斜拉橋的拉索防護(hù)問(wèn)題

1、土木工程研究進(jìn)展與施工方法課程報(bào)告九講座題目：斜拉橋拉索防護(hù)與耐久性設(shè)計(jì)演講人：陳惟珍老師斜拉橋的拉索防護(hù)問(wèn)題在上一次的土木工程研究進(jìn)展與施工方法課上，來(lái)自同濟(jì)大學(xué)的陳惟珍老師為我們介紹了斜拉橋拉索防護(hù)問(wèn)題的最新進(jìn)展情況，使我感觸很深，于是課后又查閱了相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)混凝土橋梁預(yù)制拼裝施工技術(shù)有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，基于這些，本篇文章將簡(jiǎn)單總結(jié)一下自己對(duì)斜拉橋拉索防護(hù)的一點(diǎn)淺薄認(rèn)識(shí)，以供大家交流學(xué)習(xí)。一斜拉橋拉索防護(hù)問(wèn)題概述斜拉索橋具有跨度較大、 造型美觀、施工方便等特點(diǎn)，是目前應(yīng)用較多的一種橋型。 斜拉索是斜拉橋的主要承重傳力結(jié)構(gòu)件，它主要由高強(qiáng)度鋼絲（鋼絞線）束和錨具錨固組成， 斜拉索長(zhǎng)期承受疲勞

2、荷載， 又處于跨江河、跨海灣地域，長(zhǎng)期暴露在風(fēng)雨、潮濕和污染空氣的 環(huán)境中，既有“應(yīng)力腐蝕”，“疲勞腐蝕”，又有“金屬腐蝕”，鋼絲索體和錨具結(jié)構(gòu)件容 易遭受腐蝕破壞，國(guó)內(nèi)已有早期斜拉索腐蝕破壞失效，而不得不實(shí)施換索的實(shí)例，造成不良社會(huì)影響和經(jīng)濟(jì)損失。斜拉索的防腐蝕問(wèn)題是保證斜拉橋長(zhǎng)期安全可靠營(yíng)運(yùn)的重要課題。斜拉索結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和腐蝕問(wèn)題斜拉橋的應(yīng)用曾歷經(jīng)波折，由于新技術(shù)、新材料、新工藝的應(yīng)用，使斜拉橋得以推廣、發(fā)展和提高?，F(xiàn)在實(shí)用較多的有兩種拉索結(jié)構(gòu)形式，一種索體材料是高強(qiáng)度鋼絲成束，兩端用冷鑄錨結(jié)構(gòu)組件錨固 （或用熱鑄錨組件錨固）。另一種索體材料是高強(qiáng)度鋼絞線，兩端用 專(zhuān)用夾片群錨組件錨固。圖1平

3、行鋼絲冷鑄錨結(jié)構(gòu)示意圖圖2平行鋼絞線夾片群錨結(jié)構(gòu)示意圖理論分析和試驗(yàn)表明，斜拉索錨具端口處是疲勞破壞的薄弱環(huán)節(jié)，容易造成斷絲破壞。經(jīng)過(guò)改進(jìn)結(jié)構(gòu)和錨固方式， 已經(jīng)提高了斜拉索的抗疲勞破壞能力，加之斜拉索設(shè)計(jì)比較保守,安全系數(shù)較大；同時(shí)通過(guò)材料改進(jìn)，鋼絲質(zhì)量提高，實(shí)際強(qiáng)度高于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值等原因，使得 實(shí)用上， 應(yīng)力腐蝕和疲勞腐蝕的破壞實(shí)際上小于環(huán)境腐蝕。 由于發(fā)生拉索腐蝕破壞失效， 國(guó) 內(nèi)已對(duì)多座斜拉橋?qū)嵤┝藫Q索工程， 實(shí)踐中人們發(fā)現(xiàn) “對(duì)于大跨度斜拉橋的長(zhǎng)拉索， 由于鋼 絲長(zhǎng)度增加， 在拉索自由長(zhǎng)度內(nèi)的鋼絲缺陷也相應(yīng)增加， 使其在自由長(zhǎng)度內(nèi)破壞的可能性也 增大。更細(xì)致的觀察可以發(fā)現(xiàn)， 鋼絲本身和成

