伴随着我国交通网络建设越来越完善，建造了越来越多的桥梁，其中以斜拉桥、悬索桥为代表的大跨度缆索承重桥梁尤为突出。这些桥梁往往跨越峡谷、江河或海洋，处于复杂的环境中。而拉（斜拉索）吊（吊索、吊杆）索作为斜拉桥和悬索桥的关键连接件，对缆索承重桥梁的安全性至关重要。

大气污染的加剧导致桥梁拉吊索所处环境更加复杂，交通量日益增长导致拉吊索应力幅和作用频次超过设计预期值，防护层破损导致水汽进入拉吊索钢丝中，几种影响单独或交互作用是拉吊索发生腐蚀-疲劳破坏的重要因素。针对拉吊索的组成构件钢丝及集成体，对其破坏机理做深入研究，可为提高缆索承重桥梁拉吊索耐久性奠定基础。

桥梁在使用过程中，拉吊索防护层破坏，导致水汽进入索体内，锈蚀钢丝。在没有除湿系统的悬索桥主缆中,钢丝在干湿交替的水汽和高应力状态下,锈蚀现象普遍存在。吊索在腐蚀环境中,常发生疲劳断裂或腐蚀-疲劳破坏,造成拉吊索断裂,导致全桥垮塌等严重事故。拉吊索钢丝的使用应力比一般钢结构高得多，高应力、腐蚀和疲劳等共同作用,是缆索承重桥梁拉吊索容易发生损伤的根源，明确三者共同作用机理及对损伤演化过程的影响，是解决高强钢丝拉吊索损伤问题的基础，也是近期的研究热点。

作为基础研究，需要从钢丝级别开始，探明其腐蚀、疲劳、腐蚀-疲劳、应力-腐蚀-疲劳的机理，确定其承载力退化演变过程。在此基础上，将钢丝作为基础体，考虑钢丝间、防护层、防腐措施、作用荷载和缆索约束状态等的相互影响，研究主缆、拉吊索等实际构件的损伤机理和承载力退化演变规律，从而解决拉吊索的损伤与断裂问题。这是一个长期而艰巨的研究过程，从基础研究开始，才有可能知其然和所以然。

斜拉索、吊索保护层破坏导致锚头与钢丝锈蚀、断丝

吊索断裂

拉索锈蚀导致桥梁垮塌

高强钢丝腐蚀后对钢丝力学性能的影响，与钢丝腐蚀状态有关。钢丝腐蚀后，其最直观的表现是钢丝表面出现分布、大小随机的腐蚀坑。采用统计分析的方式，确定其腐蚀坑分布情况，可以实现钢丝级别腐蚀坑的随机模拟。

将钢丝放入到腐蚀箱中，进行加速腐蚀试验后，或取出实际桥梁腐蚀后的钢丝，通过扫描显微镜观测钢丝的形貌，并进行力学试验研究钢丝的力学参数，是常用的研究手段之一。而本次试验，采用的是加速腐蚀方式实现不同腐蚀度钢丝的统计参数测试。

采用极限强度1860MPa、直径为5mm的镀锌钢丝，按“500g的氯化钠+200g的氯化铜+9.5L纯水+15-18mL冰乙酸配置”的比例，配制出PH值在2.8-3.1的腐蚀液，在盐雾箱中进行不同时间的钢丝加速腐蚀试验。各批钢丝按不同的时间，放在盐雾箱中进行加速腐蚀试验，到期后取出钢丝，对其表面进行处理，然后采用3D扫描仪对钢丝表面腐蚀坑进行分析，获取腐蚀坑的分布特征。对腐蚀后的钢丝进行力学性能测试，获取了不同腐蚀状态的高强钢丝的力学性能变化特征。

测试结果表明，由于钢丝有镀锌层，初期腐蚀较慢。钢丝腐蚀时间变长，钢丝质量损失呈现加速增长的趋势。表1列出了测试数据的统计情况。

对不同腐蚀程度的钢丝进行力学性能测试，并对测试结果进行整理，可以得到钢丝的极限强度和极限应变随腐蚀程度的变化曲线。测试结果表明，腐蚀降低了钢丝的极限强度和极限应变。

不同腐蚀时间后的钢丝，表面形体分析得到了腐蚀坑的分布特征数据，基于试验腐蚀坑的统计特征以及钢丝的本构模型，利用Python的二次开发功能，可以建立模拟不同腐蚀度下的腐蚀坑随机分布模型。

不同腐蚀程度的腐蚀坑典型模拟示意图

研究中建立了30个有限元模型，用以分析钢丝断裂模式。将考虑钢丝腐蚀的本构关系代入Abaqus中，可利用建立的钢丝有限元模型进行计算。将计算的结果与试验测试结果对比，验证了计算模型的可靠性。

试验和模拟分析的结果表明：

1.腐蚀坑附近产生应力集中，裂纹首先出现在腐蚀坑处并扩展；

2.当腐蚀度接近20%，钢丝的极限强度与屈服强度几乎一致，呈现脆性破坏；

3.与均匀腐蚀模型比较，随机腐蚀的钢丝力学性能退化更快。

就试验研究的钢丝而言，通过试验与计算研究，可以建立破断力随腐蚀度的退化公式。其通用性有待更多的研究验证。

1860MPa级5mm钢丝破断力随腐蚀度的退化曲线

采用1860MPa级5mm钢丝进行了加速腐蚀试验，测量了不同腐蚀时间后钢丝的腐蚀状态，获得了其腐蚀坑的分布特征参数，以钢丝失重百分比来描述钢丝的腐蚀程度，研究了钢丝力学性能随腐蚀度变化的退化过程，研究结果表明：

钢丝屈服强度、屈服应变和弹性模量受腐蚀影响很小；

钢丝极限强度、极限应变受腐蚀影响降低较大，研究建立的曲线可供参考；

破断力受腐蚀的影响较大，破断力对腐蚀较为敏感。

随着钢丝强度、直径和表面镀层等的变化，钢丝的腐蚀形貌也可能会发生变化。同时，钢丝的应力状态，对钢丝的腐蚀形貌，及腐蚀后的极限承载力，也可能产生较大的影响，这些有待更进一步的研究。