楊 賡,龐俊輝

(柳州歐維姆機(jī)械股份有限公司,廣西 柳州 545000)

1 概述

某橋是一座跨江的曲線型獨(dú)塔雙索面斜拉橋,主橋?yàn)樗憾展探Y(jié)體系,橋跨布置為50m+87m+144m+39m=320m。主塔采用曲線H型全砼塔結(jié)構(gòu),曲塔橋面以上高63.4米。斜拉索布置為扇形雙索面,曲塔兩側(cè)共有12對(duì)拉索,主跨梁上索距為9米,邊跨砼梁上的索距為2.0米,塔上索距為2～3米,斜拉索角度在24.4°～52.6°之間變化,見圖1。斜拉索采用φ7鍍鋅低松弛高強(qiáng)鋼絲制作,兩端配冷鑄錨頭,斜拉索在塔端與梁端均采用張拉端錨具。斜拉索型號(hào)有7-163絲、7-199絲、7-241絲、7-265絲、7-337絲、7-367絲六種。最短索J1無應(yīng)力索長45.84m,重2.3t；最長索J12無應(yīng)力索長148.92m,重16.5t。

圖1 斜拉索示意圖

其中A2#為LZM7-163冷鑄錨,索長75.668m,對(duì)應(yīng)索徑為?158mm。由于人為因素,塔端預(yù)埋管口位置發(fā)生失火事故,導(dǎo)致斜拉索PE損傷嚴(yán)重。為保護(hù)該橋的安全運(yùn)營,避免斜拉索損傷帶來的安全性、耐久性方面的隱患,對(duì)該橋A2#斜拉索索力,銹蝕,斷絲等相關(guān)構(gòu)件進(jìn)行的專項(xiàng)檢測,根據(jù)檢測結(jié)果對(duì)斜拉索受損程度進(jìn)行了失效分析與估算,據(jù)此評(píng)估斜拉索的耐久性與安全。為斜拉索后期的維修提供依據(jù)。

2 斜拉索表觀檢測

2.1 A2#斜拉索PE護(hù)套表觀狀況全面檢測

2.1.1 A2#斜拉索自由段(燒傷段)護(hù)套表觀狀況檢查及斷絲、銹蝕狀況

A2#斜拉索自由段(燒傷段)護(hù)套上預(yù)埋管處外PE有燒傷痕跡,燒損部位PE損傷嚴(yán)重,鋼絲大面積裸露；部份鋼絲表面已經(jīng)出現(xiàn)點(diǎn)蝕麻坑。

圖2 斜拉索燒損狀況

2.1.2 A2#斜拉索自由段(非燒傷段)護(hù)套表觀狀況檢查及斷絲、銹蝕狀況

利用爬索機(jī)器人對(duì)A2#斜拉索PE護(hù)套表觀及斷絲、銹蝕狀況進(jìn)行全面檢測,通過檢測發(fā)發(fā)現(xiàn)拉索PE發(fā)現(xiàn)不同程度的損傷：

(1)橋面防水罩密封膠老化、脫落；

(2)斜拉索PE護(hù)套表面有密集的網(wǎng)狀裂紋,局部有不同程度的劃痕損傷及凸起開裂現(xiàn)象；

結(jié)果見下列組圖：

圖3 斜拉索局部狀況

序號(hào)檢查項(xiàng)目數(shù)量(處)1索體局部損傷202索體大面積劃痕損傷63索體局部橫向開裂14索體局部豎向開裂15局部劃痕損傷56索體局部變形凸起1

2.2 A2#斜拉索上、下錨頭表觀狀況檢查

對(duì)防水罩、預(yù)埋管等橋面及梁底可操作部位進(jìn)行開窗檢查,重點(diǎn)進(jìn)行檢查。檢查結(jié)果如下：

(1)塔內(nèi)上錨頭工作狀態(tài)良好,經(jīng)過重新防腐,油漆正常；錨杯內(nèi)環(huán)氧砂漿密實(shí),鋼絲鐓頭處有部分環(huán)氧砂漿脫落；

(2)下錨頭保護(hù)罩及墊板出現(xiàn)銹蝕,墊板表面有油污。

圖4 上下錨頭表觀檢測

2.3 斜拉索表觀病害分析

(1)A2#斜拉索靠近主塔處索體PE護(hù)套嚴(yán)重破損,鋼絲在長期受到雨水及空氣溫濕度侵蝕,在高應(yīng)力狀態(tài)下極易發(fā)生應(yīng)力腐蝕,應(yīng)力腐蝕是危害極大的一種失效形式,極小的損傷都會(huì)為為應(yīng)力腐蝕提供必要條件,造成斜拉索銹蝕,甚至銹斷,發(fā)生安全事故。

(2)由于有PE的大面積損壞,導(dǎo)致索體處在一個(gè)開放的環(huán)境中,索體通長都有可能在潮濕的環(huán)境中銹蝕,鋼絲出現(xiàn)的點(diǎn)蝕麻坑,體積上銹蝕也導(dǎo)致有效截面減少,鋼絲應(yīng)力增大,長此以往也容易造成由于應(yīng)力過大而導(dǎo)致的斷絲危險(xiǎn)。