4、品索防護(hù)不良， 是造成斜拉索生銹腐蝕、 斷絲失 效的主要原因斜拉橋工程中， 一直把拉索的防護(hù)問(wèn)題作為重要的技術(shù)工藝控制項(xiàng)目。 應(yīng)力腐 蝕、疲勞腐蝕的防范主要通過(guò)結(jié)構(gòu)措施和材料保護(hù)措施來(lái)保證。三國(guó)內(nèi)外拉索防護(hù)工藝的發(fā)展國(guó)外斜拉橋使用的拉索主要有以下幾種 : 封閉索 ; 平行鋼絲索 ; 平行鋼絞線索 ; 高強(qiáng)粗鋼筋索 . 在斜拉橋發(fā)展前期 ,封閉索使用較多 , 特別是歐洲的國(guó)家 . 目前平行鋼絲索使用較多 , 特 別是鋼絞線索 , 它在大跨度斜拉橋中使用逐漸多了起來(lái) .拉索的防護(hù)防護(hù)方法主要經(jīng)歷了以下發(fā)展 : 閉索防護(hù) .這種索的面層為 Z 線 , 互相嵌合 , 防水性好 , 但生產(chǎn)制作麻煩 ,

5、費(fèi)用高 . 平行索用塑料罩套防護(hù) . 一是用聚乙烯薄板卷成筒狀 , 然后用乙烯布固定；二是用 聚乙烯薄膜在聚乙烯薄板上呈綁腿狀卷裹 , 日本有多座橋的工程實(shí)例。這種方式是 國(guó)外在 1980 年前后期間作為摸索試驗(yàn)的一種作法 , 目前已不再采用 . 采用聚乙烯管、鋼管、鋁管 , 其間壓注水泥漿 , 或防銹脂、防銹油之類(lèi)的防護(hù)方式 這種方式效果較好 , 特別是摻炭黑的聚乙烯管 , 簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)。但是 , 這一方法的缺點(diǎn)是 壓漿工藝麻煩 , 且需要一套大型設(shè)備 , 為后來(lái)的直接擠壓 PE 料防護(hù)方式所代替。 采用預(yù)應(yīng)力鹼索套防護(hù) .這種防護(hù)套的索 , 剛度大 , 防銹蝕較完全得到解決， 但受力 復(fù)雜 ,

6、 施工麻煩 , 日本在對(duì)小本川橋進(jìn)行試驗(yàn)后 , 也得出同樣結(jié)論而不再采用此法 但其它國(guó)家有板帶橋在修建 , 板帶板的塔很矮小 , 拉索由鹼包裹成板帶狀。 其它方式?？刹捎镁郯敝\鉻酸混合液作涂料 , 起到良好的防護(hù)效果 日本荒川橋用玻璃纖維加強(qiáng)的丙烯樹(shù)脂塑料作為防護(hù)層 ; 加拿大一座橋在制造過(guò)程 中就涂以 5 厚的聚乙烯防護(hù)層，但由于費(fèi)用昂貴而較少采用 .四斜拉索腐蝕防護(hù)措施4.1 索體索體防腐蝕是斜拉索防護(hù)的基礎(chǔ)。 一是對(duì)基材鋼絲的防護(hù)， 主要方式是對(duì)高強(qiáng)度鋼絲表 面實(shí)施熱鍍鋅工藝或環(huán)氧材料涂層工藝， 對(duì)鋼絲本體進(jìn)行表面保護(hù)， 防止銹蝕。 二是對(duì)整個(gè) 索體的保護(hù)，主要方式是對(duì)鋼絲束和鋼絞線

