(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400041)

懸索橋，主要由主纜、橋塔、加勁梁、吊索等組成。懸索橋構(gòu)造簡(jiǎn)單，受力合理、明確。在移動(dòng)荷載作用下，橋面荷載由加勁梁傳遞給吊索，再由吊索傳遞給主纜，主纜再將荷載傳遞給橋塔，最后由橋塔傳遞給地基。盡管我國(guó)懸索橋發(fā)展較晚，但在近年來(lái)，我國(guó)相繼建成了數(shù)十座大跨徑懸索橋，如表1，使我國(guó)的橋梁建設(shè)水平躋身世界前列。然而懸索橋長(zhǎng)期處于高溫，潮濕的惡劣自然環(huán)境，或者由于施工水平的差異，懸索橋存在著各種病害，本文針對(duì)懸索橋的常見(jiàn)病害提出懸索橋的加固與維修方法。

表1 世界已建成的十大懸索橋

一、懸索橋的常見(jiàn)病害

(一)主纜病害。主纜的病害主要有以下4個(gè)方面[1]：主纜系統(tǒng)涂裝層由于人為原因或者氣候因素出現(xiàn)開(kāi)裂、老化；主纜系統(tǒng)纏絲由于施工誤差出現(xiàn)松動(dòng)，環(huán)境因素出現(xiàn)腐蝕甚至是斷裂；當(dāng)主纜的涂裝層、纏絲等防護(hù)體系破壞以后，主纜鋼絲就直接暴露在大氣環(huán)境中，并逐漸腐蝕并最后斷裂；在錨室內(nèi)部由于溫度低，積水較多，主纜鋼絲更易腐蝕。

(二)吊索及其附屬構(gòu)件的病害。吊索的病害主要有以下3個(gè)方面：PE護(hù)套長(zhǎng)期處于風(fēng)吹、日曬、雨淋等惡劣環(huán)境下容易出現(xiàn)開(kāi)裂；雨水聚集在錨頭附近，易腐蝕內(nèi)部金屬材料；吊索護(hù)套受損水分進(jìn)入護(hù)套內(nèi)部、導(dǎo)致鋼絲腐蝕。

(三)加勁梁病害。加勁梁的病害主要有以下4個(gè)方面[2]：加勁鋼梁涂裝層失效，導(dǎo)致鋼梁局部發(fā)生腐蝕；由于焊接人員的施工水平導(dǎo)致加勁梁焊接不徹底，出現(xiàn)未熔合、未熔透等缺陷；在移動(dòng)荷載的反復(fù)作用下，加勁梁某些缺陷部位會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中，從而產(chǎn)生疲勞破壞；鋼梁之間一般采用螺栓連接，當(dāng)螺栓由于鉚合力不夠，或者螺栓出現(xiàn)腐蝕導(dǎo)致螺栓松動(dòng)等現(xiàn)象。

(四)錨碇病害。錨碇的病害主要有以下3個(gè)方面：在外力荷載、溫度變化等不利情況下混凝土出現(xiàn)裂縫；裂縫的出現(xiàn)導(dǎo)致水進(jìn)入混凝土內(nèi)部，受力鋼筋暴露在潮濕環(huán)境中導(dǎo)致鋼筋銹蝕、斷裂；錨碇自重較大，若基礎(chǔ)較差，錨碇容易出現(xiàn)變位，影響主纜受力。

二、懸索橋的加固與維修

(一)主纜系統(tǒng)的加固和維修。傳統(tǒng)的懸索橋主纜防護(hù)體系采用的是膩?zhàn)?纏絲涂裝，隨著時(shí)間的增加，外層的涂裝老化、中間層的纏絲腐蝕斷裂，加之膩?zhàn)雍杏卸疚镔|(zhì)，主纜防護(hù)體系逐漸被合成護(hù)套防護(hù)體系代替，美國(guó)布朗公司開(kāi)發(fā)出了高強(qiáng)度、高延伸率的布朗帶，該方法可以有效地避免傳統(tǒng)膩?zhàn)油繉拥娜毕荨，F(xiàn)代懸索橋使用較多的是除濕系統(tǒng)，該防護(hù)體系不需要涂抹膩?zhàn)?，在主纜鋼絲外纏繞鋼絲和彈性橡膠帶纏包的一種新型防護(hù)體系，然后在防護(hù)體系內(nèi)注入干燥的空氣。

