀评定指标选取标，仅使用腐蚀深度评定存在缺陷。例如要评定23．1现有规范的指标块发生点蚀钢板的腐蚀等级，而这2块钢板厚度不为了选取适用于钢箱梁的腐蚀评定指标，归纳同，如仅选取了密度、大小和深度作为其评定指标，2现有的腐蚀评定标准的评定指标如表2所示，其中块钢板测出的指标大小均相同，判定两者腐蚀等级ISO8501—1(2007)是关于钢材在涂装油漆及和油相同。然而，由于钢板厚度不一样，在其它指标都一漆有关产品前的预处理——表面清洁度的目视评样的情况下，较薄钢板的腐蚀程度要比较厚钢板严定u；ISO8993(2010)是关于阳极氧化的铝和铝合重。由此，本文提出将腐蚀深度百分率作为评定指金点蚀评定系统_】；ASTMG34(2001)是铝合金剥标之一，体现了腐蚀的相对程度。落腐蚀试验规范¨1；HB5455是航空标准铝合金剥d一旦×lOO％(1)t层腐蚀试验方法口；ISO11463(1995)和GB／T18590(2001)均是金属和合金的腐蚀——点蚀评定式中，D为腐蚀坑深度；t为钢板厚度。规范[_朝；ASTM—D610是钢表面锈蚀程度评定试(2)腐蚀部位。AC一121—65标准中的腐蚀类表2现有腐蚀评定标准的评定指标 钢箱梁腐蚀病害综合评分制评定方法吉伯海，赵端端，姜竹生，史国刚，傅中秋83别用于评定钢箱梁，相当于确定钢箱梁的腐蚀部位。蚀坑深度与钢板厚度的比值。IsO11463—1995标钢箱梁中的不同钢板发生腐蚀，对钢箱梁造成的腐准中点蚀的最大腐蚀深度为6．4mm，而钢箱梁的蚀影响不同，所以腐蚀部位对于钢箱梁腐蚀评定是桥面板厚度一般为14～16mm，由此最大的百分率必要的。钢板重要程度可按两面判定：主体受力结约为40，超过4O可能会导致钢板的现有承载力构与非主体受力结构；易检查与不易检查。钢箱梁小于实际所受荷载作用，钢板不能继续使用。因此不同腐蚀部位重要程度判定如表4所示。建议取40为临界百分率，大于40的钢板直接进表4钢箱梁不同腐蚀部位重要程度判定行维护加固或更换。参照ISO11463—1995标准中腐蚀坑深度等级划分，将≤4O的百分率分为4级。考虑到腐蚀深度百分率与腐蚀深度均为蚀坑深度的相关指标，故腐蚀深度百分率不作为评定的单独指标，而是作为腐蚀深度的补充指标。应用时，通过腐蚀深度百分率的放大系数乘以深度指标的分值作为腐蚀坑深度指标。腐蚀深度百分率放大系数取值原则为：腐蚀深度单项最大分值乘以放大系数后，腐蚀深度分值的腐蚀等级最多提高一级。腐蚀深度百分4钢箱梁表面腐蚀综合评分制方法率和部位各自对应的放大系数如表6所示。4．1综合评分制表6腐蚀深度百分率和腐蚀部位对应的放大系数综合评分制就是对部分因素进行打分并相加，再考虑其它因素的作用，综合得出腐蚀程度的方法。现有评定标准虽然将腐蚀等级划分得很细致，但基本是按照单一指标进行腐蚀评定，没有综合考虑多种因素的影响，采用综合评分制可以完善这些不足，提高腐蚀评定的实用性。(3)腐蚀部位。腐蚀部位重要程度分为4级。4．2各评定指标等级划分腐蚀部位作为一个放大系数，在基本分值累计的基(1)密度、大小、深度和腐蚀面积百分率。在进础上将整体放大钢箱梁的腐蚀程度，综合评定出钢行钢箱梁表面腐蚀程度综合评定之前，需对各个评箱梁腐蚀等级。放大系数的取值原则为：①与放大定指标进行等级划分，通过声波法测量出密度、大小系数相乘后腐蚀等级最高提高一级；②如果总分值和深度，再参考ISO11463—1995标准的界限值，划处于某一腐蚀等级分值范围中靠前，表明该腐蚀程分出这3个指标的等级。而腐蚀面积百分率则用电度较轻，则乘以放大系数后尽量不提高其腐蚀等级。子扫描技术扫描出的腐蚀面积与钢板有效面积之比。腐蚀面积百分率等级划分在ASTM—D610—5钢箱梁腐蚀评定08标准基础上，将等级O～10级减至0～5级，以便5．1钢箱梁的检查与记录在实际操作过程中更加可行，降低检查人员的操作钢箱梁腐蚀类型包括点蚀、均匀腐蚀、缝隙腐蚀难度。这4个指标的等级划分及取值如表5所示。和螺栓腐蚀，其中缝隙腐蚀和螺栓腐蚀不需进行等(2)腐蚀深度百分率。腐蚀深度百分率即腐蚀级评定，可直接维护或更换；而点蚀、均匀腐蚀或两表5各指标等级划分及取值者都有的混合型腐蚀则需进行详细的等级评定。在检查时要分析该钢板腐蚀属于哪一类腐蚀类型，根×／m一。大小mmz深度mm分值等级据各自的腐蚀特征，选用的评定指标不同，各腐蚀类000000型对应的评定指标如表7所示。钢箱梁进行日常检O～2．5O～O．5O～0．