7、熱擠高密度聚乙烯（PE護(hù)套，或外套PE管防護(hù)，依靠PE材料氣密性、水密性、抗紫外線性能好的特點(diǎn)，達(dá)到防護(hù)效果。實(shí)用中，平行鋼絲斜拉索索體，由“鋼絲+PE衍生了多種不同防護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。 平行鋼絞線斜拉索索體也有多 種不同防護(hù)形式4.2 索體與錨具結(jié)合部位斜拉索體與錨具結(jié)合部位是斜拉索防腐蝕的薄弱環(huán)節(jié)，其原因是索體與錨具結(jié)構(gòu)不同， 結(jié)合部位存在結(jié)構(gòu)差異，錨固區(qū)有一段鋼絲索的PE要?jiǎng)冮_(kāi)，以方便錨固。這一區(qū)間密封困難，容易造成腐蝕， 必須采取有效的結(jié)構(gòu)措施和合適的材料、 工藝進(jìn)行特殊處理， 防止水分 和其他污染源進(jìn)人。平行鋼絲索結(jié)合部是冷鑄錨 （或熱鑄錨 ）錨固，填充料是耐蝕性能較好的環(huán)氧鐵砂配方料 （

8、或鋅銅合金 ）。考慮到 PE 剝開(kāi)區(qū)特點(diǎn)，利用抗疲勞結(jié)構(gòu)的連接管，在管內(nèi)用耐蝕的填料密 封PE剝開(kāi)區(qū)段。在連接管和PE索體分界處用橡膠密封圈或熱收縮管密封口平行鋼絞線索是 夾片群錨錨固， 結(jié)合部位應(yīng)用過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂或水泥砂漿密封， 考慮到換索需要， 在錨固區(qū)用防 腐油脂保護(hù)。在室外環(huán)境中長(zhǎng)期使用的防腐油脂，需具備滴點(diǎn)高、漏失量小、防腐蝕、耐候 抗氧化等性能。主要保護(hù)區(qū)是錨具延伸管內(nèi)的鋼絞線PE剝開(kāi)區(qū)和錨具端口，為此專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)錨具防護(hù)配件使夾片端口浸在油脂中，用密封配件將剝開(kāi) PE的一段鋼絞線密封在延伸管內(nèi)，保持結(jié)合區(qū)內(nèi)的防腐油脂，隔絕水和空氣，延伸管內(nèi)的防護(hù)油脂采用專(zhuān)用工具和工藝注人。4.3 安裝后

9、的防腐蝕處理安裝成后對(duì)錨具外部一般采用涂料涂裝防護(hù)， 選用高質(zhì)量的除料， 分層對(duì)錨具進(jìn)行涂裝， 同時(shí)用高性能密封膠對(duì)端蓋、 連接筒口等進(jìn)行密封。 錨具一般都采用表面鍍鋅， 冷鑄錨和夾 片錨多為電鍍鋅， 在鍍層上涂料涂裝要考慮底層處理， 選用性能合適的底漆在斜拉索的橋面 錨固區(qū)， 要設(shè)置錨板和錨管結(jié)構(gòu)， 通常雨水會(huì)順?biāo)黧w下流， 一旦安裝在錨管內(nèi)的減振橡膠圈 和端口的將軍帽結(jié)構(gòu)密封不嚴(yán)， 下錨管內(nèi)容易積水， 進(jìn)而腐蝕索體和錨具結(jié)合部位。 某橋在 檢查中發(fā)現(xiàn)下錨管積水， 造成錨具連接筒、密封圈等浸在水中，如果密封不嚴(yán)、積水可能進(jìn) 入連接筒銹蝕鋼絲，為此開(kāi)發(fā)了錨管內(nèi)聚氨醋泡沫材料填充技術(shù)，聚氨醋與鋼材

10、和PE材料都有良好的粘接性， 經(jīng)發(fā)泡注人錨管內(nèi)， 形成的填充層能吸收能量減少振動(dòng)，且抗老化、密 水密氣，在端口安裝止水圈，并用止水硅膠密封I-。這一措施已取得了良好效果。五斜拉索防腐蝕技術(shù)探討以上雖然從結(jié)構(gòu)和材料方面采取了一些有效措施， 但斜拉索的防護(hù)措施仍不完善， 需要 不斷地改進(jìn)和提高。 由于已經(jīng)歷過(guò)對(duì)早期拉索腐蝕失效的換索工程， 正在進(jìn)行一些與斜拉索 防護(hù)有關(guān)的維護(hù)保養(yǎng)工程，一些新的材料和工藝技術(shù)正在逐步應(yīng)用。(1) 索體 PE 套長(zhǎng)期使用，可能產(chǎn)生老化和表面裂縫擴(kuò)展，使水分和空氣滲人。目前已 對(duì)多座橋索采用在原 PE 層外纏專(zhuān)用纏包帶 (橡膠帶或塑料帶 ) ，形成一個(gè)新的保護(hù)層。還可

