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斜拉桥检测原因以及斜拉索常见的病害及处理建议

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1、引言

近30多年来,我国已建成斜拉桥100多座,是世界上斜拉桥最多的国家,特别是在跨径为200m~600m范围内,斜拉桥是最具竞争力的桥型。但使用几年后,随之而来的因各种原因进行的换索工程费用占桥梁原造价的50%以上。目前国内大部分非新建斜拉桥基本都经历了换索,那么,新建斜拉桥如何提高斜拉索使用时效与降低换索难度,成为关注重点。下面就斜拉桥拉索为对象,分析斜拉索索体的主要受损原因与改善措施。楚天联发专注于拉索检测,专业检测斜拉索外观病害,检测结果精准。

2、斜拉索病害及原因分析

斜拉桥的桥跨结构的重量和桥上承担的活荷载的绝大部分都是通过斜拉索传递到索塔上的。无论是什么类型的斜拉桥均要求其斜拉索具备良好的抗疲劳性能、耐久性、抗腐蚀性和安全性。

楚天联发小编咨询工程师后,对目前普遍使用的斜拉索进行整理归纳,分析其主要病害主要有以下几类:

2.1斜拉索设计不足

1)有些拉索设计没有选用能够使用长久的新型高强抗腐蚀的材料,而是选用了一些强度、防水防腐能力较低的普通钢筋。

2)有些设计没有在拉索上下索道内填充密封材料或者是使用的填充的材料容易老化开裂,导致索道内部积水,更有甚者在拉索下锚具垫板处没有设置泄水槽,造成索道内部在没有张拉索道时就开始有积水,从而导致筒内密封环、连接筒以及锚板、钢丝镦头的锈蚀;

3)设计时索管内没有加设减振器,使得拉索振动过大。斜拉索在风、雨作用下,或是在桥面、桥塔的振动作用下,或是在上述因素的共同作用下,会发生各种不同机制的振动。有的振动虽然振幅不大,但经常发生;有的振动虽然发生频率不高,但振幅较大。斜拉索振动导致索端接头部位疲劳,在索锚结合处易产生疲劳裂纹,破坏索的防腐系统,严重的造成拉索失效。

2.2、斜拉索施工质量不高

1)施工时上、下锚具封盖固定不牢,锚杯内黄油填充不实,有的甚至忘记填充,尤其是上锚具,使得雨水很容易进入锚板,而锚具因其构造特征,水分易进难出,容易被侵蚀,且锚具的布置不易于检测,出现了问题一般难以被及时发现。锚杯的构造使得水汽易进难出,容易引起斜拉索的锈蚀。锚具的锈蚀会导致锚端部位斜拉索的腐蚀。斜拉索在锚具连接筒的末端因荷载作用下的变形以及斜拉索自身的振动等常承受反复的弯折作用,疲劳作用明显。

2)斜拉桥拉索灌浆过程中施工单位没有注意气温对施工的影响,在高温情况下进行了灌浆,而当出现暂时低温时,造成聚乙烯管破裂,拉索产生多处裂缝,从而使得水可以进入腐蚀拉索。

3)施工悬挂拉索时没有张拉达到预先规定的力,使得拉索出现松弛,由于松弛,拉索无法维持原有的应力水平,使防护体系的各个部分趋向于独立变化。防护体系的各部分(聚乙烯套管、水泥砂浆、钢管等)由于无法变形一致,从而在套管内和混凝土外表面之间产生一系列的缝隙,在在管内混凝土收缩影响下,会发展成常规裂缝,盐分和其它化学物质就能乘虚而入,侵蚀钢丝。

