徐啟岍

(南京江北新區(qū)鐵路建設投資有限責任公司,江蘇 南京 210032)

0 引 言

為了能夠保證既有橋梁安全可靠運行，并盡可能的延長橋梁的使用壽命，需要加強對橋梁的定期檢查工作，通過全面描述橋梁各部件的狀態(tài)，對橋梁的技術(shù)狀況進行系統(tǒng)科學的評價，并為橋梁養(yǎng)護、加固和維修工作提供一定的數(shù)據(jù)參考，使得橋梁能夠持續(xù)保持安全運行的工作狀態(tài)。下面主要以某橋梁斜拉索作為背景進行技術(shù)狀況檢測。

1 工程概述

某橋梁工程項目是一座跨江的曲線形獨塔雙索面斜拉橋，橋梁工程項目的主橋部分為塔梁墩固結(jié)體系，橋跨布置為350 m。橋梁主塔采取曲線H形全混凝土塔結(jié)構(gòu)，斜拉索布置為扇形雙索面，兩側(cè)共有12對拉索斜拉索，在兩端和塔端均采取張拉端錨具。由于人為因素在塔段預埋管口位置曾經(jīng)出現(xiàn)失火事故，導致斜拉索損傷嚴重，為了保護該橋的持續(xù)安全、穩(wěn)定運行，避免斜拉索損傷帶來的永久性和安全性方面的隱患。需要對斜拉索相關(guān)構(gòu)件進行專項檢測，并結(jié)合檢測結(jié)果對斜拉索受損程度進行系統(tǒng)科學的估算和分析，據(jù)此評判斜拉索使用的安全性，為斜拉索的維修提供重要參考[1]。

2 斜拉索外觀病害

2.1 PE護套病害

在拆除纏包袋之后對斜拉橋斜拉索的PE護套外觀狀況進行檢查，并根據(jù)檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有80多根斜拉索的PE護套存在不同程度的病害，主要包括表面損傷、環(huán)向開裂、橫向斷裂以及縱向開裂等。斜拉橋有43根斜拉索的PE護套存在環(huán)向斷裂以及開裂的嚴重病害，環(huán)向斷裂最大寬度能夠達到50 mm，護套斷裂或者開裂在十處以上的斜拉索有8根。對于單根斜拉索來說，PE護套環(huán)向開裂或者斷裂沿著索向方向均勻相對分布，間距為2 m左右，分布在拉索下部或者中部。PE護套斷裂或者開裂在1～9處的斜拉索有35個，未發(fā)現(xiàn)開裂或者斷裂的斜拉索有60根。針對PE護套的病害原因進行分析，主要可以將之歸因為材料自然老化、環(huán)境荷載作用以及PE護套材料施工工藝和批次不同這三種[2]。

首先，斜拉索的PE護套開裂分布較多，而且分布比較均勻，說明材料已經(jīng)存在嚴重老化的問題，該斜拉橋已經(jīng)運行超過十年，在長期日曬風吹、自然條件因素的作用下，斜拉索的PE護套難免會存在老化和韌性下降的問題。而且我國在早期橋梁纜索系統(tǒng)建設時，大部分的使用壽命設置在20年以下。其次，PE護套由于施工工藝不同和原材料批次不同，導致橋梁單根斜拉索開裂或者斷裂的數(shù)量，沿著索向總體呈現(xiàn)均勻分布的特征，斷裂或者開裂數(shù)量較多的斜拉索主要集中在6號到18號。這主要可能由于該批次的PE護套原材料與其他不相同或者施工工藝存在差異。另外，在高應力狀態(tài)下，PE護套容易出現(xiàn)老化細微裂紋問題，由于反復熱脹冷縮的作用以及環(huán)境溫度車輛荷載和風雨震動等因素的長期作用之下，PE護套容易沿著索長方向變形伸縮不均勻，導致初始缺陷裂紋逐漸擴大以及老化裂紋擴展問題，最終形成環(huán)狀斷裂[3]。

2.2 斜拉索專項檢查工作

某測試公司針對更換下的斜拉索進行了專項檢測檢查，發(fā)現(xiàn)斜拉索存在15處表觀缺陷，缺陷損傷程度較輕，并沒有露出里面的鋼絲。打開斜拉索PE護套發(fā)現(xiàn)內(nèi)部和纏包帶的表面存在水汽，個別部位纏包帶斷裂和變色，纏包帶斷裂位置所纏繞的鋼絲也相應斷裂，超聲檢測錨頭部位并沒有發(fā)現(xiàn)異常的結(jié)果，也沒有出現(xiàn)超標的缺陷靜載試驗。結(jié)果表明，試驗可以滿足靜載試驗中靜載破斷索力不小于拉鎖公稱破斷索力95%的要求。鋼絲銹蝕檢查發(fā)現(xiàn)有12%的鋼絲出現(xiàn)輕微銹蝕，有24%的鋼絲出現(xiàn)中度銹蝕，62%的鋼絲出現(xiàn)重度銹蝕。