3 鋼絲銹蝕檢測

3.1 A2#斜拉索PE護(hù)套開窗檢查

對(duì)PE護(hù)套有嚴(yán)重開裂病害的斜拉索,進(jìn)行PE護(hù)套的開窗檢查,檢查內(nèi)部鋼絲銹蝕斷絲情況,結(jié)果如下：

(1)斜拉索纏包帶良好,無斷裂、無水漬；

(2)鋼絲光滑整齊,無斷絲；鋼絲表面有白色氧化物,俗稱白銹。

圖 5鋼絲光滑整齊,無斷絲,有白銹

3.2 斜拉索自由段鋼絲銹蝕、斷絲檢測

在爬索機(jī)器人檢測PE表觀時(shí),搭載勵(lì)磁檢測設(shè)備根據(jù)電磁檢測的原理檢測鋼絲銹蝕、斷絲,根據(jù)斜拉高絲強(qiáng)度值,檢測到的數(shù)據(jù)有一定輕微的異常波動(dòng),并未出現(xiàn)大幅度缺陷的類正弦波波形,所以初步得出結(jié)論：A2#斜拉索索體(非燒傷段)局部有輕微銹蝕的跡象,但未表現(xiàn)出有嚴(yán)重銹蝕、斷絲等缺陷的跡象,內(nèi)部鋼絲完好狀況基本良好。

圖6 斜拉索高絲強(qiáng)度值

3.3 斜拉索銹蝕病害分析

根據(jù)檢測結(jié)果,上部PE火災(zāi)損壞,及PE多處開裂是斜拉索梁端開窗檢測出現(xiàn)白銹的主因,鋼絲主要的保護(hù)屏障已經(jīng)失效。從而導(dǎo)致環(huán)境中的濕氣及雨水極易腐蝕斜拉索鋼絲。

斜拉索內(nèi)部鋼絲銹蝕后,在高應(yīng)力、運(yùn)營疲勞荷載組合作用下,其后續(xù)腐蝕速度會(huì)逐漸加劇,降低其疲勞強(qiáng)度、縮短使用壽命[1-3]。

4 索力檢測

4.1 斜拉索索力測試結(jié)果

采用振動(dòng)頻率法,事先在索力動(dòng)測儀中輸入提供的比例系數(shù)K。依次在每根斜拉索上綁好加速度拾振器采集得到吊索的振動(dòng)信號(hào),利用索力動(dòng)測儀對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析可得到拉索的基頻和斜拉索的索力值。實(shí)測索力如下表：

表2 某橋A1、A2、A3、A＇1、A＇2、A＇3#斜拉索索力匯總

4.2 索力分析

由索力一年的對(duì)比分析可知：

(1)2015年A1、A2、A3#斜拉索南北側(cè)索力值與2014年A1、A2、A3#斜拉索南北側(cè)索力值最大偏差為3%,表明A1、A2、A3#斜拉索在一年的運(yùn)營時(shí)間里面,運(yùn)營狀況恒定,沒有發(fā)生明顯變化索；

(2)2015年A1、A2、A3#南北兩側(cè)斜拉索索力值最大偏差為3%,說明斜拉索對(duì)稱性較好；

在活載下靠近主塔拉索火損與無損情況下主梁線形幾乎一致,說明靠近主塔處拉索過火對(duì)主梁線形影響非常小[4],以檢測結(jié)果看,近兩年索力變化不大。

5 安全性分析

某橋A2#斜拉索上錨頭工作狀態(tài)良好,上錨頭噴漆防腐良好,錨杯內(nèi)環(huán)氧砂漿密實(shí),鐓頭表面砂漿有少許脫落,下錨頭有滲水及油污現(xiàn)像。過火的斜拉索索力對(duì)稱性較好,索力值未發(fā)生明顯變化。

由于上預(yù)埋管管口PE受損及及自由段PE多處破裂,就斜拉索鋼絲而言,長期處于南方多雨潮濕的環(huán)境中,由于斜拉索存在由白銹向點(diǎn)腐蝕發(fā)展的趨勢,同時(shí)在冷熱、干濕交替的狀態(tài)下,必將促使應(yīng)力腐蝕的加速形成,而高強(qiáng)鋼絲的應(yīng)力腐蝕敏感性較高,易發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂。

6 結(jié)論

(1)索力的檢測是斜拉索的日常檢測手段,但是當(dāng)斜拉索發(fā)生局部損傷后如應(yīng)力腐蝕等病害后,對(duì)索力基本沒有影響,即索力對(duì)于應(yīng)力腐蝕是不敏感的,所以應(yīng)在進(jìn)行索力檢測的同時(shí),密切注意檢查PE護(hù)套的完好性。

(2)檢測結(jié)果分析表明,所檢測的A2#斜拉索索力基本符合設(shè)計(jì)要求。但內(nèi)部拉索已經(jīng)發(fā)生腐蝕,并且處于萌生期和點(diǎn)蝕發(fā)育期,有處于擴(kuò)展期的趨勢。

(3)對(duì)于A2#斜拉索的病害必須引起高度重視,如有繼續(xù)擴(kuò)大趨勢,應(yīng)采取換索措施。

[1]黃躍平,胥明等,拉索局部腐蝕檢測與評(píng)估分析[J]《腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)》，2006，18(2)：132-135

[2]呂戰(zhàn)鵬,楊武,遭受應(yīng)力腐蝕開裂設(shè)備的壽命預(yù)測技術(shù)[J]《腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)》，1999，11(1)：57

[3]徐超,方海,斜拉橋斜拉索防腐保護(hù)問題分析與建議[J]《世界橋梁》,2012，40(6)：87-91

[4]張可心,孫全勝,火致拉索損傷對(duì)斜拉橋結(jié)構(gòu)性能影響分析[J]《低溫建筑技術(shù)》,2013，11(1)：74-76.