劉紅亮 中國建筑第二工程局有限公司海南分公司

1 前言

鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)是一個(gè)較為容易出現(xiàn)腐蝕和疲勞的部位，如果不對其進(jìn)行有效的防護(hù)工作，就會(huì)降低鋼結(jié)構(gòu)橋梁的使用壽命，甚至?xí)斐奢^為嚴(yán)重的安全事故。因此，對于鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)腐蝕的原因、特點(diǎn)以及主要形式都要進(jìn)行深入分析，進(jìn)而更好地探索出有效的防護(hù)技術(shù)，降低安全事故產(chǎn)生的幾率。

2 鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)腐蝕疲憊的原因

鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)腐蝕，指的是鋼材料與外部環(huán)境中的侵蝕因素發(fā)生化學(xué)或者是電化學(xué)的相互作用，進(jìn)而導(dǎo)致鋼材料被破壞的過程。造成鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)腐蝕主要原因包括大氣水分腐蝕和海水腐蝕：大氣水分腐蝕是指大氣中水分、氧氣以及其他腐蝕成分對鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)的破壞；海水腐蝕指的是海水中含有的氧離子、氯離子以及海洋生物對鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)的破壞。同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)腐蝕程度還可以分為局部腐蝕和均勻腐蝕：局部腐蝕的破壞位置較為集中，多數(shù)為一個(gè)腐蝕程度較高的集中點(diǎn)，從而引起鋼結(jié)構(gòu)橋梁產(chǎn)生脆性斷裂，會(huì)造成嚴(yán)重的突發(fā)性安全事故；而均勻腐蝕相對于局部腐蝕來說，危害程度較低，不會(huì)引起鋼結(jié)構(gòu)橋梁的突發(fā)性斷裂，但依舊會(huì)影響鋼結(jié)構(gòu)橋梁的使用壽命。

鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造較為復(fù)雜，包含各種類型的缺口、細(xì)節(jié)等組成要素，因此，這也是發(fā)生鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)疲勞主要位置。由于外部環(huán)境、氣候條件、荷載程度以及使用時(shí)間等方面的原因，會(huì)使鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)不斷增強(qiáng)疲勞狀態(tài)，并且使鋼材料的質(zhì)量不斷下降，進(jìn)而造成焊接節(jié)點(diǎn)的損傷，并且在一定程度上降低了鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)的抗損傷能力和抗斷能力，大大影響了鋼結(jié)構(gòu)橋梁的使用壽命。一方面，外部氣候的不可抗因素造成鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)疲勞現(xiàn)象是無法避免，只有技術(shù)人員定期對鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行排查和維護(hù)，才能有效降低鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)的疲勞情況；另一方面，由于荷載情況的不確定性，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工時(shí)，無法依據(jù)實(shí)際情況來進(jìn)行合理安排，進(jìn)而為后續(xù)的鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)造成疲憊增加更多的隱患[1]。

3 鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)腐蝕疲憊的特點(diǎn)

鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)受到腐蝕的部位主要集中在桁梁結(jié)構(gòu)、鋼箱梁以及纜索系統(tǒng)中，不同橋梁位置的腐蝕條件和腐蝕程度也存在著差異，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)橋梁各個(gè)焊接節(jié)點(diǎn)的實(shí)際腐蝕情況也不一樣。對于桁梁結(jié)構(gòu)部分的鋼材料腐蝕，面板以上的部分主要是由于受到雨水沖刷和紫外線照射而導(dǎo)致的侵蝕；面板以下的部分主要是由于水蒸氣蒸發(fā)、排放的污染物而造成的腐蝕。對于鋼箱梁部分來說，由于該結(jié)構(gòu)內(nèi)部通風(fēng)條件較差，很容易聚集出潮濕的水蒸氣，進(jìn)而造成鋼箱梁的腐蝕。對于纜索系統(tǒng)來說，由于長期暴露在外，會(huì)受到來自雨水、空氣中污染物以及紫外線照射等方面的侵蝕，因此受到破壞的程度也比較高。基于此，使鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)受到腐蝕的因素主要包括環(huán)境因素、材料因素以及人為因素，技術(shù)人員要根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)橋梁的實(shí)際情況，來采取最為科學(xué)、合理的維護(hù)措施。

在鋼結(jié)構(gòu)橋梁的使用過程中，其焊接點(diǎn)出現(xiàn)疲勞的初始階段，從外部來看并不會(huì)十分明顯，只是部分零件或構(gòu)件上存在細(xì)節(jié)性的變化。但若不加強(qiáng)對鋼結(jié)構(gòu)橋梁的定期排查工作，就會(huì)使鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)的細(xì)節(jié)處不斷進(jìn)行疲憊和老化，一方面加快了焊接節(jié)點(diǎn)受到腐蝕的速度，另一方面大大增加了發(fā)生安全事故的風(fēng)險(xiǎn)程度。隨著鋼結(jié)構(gòu)橋梁的疲勞程度不斷增加，細(xì)節(jié)處的破損也會(huì)變得越來越明顯，鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)會(huì)開始出現(xiàn)裂紋、變形、加速老化等現(xiàn)象。此時(shí)的鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)應(yīng)該進(jìn)行及時(shí)的維修、更換等工作了，如果使鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)不斷受到疲勞和腐蝕的破壞，不光會(huì)影響鋼結(jié)構(gòu)橋梁的荷載能力、使用壽命等因素，還會(huì)對過往車輛和行人造成極大的安全威脅。

