橋梁拉索PE護(hù)套裂紋成因及治理研究

李居澤等

前言

拉索支承式橋梁由于具有跨越能力大、結(jié)構(gòu)輕巧美觀、受力明確、空氣動(dòng)力穩(wěn)定性好、 結(jié)構(gòu)型式簡潔等優(yōu)點(diǎn)，是橋梁建設(shè)的最主要的橋型之一。橋梁長期在環(huán)境因素（大氣、紫外線，溫濕度變化、風(fēng)雨等）和荷載因素（荷載振動(dòng)，材料老化、結(jié)構(gòu)疲勞等）的共同作用下，會(huì)出現(xiàn)拉索PE護(hù)套開裂現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國運(yùn)營時(shí)間超過10年的斜拉橋及拱橋中，70%以上的橋梁拉索索體PE護(hù)套表面出現(xiàn)不同程度的裂紋及微裂紋。拉索PE護(hù)套裂紋如處治不當(dāng)會(huì)給橋梁安全帶來很大的隱患。如何對(duì)拉索裂紋進(jìn)行有效治理，已經(jīng)成為橋梁運(yùn)營維護(hù)一個(gè)重要課題。

一、橋梁拉索主要結(jié)構(gòu)

橋梁拉索有多種結(jié)構(gòu)型式，目前世界上絕大多數(shù)橋梁拉索都采用平行鋼絲拉索或平行鋼絞線拉索形式。由于出現(xiàn)裂紋的拉索絕大多數(shù)量平行鋼絲拉索，因此這里只探討平行鋼絲拉索的結(jié)構(gòu)。

新型鋼絲拉索是日本在八十年代初借鑒電纜制造技術(shù)開發(fā)而來，鋼絲斜拉索索體為略有扭絞的平行鋼絲束，小扭角使拉索具有自緊固的性能，同時(shí)又便于彎曲裝盤運(yùn)輸。外面熱擠一 層或 多層HDPE護(hù)層，兩端為冷鑄鐓頭錨。拉索索體結(jié)構(gòu)見圖1。

二、橋梁拉索裂紋成因

2.1 拉索PE護(hù)套開裂特點(diǎn)

通過對(duì)出現(xiàn)開裂的多座橋梁拉索PE護(hù)套進(jìn)行檢查及取樣力學(xué)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)拉索PE護(hù)套開裂有以下特點(diǎn)：

1） 環(huán)狀開裂：超過90%以上的橋梁拉索PE護(hù)套開裂為環(huán)狀開裂。

2） PE的力學(xué)性能沒有明顯下降：與剛完成生產(chǎn)出廠的拉索相比，出現(xiàn)開裂的拉索PE護(hù)套在拉伸強(qiáng)度及疲勞性能等方面并沒有明顯下降。

2.2索體PE外護(hù)套開裂原因分析

（1）拉索索體結(jié)構(gòu)及拉索受力特點(diǎn)是PE外護(hù)套開裂的主要原因。

在橋梁運(yùn)營過程中，拉索始終處于高強(qiáng)交替索力作用下工作。根據(jù)鋼絲拉索結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，索體鋼絲與PE防護(hù)層，及兩層PE防護(hù)層之間摩阻較大，索體的結(jié)構(gòu)造成索體PE防護(hù)層始終長期處于高應(yīng)力狀態(tài)下工作，因而導(dǎo)致PE應(yīng)力開裂。見圖3所示：

（2）HDPE材料的影響

橋梁拉索工作時(shí)處在紫外線的照射、雨水沖淋及有害氣體的腐蝕的工作環(huán)境下，HDPE材料耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能直接影響拉索PE開裂的時(shí)間，不同的PE粒子材料，其耐環(huán)境應(yīng)力開裂的性能差異很大。某些小廠生產(chǎn)的拉索采用HDPE二次料和再生料，造成橋梁成橋通車沒多久就出現(xiàn)開裂。[1]

（3）施工作業(yè)的影響

目前的橋梁拉索安裝施工，很多施工單位沒有足夠的施工經(jīng)驗(yàn)和施工技術(shù)，對(duì)索體的保護(hù)措施普遍不夠，甚至沒有任何保護(hù)措施，索體PE的損傷時(shí)有發(fā)生。[1]

三、橋梁拉索裂紋治理工藝研究

1.施工損傷產(chǎn)生產(chǎn)裂紋治理工藝

對(duì)于表面PE輕微劃傷，可直接進(jìn)行打磨處理。對(duì)于PE深度劃傷，可認(rèn)真清洗傷口，準(zhǔn)備外層同顏色的PE條。采用專用進(jìn)口焊槍進(jìn)行修補(bǔ)。修補(bǔ)完后進(jìn)行打磨處理。

2. 拉索PE護(hù)套應(yīng)力裂紋治理工藝

對(duì)于應(yīng)力裂紋，不能采用PE條補(bǔ)焊的方法進(jìn)行修復(fù)，因?yàn)檠a(bǔ)焊修補(bǔ)時(shí)PE是二次加熱成型，其耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能大大下降，治理修復(fù)后的壽命很難得到保證?？梢圆扇±p包PVF或哈弗套管的方式進(jìn)行修補(bǔ)。

（1）纏包PVF修復(fù)技術(shù)

PVF保護(hù)膠帶采用聚氟乙烯薄膜，具有長期的耐候和抗腐蝕性能，應(yīng)用于橋梁拉索護(hù)套的纏包保護(hù)。是20世紀(jì)90年代新發(fā)展的技術(shù)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于橋梁拉索索體修復(fù)，具有施工簡便、環(huán)保、長壽等特點(diǎn)。

PVF纏包前索用丙酮擦洗干凈，應(yīng)盡量在涼爽干燥條件下即10℃～20℃的環(huán)境中最優(yōu)于繞纏操作。應(yīng)使用專用纏包機(jī)進(jìn)行PVF膠帶的纏包，采用螺旋纏繞方法，調(diào)整纏包帶重疊量，以50±10%重迭率螺旋式纏繞一道。

（2）在拉索索體外全段包哈弗PE管技術(shù)

對(duì)索體自由段外包哈弗管，哈弗管由兩半咬合而成，安裝成型后，內(nèi)部再灌注穩(wěn)定填充劑，使哈弗管與原PE管之間空隙密封，達(dá)到對(duì)內(nèi)部原有PE管及修護(hù)纏包帶的保護(hù)，使原PE管及修護(hù)纏包帶與外環(huán)境隔絕。哈弗管與拱端預(yù)埋管連接處需加裝一個(gè)連接裝置，該連接裝置主要功能是防水，以及適應(yīng)哈弗套管的熱脹冷縮。見圖7

四、小結(jié)

本文通過對(duì)橋梁拉索PE護(hù)套開裂的檢測(cè)及試驗(yàn)研究，結(jié)合拉索的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作受力分析，得出了造成橋梁拉索PE護(hù)套開裂的幾個(gè)影響因素。并爭對(duì)開裂出現(xiàn)的原因，提出了幾個(gè)行之有效的治理方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]] 張國林等，斜拉索主要病害分析及其養(yǎng)護(hù)維修策略，全國既有橋梁加固、改造與評(píng)價(jià)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，2008