4)施工时对索体的保护措施普遍不够,施工过程中索体的损伤时有发生。拉索安装过程中,由于拉索与孔道的方向很难对准,从而导致拉索在进入孔道的过程中会经常出现违规操作。如有时会出现牵引机拉住拉索一头强行向孔道中输送,这个过程中PE护套和导管很容易发生摩擦,导管的尖锐处就很有可能会划伤了PE护套,从而在这里形成防腐体系的薄弱层。有时甚至会出现牵引机直接拉住拉索PE护套的情况。拉索施工时对PE护套造成的刻痕和划伤,将会导致拉索在运营后不久就开裂。在施工过程中拉索PE护套由于施工时的碰撞导致PE护套出现刻痕、破裂,并且对破裂部分现场修补能力有限,使得拉索耐久性降低,护套破损会使得拉索裸露在大气中容易被雨水侵蚀。

5)工过程中梁体高程控制不准,使得拉索下锚具螺母在满丝时不能贴紧梁体混凝土,为保证螺母满丝工作,不得不在下锚具与梁体间力口设钢板,而钢板又不进行防锈处理,钢板的锈蚀必将引起对应拉索索力的降低,导致结构内力的重分布,使结构受力偏离设计值。

在拆索以前进行的拉索恒载索力检测中,发现部分索拉力与设计值偏差较大,这主要是由于施工过程中索管位置、方向控制不准,使得下索管与拉紧后的拉索不平行,有的甚至抵紧索管—侧,因此索力差别大。为后期施工需要,施工单位在拉索与索管之间加设了垫板使得拉索在此处承受剪力,大大降低了拉索的承载能力。楚天联发在进行斜拉索检测时采用无损检测,施工时严格按照方案设计施工,不给拉索带来多余负担。

2.3、使用中养护不足

斜拉桥使用过程中,没有做到发现小问题及时处理,而是拖延到必问题严重了时才处理。另外就是养护部门虽然有行过多次例行检察,但每次检查只是局限于外观的检查,而并没有深入的对拉索索力变化、内部腐蚀情况进行相关检查,当然这个也是由于条件的局限所造成。楚天联发斜拉索检测,不仅包括斜拉索PE外观检测还可以检测断丝、锈蚀,只要你需要我们可以深入检测拉索病害,帮你更详尽的分析桥梁健康情况。

3、针对斜拉桥拉索检测后发现的相关病害提出的一些处理建议

1、拉索应采用镀锌低松弛平行钢丝及镀锌低松弛钢丝或采用具有轻质、高强、耐腐蚀、耐疲劳热膨胀系数低、成型工艺性好、施工简便等优点新型碳纤维复合材料CFRP筋,这样可以解决拉索松弛,如果松弛,拉索将不能承受原来长度的内力,势必引起结构内力的重分布,使结构内力偏移设计内力;

2、由于目前对于斜拉索的相关不足还在研究进步期,势必会对拉索进行防护,因此在对斜拉桥设计中,应该充分考虑为今后桥梁的防护提供条件,以便于今后对桥梁拉索进行养护或更换带来方便,从而不会较长时间影响桥梁的使用。

3、对钢索进行重点防腐蚀措施,这可以采用各种涂层,如油漆、油脂、水泥浆、镀锌等。防护方法大致有 :1)全封闭索防护;2)单根钢索镀锌、铝防护;3)化学涂层法;4)套管压浆法;5)直接挤压防套法。它还可分为临时防护与永久防护,较重要的为永久防护。永久防护可分为内防护与外防护,内防护是指直接防止拉索锈蚀,所用材料一般有沥青砂、防锈脂、黄油、聚乙烯塑料泡沫和水泥浆;外防护是保护内防护材料不致流出、老化等。我国一般采用碳黑聚乙烯在塑料挤出机中旋转挤包于拉索上而成的热挤索套防护拉索方法,要做好防护工作,必须严格控制生产时各环节与工序,确保质量。

4、对于施工中或其他原因出现的护套开裂进行及时修补,对于小面积的划伤,深度在3mm以下时,可以用专用焊枪用相同的HDPE原料覆盖并焊接在损坏处再用电磨机进行表面处理,恢复表面平整。对于比较深、范围较大的损坏,宜采用加热套管进行恢复。