此外對于鋼梁的各類連接節(jié)點(diǎn)來說，如果在詳細(xì)的運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)某個(gè)節(jié)點(diǎn)失效，那么該節(jié)點(diǎn)就無法實(shí)現(xiàn)對鋼梁結(jié)構(gòu)的全面性固定，這也就是說，針對整個(gè)系統(tǒng)中的其他部位，則很可能在自然環(huán)境的進(jìn)一步侵蝕之下，或者鋼梁在處于承受振動(dòng)的環(huán)境之下，使得其他的焊接節(jié)點(diǎn)需要承受更多的載荷。當(dāng)此時(shí)，在其他區(qū)域的相關(guān)載荷產(chǎn)生之后，很可能會(huì)逐漸無法承擔(dān)原有的承力性能要求，所以從其他節(jié)點(diǎn)的失效時(shí)間上來看，相對于設(shè)計(jì)結(jié)果的期望值，會(huì)在更短的時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)大范圍的失效現(xiàn)象，甚至產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，可以說正是由于某一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)了失效問題，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行壽命大幅度下降。

4 鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)腐蝕疲勞的主要形式

鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)腐蝕對于鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)疲勞的影響主要體現(xiàn)在，腐蝕作用會(huì)使鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)疲勞缺口效應(yīng)不斷加強(qiáng)，并使細(xì)節(jié)處和缺口處的裂紋擴(kuò)大速度越來越快。此外，受到腐蝕的鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)的抗疲勞程度有未受到腐蝕的鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)之間存在很大的差異。鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)腐蝕和疲勞的主要表現(xiàn)結(jié)構(gòu)可以分為兩類：一是鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)在腐蝕環(huán)境下產(chǎn)生疲勞，也就是說鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)在腐蝕因素與荷載疲勞的共同作用下，而產(chǎn)生的損壞；二是預(yù)腐蝕疲勞，指的是鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)在已經(jīng)被腐蝕因素腐蝕了一段時(shí)間之后，受到了荷載疲勞的作用，進(jìn)而產(chǎn)生的損壞?；诖耍梢詫摻Y(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)腐蝕疲勞分為環(huán)境介質(zhì)引起的腐蝕損傷以及循環(huán)應(yīng)力引起的疲勞損傷這兩種形式，這兩種形式存在相互作用、相互疊加的存在狀態(tài)。

一旦鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生腐蝕疲勞，最為直接的表現(xiàn)形式就是其裂紋萌生機(jī)理。影響鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)腐蝕疲勞裂紋萌生機(jī)理的主要因素包括材料、環(huán)境以及人為等方面的因素。鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)腐蝕疲勞裂紋萌生機(jī)理主要變化過程可以描述為：在初始階段中，使鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)形成蝕坑；隨著腐蝕疲勞的程度不斷加深，蝕坑的面積也會(huì)不斷擴(kuò)大；進(jìn)而使蝕坑逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閿嗔鸭y；并且在隨著斷裂紋遭受腐蝕的情況后，慢慢增長為長裂紋；最終形成鋼結(jié)構(gòu)橋梁的斷裂。此外在橋梁的日常運(yùn)行中，無論是承受載荷時(shí)，還是非承受載荷時(shí)，橋梁都會(huì)處于振動(dòng)狀態(tài)，在一些較為特殊的情況下，橋梁上所承受的載荷以及在自然環(huán)境的作用下，會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象，此時(shí)橋梁所承受的載荷和能量得到了大幅度的提高。對于橋梁中的焊接點(diǎn)，相對來說相較于鋼材本身來說，焊接節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度要低于鋼材本身，此時(shí)在振動(dòng)的情況下，如果是非共振情況下，則屬于疲勞斷裂和腐蝕斷裂。但是在共振情況下，焊接節(jié)點(diǎn)會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)無法承受承擔(dān)的能量，此時(shí)焊接節(jié)點(diǎn)上往往還未能行程腐蝕坑或者腐蝕坑的深度較淺，不過焊接節(jié)點(diǎn)很可能直接出現(xiàn)貫穿性的斷裂紋。