2.3 主梁振動檢測以及模態(tài)識別

加強對橋梁結(jié)構(gòu)振動性能的檢測對于正確進行橋梁抗震設計以及維護檢測橋梁的狀態(tài)有著至關(guān)重要的意義，橋梁結(jié)構(gòu)的振動特性主要包括橋梁的自振頻率以及主振型式。進行抗震設計及結(jié)構(gòu)動力學分析的重要參數(shù)也是通過使用階段判斷橋梁是否存在損傷的關(guān)鍵依據(jù)，由于該斜拉橋項目交通運輸十分繁忙，在進行橋梁檢測過程中，需要注意維護當?shù)亟煌ǖ恼Ｍㄐ校M可能的減少對正常交通所造成的影響和干擾。因此，在此項目中，不采用加載設備的脈動測試進行結(jié)構(gòu)模態(tài)測試，采用改進的特殊系統(tǒng)實現(xiàn)算法，將采集到的振動信號進行模態(tài)參數(shù)識別。從檢測結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，豎向陣型頻率測量值與有限元分析結(jié)果基本一致，誤差控制在4%以內(nèi)，說明斜拉橋整體動態(tài)性能比較良好。

2.4 橋梁主梁檢查

橋梁主梁采取單箱三室截面，箱式被加進橫梁分割成60個階段。主梁箱式的主要病害表現(xiàn)為箱內(nèi)橫向裂縫和縱向裂縫，裂縫多位于頂板正中以及中式頂板倒角位置處。裂縫長度多為施工階段內(nèi)縱向伸長，分布并不均勻。橫向裂縫多位于中間施工階段內(nèi)，橫向裂縫寬度較小，個別裂縫寬度可以達到0.2 mm。有的邊式衡量斜向裂縫在兩對面內(nèi)呈現(xiàn)對稱分布的狀態(tài)，縫寬約在0.1 mm，縫長約為400 mm，每個橫梁上存在三條左右斜向和橫向裂縫。在橫梁以及頂板底部接觸處出現(xiàn)橫向裂縫，此裂縫相對比較狹窄，縫寬約為0.05 mm。橋梁左右邊是頂板倒角位置處，普遍存在縱向裂縫，縱向裂縫在階段內(nèi)每個施工階段都均勻分布。裂縫長度以及寬度無規(guī)律，有的裂縫斷斷續(xù)續(xù)，有的階段內(nèi)部裂縫比較狹窄，基本在0.08 mm，個別裂縫寬度可以達到0.15 mm。

2.5 安全性分析

為了能夠更好地探究斜拉索鋼絲銹蝕是否影響斜拉索索力，需要結(jié)合近期測試的索力結(jié)果進行對比分析。根據(jù)最近幾年來測試的索力測量結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，所有斜拉索的力學測試結(jié)果均處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。對于PE護套開裂或者斷裂數(shù)量較多的斜拉索以及相鄰的斜拉索來說，索力值也沒有發(fā)生明顯的改變。由此可見，鋼絲當前的銹蝕狀況并沒有明顯影響索力，在充分考慮鋼絲銹蝕率、不利荷載組合引起的理論索力增量以及實測恒載索力等相關(guān)條件之后，當前技術(shù)條件下索力安全系數(shù)最小值為2.65，大于國家規(guī)定的2.5的要求，滿足相關(guān)規(guī)范要求的索利安全系數(shù)。其次，分析斜拉索鋼絲銹蝕是否會影響主梁線形狀態(tài)，對近期的主梁高層實測結(jié)果進行分析，對比索力值，與上期觀測數(shù)值比較。該斜拉橋邊跨主梁橋面線形累計變化量比較小，一般控制在10 mm以內(nèi)。中跨主梁橋面線形相比以往觀測值來說明顯下?lián)希塾嬜畲笙聯(lián)狭繛?22 mm。最近三年主橋橋面高程測量變化量均在10 mm以內(nèi)，中跨主梁下?lián)馅呌谄椒€(wěn)。目前斜拉索鋼絲銹蝕狀態(tài)與主梁線形變化并沒有直接的聯(lián)系。

3 結(jié)束語

綜上所述，加強對運營期橋梁斜拉索技術(shù)狀況的研究，對于保障斜拉索正常、穩(wěn)定、安全的運行有著至關(guān)重要的意義，需要加強對斜拉索橋梁技術(shù)檢測工作的重視，明確斜拉索橋梁運營過程中可能存在的風險因素。安全問題，并采取針對性的措施進行解決和控制，明確斜拉索質(zhì)量問題的來源，采取科學措施進行規(guī)避，保證斜拉索橋梁可以安全通行。