11、以采用雙層 PE 分層擠塑，限制外層裂紋向里層擴(kuò)展，但應(yīng)防止因外層較薄造成滑動(dòng)起皺。 應(yīng)用PE分層時(shí)，在索兩端要采取有效的固定措施，可以考慮用專(zhuān)用緊固圈，或熱塑封口。另外還可以考慮開(kāi)發(fā)專(zhuān)用密封涂料，要求涂料與PE材料性能適配，附著性好，在使用一段時(shí)間的PE套上直接涂料涂裝，延長(zhǎng)其使用壽命。(2) 平行鋼絞線索 PE 套管內(nèi)已分段采用了減振膠定位，同時(shí)起到防振減振、防止鋼絞線間相互撞擊的效果， 可以減少應(yīng)力腐蝕。 還可以開(kāi)發(fā)新的涂料和涂裝技術(shù)， 要適合斜拉索 荷載的情況，避免荷載疲勞作用下涂層開(kāi)裂現(xiàn)象?？梢钥紤]用專(zhuān)用設(shè)備和工藝對(duì)PE內(nèi)部填充油脂或其他材料，防止水、氣進(jìn)入腐蝕鋼絲。(3) 采用無(wú)損

12、檢測(cè)技術(shù)定期對(duì)使用過(guò)一段時(shí)期的斜拉索進(jìn)行檢測(cè)，如已經(jīng)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的 電磁檢測(cè)方法和聲波檢測(cè)方法， 以及成像技術(shù)， 及時(shí)檢查和發(fā)現(xiàn)拉索腐蝕缺陷， 采取有效措 施。這方面應(yīng)引起橋梁管理部門(mén)重視。(4) 在P E套管內(nèi)設(shè)置溫度、濕度傳感器，掌握套內(nèi)溫度、濕度變化規(guī)律，分析和判斷腐蝕狀況。如果 PE套管內(nèi)濕度較大，而又無(wú)其他合適方法時(shí)，可以考慮應(yīng)用干燥空氣除濕 的方法，將干燥空氣壓力注入斜拉索PE套內(nèi)，排出濕空氣，隔絕和阻斷腐蝕源，這一技術(shù)已在主纜防護(hù)技術(shù)中應(yīng)用，并且被證實(shí)是一種比較可靠有效的防護(hù)方法。(5) 開(kāi)發(fā)應(yīng)用新的材料和工藝。例如應(yīng)用纖維加勁塑料(FRP材料代替鋼絲和鋼絞線，這種材料的特點(diǎn)是高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐疲勞、質(zhì)量輕。瑞士己在1996年4月將兩根241(絲)X朽rnrn規(guī)格的CFRP碳素纖維加勁塑料)材料斜拉索應(yīng)用于斯多克stork)斜拉橋a7,并進(jìn)行試驗(yàn)觀察， 取得了一些數(shù)據(jù)。但這也有其局限性， 尚需通過(guò)進(jìn)一步的試驗(yàn)研究，才可能推廣 應(yīng)用在纜索結(jié)構(gòu)中。六結(jié)語(yǔ)伴隨著大跨度橋梁和大型建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，斜拉索和其他纜索廣泛應(yīng)用， 纜索技術(shù)也仍在改進(jìn)和完善之中。腐蝕問(wèn)題影響斜拉索(和其他纜索 )的安全，直接關(guān)系到斜拉橋(或其他橋梁和大型建筑結(jié)構(gòu) )的安全營(yíng)運(yùn)。目前，斜拉索腐蝕防護(hù)仍然是以鋼絲防護(hù)、PE套防