查看原文
其他

为什么大桥的钢缆很圆润?没想到这个致命弱点现在成了续命绝招 | 科学DIY

实验君 把科学带回家 2019-10-19

本文由公众号 “把科学带回家” 提供

给孩子最好的科学教育




你见过那种悬索跨海大桥的主缆吗?


它们都是什么形态的呢?是不是圆柱形的?


可能你觉得这没什么,因为圆柱形的比较好制造嘛。可是实际上,悬索桥的主缆的形态和大桥的生死存亡密切相关。







关键概念


锈蚀



材料和操作



3个铁钉

3个带塞子的试管,或者三个能密封的罐子

防潮剂,比如无水氯化钙,或者食品干燥剂

食用油







把三枚铁钉分别放到3个试管里。


@Raju’s natural science adacemy


1 在第一个试管里倒入一半生水,塞上塞子。




2 在第二个试管里倒入刚刚煮开的热水(这样水里溶解的空气较少),最后用油封住水面,并塞上塞子。



3 在第三个试管里放入大量防潮剂,然后塞上塞子。



把3个试管放在相同的环境里,等3天后拿出来看。3根铁钉里,谁生锈了,谁没有生锈呢?


实际上,如果你的操作没问题,生锈的应该是泡在一半生水里的那根铁钉。





原理


这个实验证明,生锈的必要条件是水,以及空气。因为光接触水(第二个试管),以及光接触干燥空气(第三个试管)都无法让铁钉生锈。


实际上,钢铁生锈的条件十分简单粗暴——在空气相对湿度小于40%的情况下,钢铁就不会生锈。


麻省理工学院(MIT)腐蚀实验室的材料学教授 H. H. Uhlig 的经典研究发现,相对湿度(水蒸气的饱和度,绝对湿度与最高湿度之间的比)小于40%时,钢铁几乎无法被腐蚀;相对湿度在40%-60%之间,腐蚀的发生速度较慢;只有在相对湿度超过60%时,钢铁才会迅速腐蚀。


H. H. Uhlig 的经典研究发现,相对湿度(水蒸气的饱和度,绝对湿度与最高湿度之间的比)小于40%时,钢铁几乎无法被腐蚀。


这就是悬索桥面临的严峻考验。在海风中,悬索桥的主缆持续承受着空气湿度和具有腐蚀性的物质(如沿海地区空气中的大量氯化钠,氯化镁颗粒)造成的双重腐蚀悬索桥的主缆在生命周期内是不能更换的,所以它的腐蚀程度直接决定了大桥的寿命。


这就是悬索桥的主缆必须是圆柱形的重要原因了。



30年代的时候,美国建造了大量悬索桥。当时的防锈方法是,钢缆被紧密扎起来以后,外面涂一层铅和亚麻籽做的腻子,然后用缠丝缠绕,再套一个保护层。



但是1996年美国纽约地区的检测发现,这种方法并不能有效保护主缆,纽约地区悬索桥的腐蚀情况相当严重。


1990年,日本一架只有7年历史的悬索桥的主缆也发生了腐蚀。后来的检测发现,一些更新的悬索桥也被海风腐蚀了。


后来桥梁工程师们才明白,不管主缆包得多好,湿气总有办法钻到主缆中,因为里面的钢缆是圆柱形的,圆柱体之间总有缝隙啊。更可怕的是,因为有保护层包裹,主缆被打开检测的时候,腐蚀的情况往往已经很严重了。


1968年,旧金山金门大桥的主缆外部被发现受到了腐蚀。



既然“漏风”问题是缆线的圆柱形态导致的,有没有办法利用这个缺陷反败为胜呢?


利用圆柱形的缆线间的间隙,可以把经过除湿的空气送入主缆中,防止主缆锈蚀。


1994年开始,日本开始研究把干燥的新风送入主缆中,利用缆线间的缝隙除湿的送风干燥系统,并在濑户大桥上首次应用。


濑户大桥


这种除湿系统后来被美国英国韩国北欧各国以及我国效仿。国内首个使用除湿系统的是2005年竣工,连接江苏省的镇江市润州区与扬州的润扬长江公路大桥(是润扬,不是润肠)。所以,许多跨海悬索桥的桥面都有一个生产干燥空气的机房,把干燥的空气泵入主缆。


2005年竣工通车的润扬长江公路大桥


总之看完钢缆除湿防锈的故事我们明白,圆柱形的食物容易卡住奇奇怪怪的气体,大家注意吃意面的时候少喝可乐,不然容易打嗝放P。

|・ω・`). 





读者DIY手作展示


△ 杜轲涵小朋友做的20面张拉整体(点我查看制作方法)——



△ 杜轲涵小朋友做的凝视恐龙(点我查看制作方法)——



△ 纵天珩小朋友做的20面张拉整体(点我查看制作方法)——



△ Good、dαЧ ๑ 晏子小朋友做的岩浆灯(点我查看制作方法)——



△ 圆宝小朋友做的纸质保险箱(点我查看制作方法)——



△ 小宝小朋友做的20面张拉整体(点我查看制作方法)——



△ 海螺小朋友做的张拉整体(点我查看制作方法)——



△ 海的女儿小朋友做的20面张拉整体(点我查看制作方法)——



△ 常载麟小朋友做的弹力鸡蛋(点我查看制作方法)——



△ 王奕睿小朋友做的纸质保险箱(点我查看制作方法)——



△ 比丢小朋友做的20面张拉整体(点我查看制作方法)——



△ PreCise 小朋友做的20面张拉整体(点我查看制作方法)——









不过瘾,请戳

古装剧里鲜艳的衣服科学吗?他用30年证明我们错怪导演了

美国政府:马桶是屎尿屁专用的,求求你别丢其他东西进去了







把科学带回家ID:steamforkids


给孩子最好的科学教育


转载请联系 kids@huanqiukexue.com


长按二维码关注我们

无标注图片来自网络。

动态图片和参考资料储存于石墨:

https://shimo.im/docs/rgwCyWTWXphxwC8x/ 

Modified on

    您可能也对以下帖子感兴趣

    文章有问题?点此查看未经处理的缓存