4≤111查记录表如表8所示，其中D为总分值，D1、D2、2．5～100．5～2．00．4～0．81～1022D3、D4分别为各个评定指标的分值，R1、R2分别为10～502．0～8．00．8～1．610～2533腐蚀深度百分率和腐蚀部位的放大系数。评定钢箱5O～1008．0～12．51．6～3．225～5O44梁混合型腐蚀时，将混合型腐蚀中的点蚀和均匀腐1o0～50012．5～24．53．2～6．4>5055蚀分别评定等级后，取等级较大的作为最终评定等级。 84世界桥梁2013，41(6)表8检查记录表5．2等级划分钢板腐蚀等级划分与指标等级划分相同，分为0～5级，对应的分值范围如表9所示。5．3评定举例某钢箱梁的顶板、外腹板、内部加劲肋发生腐蚀，经判定顶板以点蚀为主，板厚14mm-夕腹板为均匀值(D)鹏蚋腐蚀，板厚12mm；内部加劲肋为混合型腐蚀，板厚6mm。各钢板腐蚀评定指标数值如表1O～12所示。表9钢板各腐蚀等级对应的分值范围表10顶板腐蚀评定指标表12外腹板腐蚀评定指标注：总分值D一1．3×(2+2+1。2×3+O)一9．88，判定顶板腐蚀注：总分僵D一1．2×2—2．4，判定外腹板腐蚀等级为2级。等级为4级。疲劳病害。每种病害发生的原因不单一，三者相互表ll内部加劲肋腐蚀评定指标影响。主要腐蚀类型有均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀和螺栓腐蚀。(2)在分析现有评定方法中各评定指标适用性基础上，选取了适用于钢箱梁的腐蚀评定指标：腐蚀蚀坑密度、腐蚀蚀坑尺寸、腐蚀蚀坑深度、腐蚀面积百分率。并根据钢箱梁的结构特征，提出2个钢箱梁腐蚀评定新指标：腐蚀深度百分率和腐蚀部位。注：点蚀总分值D一1．1X(0+3+1．2×2)一5．94，判定等级为(3)划分了钢箱梁评定指标的等级及对应分值，2级；均匀腐蚀总分值D一1．1X3—3．3，判定等级为2级；因而，内部加劲肋腐蚀等级为2级。并根据实际评定需要，制定了腐蚀评定检查记录表。参考文献：6结论(1)钢箱梁典型病害类型有涂层劣化、腐蚀和[1]任必年．公路钢桥腐蚀与防护[M]．北京：人民交通出 钢箱梁腐蚀病害综合评分制评定方法吉伯海，赵端端，姜竹生，史国刚，傅中秋85版社，2002．1,10]ISO8501—1，PreparationofSteelSubstratesbeforeAp—I-2-1BobzinK，BagcivanN，TheissS，eta1．InfluenceoftheplicationofPaintsandRelatedProducts-VisualAssess—。LayerArchitectureofDLCCoatingsonTheirWearandmentofSurfaceCleanliness-Part1：RustGradesandCorrosionResistance1,J]．InternationalJournalofMate—PreparationGradesofUncoatedSteelSubstratesandofrialsResearch，2012，103(6)：774—782．SteelSubstratesafterOverallRemovalofPrevious[33StewartMG．SpatialandTim~DependentReliabilityCoatings[S]．ModellingofCorrosionDamageSafetyandMaintenance[11]ISO8993，AnodizingofAluminumanditsAlloys—Rat—forReinforcedConcreteStructures[J]．StructureandingSystemfortheEvaluationofPittingCorrosion-InfrastructureEngineering，2012，8(6)：607—619．ChartMethod1,S]．1-43SharifiY．ReliablityofDeteriorationSteelBox-Girderr123ASTMG34—01，StandardTestMethodforExfoliationBridgesunderPittingCorrosion[J]．AdvancedSteelCorrosionSusceptibilityin2XXXand7XXXSeriesA—Construction，20儿，7(3)：220—238．