5、锚固部位外露锚具防护:在锚固结构的锚板上设置法兰连接垫板并进行必要的防锈处理,周边用密封胶密封;清除锚具外露部分的表面污染和锈蚀后均匀涂刷一层锚具专用长效防护油脂;在法兰垫板表面沟槽内安装密封圈,打上密封胶后安装不锈钢护罩;护罩用合格的不锈钢材料加工制造,渡连接部位美观,锚端防护罩能全部罩住斜拉索锚具,并与其他密封措施配合形成密封区间;锚管内聚氨酯发泡填充:近年来使用封闭性聚氨酯发泡填充在斜拉索与锚管的间内,防止水分和污染物进入斜拉索护筒管内;梁端拉索导管出口处不锈钢防雨罩结构为了防止雨水顺斜拉索索体流入锚管内,避免斜拉索索体与锚管口摩擦伤损,同时使过渡连接部位美观,锚端防护专门设置了不锈钢防雨罩结构。

6、振动会影响拉索使用性能,缩短使用寿命,那么,采取减振措施使振动限制在可接受的范围内,即应达到的控振目标:容许振幅等于拉索直径,或等于L/1700~L/3000,L为拉索长度;索的阻尼D\0.03,增加阻尼,可降低振幅;索的受控振型为小于3Hz的振型。研究表明,拉索的频率大于3Hz后,风雨的激励将不容易使拉索发生有害振动。

7、在拉索运输、挂设安装过程中,应特别注意拉索PE护套的保护。护套是拉索的可靠保护层,如果撕裂、破损,雨水将直接侵蚀钢丝或钢绞线。

8、耐高应力幅(250MPa)拉索,抗风雨激振拉索,抗腐蚀长寿命拉索,防护层高密度聚乙烯(HDPE)拉索等研发与应用,相对地延长了拉索的使用寿命,可减少换索工程的施工频率。另外,在施工时,应注意配合锚固的构造,合理控制锚杯内锚腔的长度与拉索的折点,保证锚固强度与安全性,最好设置拉索的移动滚道使索体与滚道不产生相对移动,严格控制温度与水分的影响,同时考虑运营时荷载的变化引起的钢丝之间/微动摩擦0,而填充油性蜡等,以起到润滑减摩的作用。

9、加强对拉索索体护套和上、下锚固端检查等。按顺序逐束检查拉索PE套管有无开裂、断裂、鼓胀及变形,并作好标记和记录。重点检查索端出索处的钢护筒、钢管与索导管连接处的外观情况。检查拉索的防护层有无裂纹、破损、老化,钢护筒有无松动、脱落、锈蚀、连接处有无渗水、漏水等。按顺序逐束检查塔端和梁端锚具及周围混凝土的情况。检查锚具是否生锈,周围混凝土是否开裂、潮湿,锚具内是否有水存在等。检查拉索锚固区导管端部橡胶套管的水密性。并针对检查出来的问题,及时找出解决方案。

4、结束:

斜拉索的病害主要分为拉索护套开裂、拉索钢丝腐蚀、拉索锚固系统疲劳损伤、拉索振动过大、拉索松弛等几类。引起斜拉桥拉索病害的原因是多种多样的,也是错综复杂的。一些病害的产生不仅仅是一种因素的作用,而经常是多种因素在时间上并行或前后对结构所产生影响的总和。在包括设计、制作、运输、建设、运营、养护维修等诸多环节中,任何一处出现或大或小的错误或不合理的地方,在当时看来也许并不会发生严重后果,但对于要经受时间考验的结构来说,都有可能造成病害。因此在斜拉桥的设计、建设、养护中要尽量做到设计合理、考虑周详,建设规范、保证质量,养护及时、管理到位。在斜拉桥运营期间也要重视斜拉索检测问题,长期的斜拉索检测可以为桥梁养护提供可靠的数据依据,良好的养护可以延长桥梁的运营。

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