三岸邕江特大橋舊吊桿檢測分析

石菊創(chuàng)，黎振源

(廣西金盟工程有限公司，廣西　南寧　530001)

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三岸邕江特大橋舊吊桿檢測分析

石菊創(chuàng)，黎振源

(廣西金盟工程有限公司，廣西南寧530001)

文章以三岸邕江特大橋更換的舊吊桿為研究對象，通過實(shí)體解剖后外觀檢查、拉伸試驗(yàn)的方法檢測吊桿的銹蝕程度和抗拉強(qiáng)度，進(jìn)一步分析中承式拱橋吊桿運(yùn)營后期產(chǎn)生的病害，為同類型橋梁的吊桿養(yǎng)護(hù)提供參考。

橋梁；吊桿；病害；檢測；分析

0　引言

20世紀(jì)90年代開始，我國建造了許多中下承式拱橋，其具有結(jié)構(gòu)美觀、設(shè)計(jì)自由度大、易滿足建筑限高等優(yōu)點(diǎn)。吊桿是拱橋的主要傳力構(gòu)件，由于當(dāng)時(shí)相應(yīng)的設(shè)計(jì)理論和施工方法不夠成熟，原材料存在質(zhì)量問題，運(yùn)營期間車輛超載，橋梁檢測和養(yǎng)護(hù)重視程度不足，致使吊桿的實(shí)際使用壽命大致在3～20年之間[1]，遠(yuǎn)低于橋梁的設(shè)計(jì)使用年限。近年來吊桿斷裂所引起的中下承式拱橋安全事故頻發(fā)，而國內(nèi)大量拱橋的服役時(shí)間已達(dá)到10～20年，因此了解吊桿的運(yùn)營狀況顯得尤為重要。

本文以三岸邕江特大橋運(yùn)營了17年的舊吊桿為研究對象，通過實(shí)體解剖后外觀檢查、拉伸試驗(yàn)的方法檢測吊桿的銹蝕程度和抗拉強(qiáng)度，以期為中承式拱橋吊桿的養(yǎng)護(hù)和維修提供參考。

1　工程概況

三岸邕江特大橋是南寧至北海高速公路上的一座大型橋梁，于1998年12月竣工。橋梁跨徑組合(1×16+1×270+2×16)m，總長352 m。主橋?yàn)閱慰變艨鐝?70 m中承式鋼管混凝士拱橋，橋面結(jié)構(gòu)采用先簡支后連續(xù)，跨徑為10 m，全橋共有吊桿橫梁21片，每個(gè)吊點(diǎn)采用雙吊桿，相應(yīng)有吊桿84根，單根吊桿均為61-φ7預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度低松弛鍍鋅平行鋼絲，采用鐓頭錨，外包雙層PVC塑料防護(hù)。該橋于2015年8月對所有吊桿進(jìn)行了更換。

2　吊桿常見病害

2.1吊桿病害分析

中承式拱橋吊桿的病害大致分成三類：吊桿護(hù)套病害、吊桿錨頭病害、吊桿內(nèi)鋼絲病害。吊桿護(hù)套在運(yùn)營過程中受環(huán)境腐蝕和結(jié)構(gòu)應(yīng)力作用下產(chǎn)生開裂，具體表現(xiàn)為龜裂、劃痕、刮痕、縱向裂縫和橫向裂縫。吊桿錨頭病害主要是銹蝕、開裂、變形、滲水。吊桿內(nèi)鋼絲病害主要是銹蝕、開裂、松弛和斷裂。在役橋梁吊桿護(hù)套和錨頭病害可通過外觀檢查發(fā)現(xiàn)，然而鋼絲的病害卻很難發(fā)現(xiàn)，雖然吊桿中間段的鋼絲可通過切開PVC防護(hù)套檢查，但是關(guān)鍵的拱肋及橫梁內(nèi)鋼絲卻無法檢測。

2.2吊桿破斷機(jī)理

近年來發(fā)生的中下承式拱橋坍塌事故的主要破壞形式是：首先吊桿失效斷裂，然后橫梁墜落引起橋面局部坍塌。由于缺乏垮塌橋梁吊桿的實(shí)體檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)，目前工程界對在役拱橋吊桿破斷機(jī)理，一般認(rèn)為有如下方面：

(1)吊桿鋼絲因銹蝕導(dǎo)致破斷。這主要是因?yàn)榈鯒U防護(hù)套老化開裂、漏水，以及吊桿上下端錨具處防護(hù)油脂揮發(fā)、泄露，導(dǎo)致吊桿鋼絲銹蝕逐漸嚴(yán)重、斷裂。

(2)吊桿鋼絲因疲勞破壞導(dǎo)致斷裂。這是由于橋面通行車輛對吊桿而言是交變荷載作用下引起應(yīng)力疲勞，在橋梁運(yùn)營使用過程中，吊桿中相對薄弱的部位先行開裂并逐漸擴(kuò)散，最終導(dǎo)致橋梁在即使沒有車輛通行的情況下(這時(shí)吊桿仍然承受結(jié)構(gòu)自重等主要恒載)，吊桿破斷。特別是拱橋短吊桿，在溫度荷載、車輛荷載的作用下，短吊桿由于傾斜而導(dǎo)致受力比正常情況增大，且短吊桿比長吊桿剛度大、自振頻率大，在這樣的情況下，短吊桿比長吊桿疲勞壽命低。福建武夷山公館大橋坍塌時(shí)，只有一輛旅游客車通行。新疆孔雀河大橋坍塌時(shí)，橋面甚至沒有車輛通行。