5 鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)腐蝕疲勞壽命評估

一方面，通過不斷的研究和實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，將鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)腐蝕疲勞狀態(tài)與鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)疲勞狀態(tài)進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)其使用壽命的平均時(shí)間之間的差異并不是很大，因此，可以證明無論是鋼結(jié)構(gòu)橋梁哪種形態(tài)的損傷，都會(huì)在一定程度上影響其使用壽命。除此之外，造成鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)腐蝕疲勞的主要因素可以包含截面面積的損失、水分侵蝕以及銹蝕坑?；诖耍梢园l(fā)現(xiàn)影響鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)使用壽命的原因可以歸為三類：一是截面厚度損失導(dǎo)致的截面模量降低，促使應(yīng)力加大，從而影響鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)使用壽命；而是腐蝕坑周圍的應(yīng)力過于集中，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)無法長期進(jìn)行承受，從而形成突發(fā)性破損或斷裂；三是鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)在處于腐蝕環(huán)境時(shí)，裂紋增長的速度會(huì)不斷加快，到這鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)破損的面積越來越大，從而發(fā)生斷裂。此外對于焊接節(jié)點(diǎn)的具體腐蝕性疲勞壽命研究過程中，也需要分析在某個(gè)節(jié)點(diǎn)失效的情況之下，且其他影響參數(shù)并為發(fā)生變化之時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)前所存在的相關(guān)參數(shù)變化特征，如果發(fā)現(xiàn)取得的相關(guān)參數(shù)從最終取得的結(jié)果上來看，很容易和設(shè)計(jì)期望數(shù)值之間出現(xiàn)較大的差別時(shí)，則需要對這類信息做出后續(xù)的修復(fù)。此外如果發(fā)現(xiàn)在某個(gè)節(jié)點(diǎn)失效后，對于其他節(jié)點(diǎn)造成的影響過大，那么就意味著，該焊接節(jié)點(diǎn)可能會(huì)對整個(gè)體系造成極其深遠(yuǎn)的影響，當(dāng)此時(shí)就需要經(jīng)過進(jìn)一步的數(shù)學(xué)模型建設(shè)工作，以分析具體造成了影響效果。

另一方面，鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)腐蝕和疲勞的形成原因，在一定程度上還與鋼結(jié)構(gòu)橋梁性能退化有關(guān)。由于鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)在受到腐蝕的同時(shí)，還會(huì)受到不同程度的荷載壓力，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)橋梁的使用壽命逐漸降低。這也就證明了鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)腐蝕疲勞不光是一種復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)作用，更是與力學(xué)作用有很大的關(guān)聯(lián)。基于此，在對鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行維修、保養(yǎng)工作時(shí)，不光是要考慮到鋼材質(zhì)受外部因素腐蝕的情況，同時(shí)也要考慮鋼結(jié)構(gòu)橋梁的荷載能力，進(jìn)而對整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)橋梁進(jìn)行調(diào)整和改良，控制鋼結(jié)構(gòu)橋梁通行車輛的荷載數(shù)，進(jìn)而在最大程度上降低鋼結(jié)構(gòu)橋梁的疲勞程度。

在當(dāng)前的信息化技術(shù)使用中，已經(jīng)開始大量使用數(shù)學(xué)模型思想，分析并研究在當(dāng)前的工作制度、工作理念和系統(tǒng)運(yùn)行中，可否根據(jù)目前的信息協(xié)調(diào)信息取得所有的信息，本文認(rèn)為在今后的信息處理和分析過程中，也必須要可以全面按照當(dāng)前的所有信息處理方案與各類數(shù)據(jù)的工作方案，研究在各類信息的具體處理過程中，如何實(shí)現(xiàn)針對所有信息的后續(xù)整理和分析方法，以研究橋梁焊接節(jié)點(diǎn)的壽命參數(shù)。針對所有風(fēng)險(xiǎn)的分析和研究規(guī)程中，必須要全面分析所有信息的處理方案與工作需求，其中橋梁焊接節(jié)點(diǎn)的壽命影響因素包括環(huán)境腐蝕、疲勞斷裂、振動(dòng)信息乃至于共振信息，當(dāng)然并非所有的影響因素都長期存在，此時(shí)就要建立分段數(shù)據(jù)的分析模式，其中橋梁焊接節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)了共振問題時(shí)，很可能會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)失效，此時(shí)要在建立的模型中分析共振問題的發(fā)生概率，當(dāng)然該參數(shù)極低，但是在計(jì)算中不可直接去除。對于腐蝕參數(shù)以及疲勞參數(shù)，則要根據(jù)當(dāng)前的數(shù)據(jù)處理方法和信息的調(diào)整方案，并分析在這類因素的影響下橋梁焊接節(jié)點(diǎn)的失效速度，并且分析各類不同因素的影響和作用環(huán)境下，對于相關(guān)數(shù)據(jù)信息的后續(xù)處理方法。

6 結(jié)束語

綜上所述，通過對鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)腐蝕的原因和特點(diǎn)進(jìn)行分析，可以知道鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)腐蝕是一個(gè)較為復(fù)雜的過程，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接節(jié)點(diǎn)腐蝕主要是水分的侵蝕，如果不對其采取有效的防護(hù)措施，就會(huì)大大縮短鋼結(jié)構(gòu)橋梁使用壽命。基于此，相關(guān)工作人員應(yīng)該加強(qiáng)對鋼結(jié)構(gòu)橋梁防護(hù)工作的重視。