目前，懸索橋主纜的加固方法主要有以下三種：a、修復(fù)部分受損索股。美國(guó)華盛頓橋是一座全長(zhǎng)1450m的鋼懸索橋，檢查人員在80年代和90年代初的橋梁定期檢查發(fā)現(xiàn)，主纜索股中發(fā)生銹蝕的鋼絲數(shù)量在增加，研究人員對(duì)主纜的分析表明，在若干索股中已發(fā)現(xiàn)的截面削弱，對(duì)橋梁主纜的總承載能力只有很小的影響，但仍然需要進(jìn)行觀測(cè)以便修復(fù)銹蝕部件并防止進(jìn)一步損壞，維護(hù)人員將受損的索股進(jìn)行了修復(fù)。

b、新增輔助主纜。1966年建成的葡萄牙薩拉扎大橋在運(yùn)營(yíng)了一段時(shí)間后進(jìn)行擴(kuò)建，在橋的兩岸修建新錨碇，在原有的主纜上方新增輔助主纜，最后在原有吊索之間新增吊索。

c、更換主纜及全部設(shè)備。蓬特·杜阿爾特大橋[3]是一座鉚接鋼結(jié)構(gòu)的懸索橋，在服役了30多年以后，維護(hù)人員在對(duì)該橋進(jìn)行了仔細(xì)的檢查，發(fā)現(xiàn)其主纜發(fā)生了嚴(yán)重的腐蝕。為了大橋的安全性以及盡可能的延長(zhǎng)其壽命，業(yè)主決定更換主纜及懸吊系統(tǒng)。

懸索橋主纜不像吊索可以在損壞后進(jìn)行更換，在國(guó)內(nèi)大部分懸索橋服役時(shí)間較短，盡管至今還未有對(duì)懸索橋主纜更換或新增主纜的案例，但我們可以學(xué)習(xí)與借鑒國(guó)外對(duì)懸索橋主纜加固與維修的成功案例，建議在今后的橋梁加固設(shè)計(jì)中可以在一定情況下允許對(duì)主纜進(jìn)行加固與維修。

(二)吊索系統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)和維修。吊索是將主梁恒荷載及移動(dòng)荷載傳遞給主纜的傳力構(gòu)件。吊索護(hù)套一般由高密度聚乙烯材料組成，但是其使用壽命只有大約10到20年。護(hù)套隨吊索在荷載作用下進(jìn)行拉伸，在長(zhǎng)期的拉伸荷載作用下，護(hù)套會(huì)逐漸老化、龜裂。一旦護(hù)套出現(xiàn)破壞，腐蝕介質(zhì)就會(huì)進(jìn)入吊索內(nèi)部腐蝕吊索鋼絲。吊索鋼絲含碳量較高，盡管強(qiáng)度很高，但韌性較差。只要腐蝕嚴(yán)重，極有可能吊索斷裂，對(duì)懸索橋的安全造成極大的影響。維護(hù)人員在懸索橋建成以后，只要對(duì)吊索進(jìn)行有效的檢查與維護(hù)，斷索是完全可以避免的。對(duì)吊索系統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)維修主要包括以下內(nèi)容：a、定期對(duì)吊索進(jìn)行檢查，查看護(hù)套是否出現(xiàn)老化、開(kāi)裂；b、檢查吊索構(gòu)件是否出現(xiàn)掉漆，若金屬裸露或者出現(xiàn)腐蝕，及時(shí)涂防銹漆避免腐蝕；c、檢查索夾處嵌縫是否損壞，索夾的泄水孔是否暢通，根據(jù)出現(xiàn)的問(wèn)題采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施；d、檢查吊索是否沿著跨中方向發(fā)生傾斜，一旦傾斜需要及時(shí)予以更換；e、輕輕敲擊主纜觀察吊索是否會(huì)發(fā)出異響。

(三)加勁梁系統(tǒng)加固和維修。加勁鋼梁由于自重輕、抗彎、扭強(qiáng)度高，制作快捷方便等優(yōu)點(diǎn)廣泛用于大跨懸索橋，但同樣伴隨著鋼材易腐蝕，易疲勞，當(dāng)鋼材厚度不夠時(shí)，加勁梁易產(chǎn)生局部變形等缺陷。加勁梁系統(tǒng)加固和維修常用方法有以下幾種：a、定期檢查加勁梁涂層的光澤度、腐蝕程度、以及破損程度等，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)立即采取補(bǔ)救措施；b、采用環(huán)氧樹(shù)脂粘貼受損鋼板；c、采用低松弛無(wú)粘結(jié)鋼絞線體外預(yù)應(yīng)力束加固受損鋼桁架弦桿；d、增加桿件截面使其受力合理。

三、懸索橋加固與維修的意義

懸索橋具有跨度能力大、結(jié)構(gòu)受力明確、造型優(yōu)美等特點(diǎn)，在大跨度橋梁中已經(jīng)成為首選。然而懸索橋長(zhǎng)期處于惡劣的自然環(huán)境、超載荷載作用下使得懸索橋出現(xiàn)了各類(lèi)病害。懸索橋作為重要的基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)某一地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重要的作用。一旦懸索橋出現(xiàn)病害，勢(shì)必會(huì)對(duì)交通造成很大的影響，對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、人民出行造成一定的負(fù)面影響，因此對(duì)懸索橋的加固與維修顯得十分重要。實(shí)際上，舊橋的加固改造費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于新建橋梁，可以為國(guó)家節(jié)省大量建設(shè)投資，這也說(shuō)明了在今后工程建設(shè)中舊橋的加固與維修具有廣闊的發(fā)展前景和應(yīng)用空間。