luminumAlloys(EXCOTest)[s]．[5]李芳．北大桥钢结构桥梁腐蚀防护rJ]．全面腐蚀控1,13]HB5455，航空标准铝合金剥层腐蚀试验方法[s]．制，2005，19(3)：42—44．1,14]ISO11463：1995，CorrosionofMetalsandAlloys—E—1-63SharifiY，PaikJK．UltimateStrengthReliabilityAnal—valuationofPittingCorrosion[-S]．ysisofCorrodedSteel—BoxGirderBridges[J]．Thin_1,15]GB／T18590，金属和合金的腐蚀——点蚀评定方法WalledStructures，2011，49(1)：157—166．Es]．[73姜竹生，傅中秋，吕磊，等．钢箱梁典型病害成因分析1,16]AsTM—D6lO，涂漆钢表面锈蚀程度评价的试验标准与补强加固技术[J]．南京工业大学学报，2010，32(s1)：试验方法[S]．43—47．[17]AC一121—65，航空器结构持续完整性大纲[S]．I-8]姜竹生，瞿涛，吕磊，等．钢箱梁典型病害分析及其检测与维护技术研究I-j]．防灾减灾工程学报，2011，31[18]黄昌龙，万小朋．飞机结构腐蚀级别评定准则详析[J]．(5)：572—577．中国民航大学学报，2007，25(4)：5—7．[9]曾荣昌．桥梁的腐蚀与防护[J]．材料保护，2000，33(10)：38—40．(编辑：赵兴雅)EvaluationofSteelBoxGirderCorrosionbyComprehensiveEvaluationMethodjlBo-hai，ZHAODuan-duan，JIANGZhu—sheng，SHIGuo-gang。，FUZhong—qiu(1．CollegeofCivilandTransportationEngineering，HohaiUniversity，Nanjing210098，China；2．ProjectQualitySupervisionDepartment，Transp0rtationDepartmentofJiangsuProvince，Nanjing210004，China)Abstract：Inordertoevaluatethecorrosionlevelsofsteelboxgirder，thecomprehensiveeval—uationmethodwithconsiderationofmultiplefactorswasputforward．Thecausesofthesteelboxgirdercorrosionwereanalyzed，andthecorrosiontypesofsteelboxgirderweresummarized．Basedonthecurrentcorrosionevaluationmethodsandinthelightofdifferentcorrosiontypes，thecorrosionevaluationindicessuitableforsteelboxgirderwereselected．Moreover，accordingtothecharacteristicsofthesteelboxgirderstructure。twonewevaluationindiceswereproposed．Thecorrosionevaluationsystemforsteelboxgirderwasestablished，includingcorrosiondensity，di—mensionofthecorrosionpit，corrosiondepth，corrosionareapercentage，corrosiondepthpercent—ageandcorrosionlocations．Basedontheexistingevaluationsystemandengineeringexperience，therangeofindexvaluesforeachlevelwasgiven．Keywords：steelboxgirder；corrosion；level；comprehensiveevaluationsystem'