重庆交通大学土木工程学院 重庆 400074
摘要：由于钢绞线长期暴露在各种环境中容易产生腐蚀现象，不同的腐蚀程度会对在役桥梁应力产生相异的影响，鉴于此，本研究利用LC振荡电路对不同腐蚀率作用下的钢绞线进行应力检测，通过实验表明，不同腐蚀程度的钢绞线其应力与谐振频率呈负相关。
关键词：钢绞线；腐蚀率；应力检测；谐振频率
0.引言
钢绞线是由多根钢丝绞合构成的钢铁制品，氯盐等一系列的化学及物理侵蚀，会导致钢绞线发生严重腐蚀，使钢绞线所承受的应力将会有所下降，如Schupack和Suarez在1978-1982五年的时间美国有50座建筑物出现不同程度的预应力腐蚀的现象，腐蚀大多发现在局部区域，幸运的是未造成遭难性的事故[1]，因此对于腐蚀钢绞线的实时应力检测尤为重要。
Lizhao Dai等人探究了钢绞线腐蚀而引起的抗弯承载力变化，表明低于临界值的钢绞线腐蚀会导致弯曲能力略降，腐蚀程度越大，抗弯承载力越低[2]。Y.Hoshi等人为了避免应用传统的方法而破环了混凝土保护层来检测钢筋的腐蚀速率，发明了一种应用于钢筋混凝土结构中腐蚀检测的间接电化学阻抗法[3]。Fumin Li等人以埋藏在混凝土中的钢绞线为研究对象，进行了声发射检测研究，声发射的能力沿钢绞线横纵向传播，通过试验表明声发射强度随着传播长度呈指数函数关系衰减[4]。但是声发射技术也存在一些局限性，声发射过程中伴有大量噪声，不注意排除噪声，将会得到错误的结果。
本研究只针对与1.2m的短钢绞线进行验证，为实际工程中在役混凝土桥梁受损结构的应力检测提供了基础，本研究具重要的理论意义和实用价值。
1.腐蚀作用下裸钢绞线力-频理论分析
LC振荡电路是由一个电感L和一个电容C连接在一起的电路，由文献 [5]可知，
2.实验验证
本实验将不同腐蚀程度的钢绞线进行应力与频率研究，本研究的实验装置有钢绞线电化学腐蚀装置（Nacl溶液）、LC电磁谐振检测系统、拉伸试验机（WAW-1000型微机控制电液伺服式万能试验机）、稳压直流电源（PS202D 20V 2A）
实验采用1.2m的5种腐蚀程度的钢绞线，采用实验分为5组，每组三根钢绞线，将经过电化学锈蚀过后的钢绞线按腐蚀程度的不同编号，分为腐蚀率0%、5%、10%、15%、20%。
对15组不同腐蚀过后的钢绞线进行拉伸实验，同时利用LC振荡电路接在钢绞线两端测量其谐振频率。对以上五种不同腐蚀程度的钢绞线进行拉力实验过后的频率显示值如下图 1所示。
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图 2 不同腐蚀率下钢绞线应力与谐振频率关系图
数据分析：
（1）图 2反应的是不同腐蚀程度的钢绞线，在谐振电路中钢绞线的谐振频率 与应力 相应的关系图，5种不同程度腐蚀的钢绞线，应力与频率的变化趋势相同，呈负相关变化。
（2）在从0%~20%腐蚀率增加的过程中，频率的变化范围从370000KHz~370300 KHz上升到383100KHz~383700KHz，钢绞线在受到相同的拉应力时，腐蚀率大的钢绞线所测得的谐振频率较大。
由于上图中的频率数据相差较大不方便进行数据对比，绘制应力与谐振频率归一化图。
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图 3 拟合图
据图 3得归一拟合图可知其拟合公式：
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据拟合式不同程度腐蚀的钢绞线所受应力与谐振频率呈较好的负线性相关性，各数据拟合方程均为的形式，实验数据拟合的方程与理论推导出来的应力与频率变化相关性一致，呈负相关，拟合度在0.9548，具有较好的实验效果。
3.结论
本研究通过进行1.2m短钢绞线腐蚀及拉伸试验，证明了在相同的腐蚀率下，LC振荡电路所检测的电磁频率将随着应力呈反比关系；在相同的应力作用下，LC振荡电路所检测的电磁频率将随着腐蚀率的增大而增大；腐蚀作用后的钢绞线在利用LC谐振电路检测其应力与谐振频率之间关系时腐蚀率对其整体趋势没有影响，它只影响二者关系的截距大小，即频率范围扩大，在0%~20%的腐蚀作用下，钢绞线所测得的应力与其谐振频率皆呈反比关系。
参考文献：
[1]Schupack M，Suarez M G.Some recent corrosion embrittlement failures of prestressing systems in the United States [J].PCI Journal，1982，27（2）：38-55
[2]Dai L，Wang L，Bian H，et al.Flexural Capacity Prediction of Corroded Prestressed Concrete Beams Incorporating Bond Degradation[J].Journal of aerospace engineering，2019，32（4）：04019027.1-04019027.9.
[3]Y.Hoshi，T.Koike，H.Tokieda，I.Shitanda，M.Itagaki，Y.Kato，Non-contact measurement to detect steel rebar corrosion in reinforced concrete by electrochemical impedance spectroscopy，J.Electrochem.Soc.166（11）（2019）C3316–C3319.