(3)銹蝕與疲勞荷載的耦合作用，引起拱橋吊桿破斷。

3　舊吊桿外觀檢測

截至2015年，三岸邕江特大橋的舊吊桿已服役17年。為深入了解舊吊桿的破損情況，筆者從更換下來的舊吊桿中選取5根短吊桿和5根長吊桿進(jìn)行解剖，破開吊桿外部PE保護(hù)層和桿端錨具后詳細(xì)檢查。短吊桿編號1#～5#，長吊桿編號6#～10#。

3.1吊桿檢測部位

為便于歸納吊桿病害的特點(diǎn)，把吊桿劃分為三個(gè)區(qū)段：上錨固區(qū)、索體和下錨固區(qū)，如圖1所示，并對這三個(gè)區(qū)段進(jìn)行抽樣檢測。

圖1　吊桿分區(qū)段示意圖

3.2舊吊桿破損檢測結(jié)果

關(guān)于在役拱橋吊桿鋼絲銹蝕程度分級，目前缺乏相應(yīng)評定標(biāo)準(zhǔn)，筆者采用文獻(xiàn)[2]中的方法進(jìn)行分級評價(jià)，鋼絞線表面銹蝕等級標(biāo)準(zhǔn)見下頁表1，舊吊桿解剖檢查的結(jié)果見下頁表2。

解剖檢查結(jié)果表明，三岸邕江特大橋吊桿銹蝕程度為中等偏差，其中8根吊桿的鋼絲表面有斑點(diǎn)，顯著的銹跡，鋅粉析白，鋼絲表面銹蝕等級評定為C級，占抽檢吊桿數(shù)量的80%；2根吊桿的鋼絲局部出現(xiàn)凹坑，有雜質(zhì)的痕跡，其余所檢部位鋼絲表面都有斑點(diǎn)，顯著的銹跡，鋅粉析白，鋼絲表面銹蝕等級評定為D級，占抽檢吊桿數(shù)量的20%。

表1　鋼絞線表面銹蝕等級標(biāo)準(zhǔn)表

表2　舊吊桿鋼絲表面銹蝕檢測結(jié)果表

從解剖的吊桿鋼絲來看，所有的索體鋼絲都有局部或均勻銹蝕，有些鋼絲表面附著有清水，可能是上錨頭出現(xiàn)損傷，或者是雙層PVC防護(hù)套開裂，抑或是下錨頭油脂流失，使得雨水進(jìn)入到吊桿內(nèi)部，加速鋼絲銹蝕。

通過查看錨固區(qū)范圍的吊桿鋼絲，可以發(fā)現(xiàn)有幾種情況：(1)鋼護(hù)筒內(nèi)填滿阻蝕密封劑，吊桿鋼絲完好無銹蝕；(2)鋼護(hù)筒內(nèi)的阻蝕密封劑呈現(xiàn)流動(dòng)狀態(tài)，且部分流失，吊桿鋼絲有部分銹蝕；(3)鋼護(hù)筒內(nèi)的阻蝕密封劑流失殆盡，吊桿鋼絲幾乎全部銹蝕。由此可見，吊桿錨固區(qū)鋼護(hù)筒內(nèi)填充密實(shí)的阻蝕密封劑對于鋼絲的保養(yǎng)是非常有益的，橋梁管養(yǎng)單位應(yīng)當(dāng)定期檢查，及時(shí)補(bǔ)充和維護(hù)。

4　舊吊桿拉伸試驗(yàn)

從已進(jìn)行外觀檢查的吊桿中截取鋼絲進(jìn)行室內(nèi)拉伸試驗(yàn)，通過檢測鋼絲的抗拉強(qiáng)度推算服役17年后舊吊桿的抗拉力，結(jié)果見圖2。

圖2　單根舊吊桿抗拉力實(shí)測值對比柱形圖

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：單根吊桿抗拉力實(shí)測值比設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值(400噸)小6%～30%，其中5根短吊桿抗拉力實(shí)測平均值比設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值小13%，5根長吊桿抗拉力實(shí)測平均值比設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值小17%。

對于拱橋短吊桿，在溫度荷載、車輛荷載的作用下，短吊桿由于傾斜而導(dǎo)致受力比正常情況增大，且短吊桿比長吊桿剛度大、自振頻率大，通常是短吊桿比長吊桿疲勞壽命低，短吊桿實(shí)測抗拉強(qiáng)度應(yīng)比長吊桿的小，但是本次吊桿檢測試驗(yàn)中并未得出這樣的規(guī)律，短吊桿在運(yùn)營期的疲勞壽命有待進(jìn)一步研究。

對于銹蝕較嚴(yán)重的1#、2#吊桿，兩者的抗拉強(qiáng)度與其它吊桿相比，沒有明顯的差別。吊桿鋼絲只是表面銹蝕，并未出現(xiàn)孔蝕，這個(gè)階段的銹蝕對于鋼絲斷面積影響不大，不會顯著降低鋼絲的抗拉強(qiáng)度。

5　舊吊桿檢測試驗(yàn)分析

對三岸邕江特大橋的舊吊桿進(jìn)行外觀檢查和拉伸試驗(yàn)后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析得出如下結(jié)論：

(1)三岸邕江特大橋的舊吊桿在運(yùn)營17年后，內(nèi)部的鋼絲在上錨固區(qū)、索體和下錨固區(qū)普遍產(chǎn)生局部銹蝕或均勻銹蝕。銹蝕后的鋼絲外觀質(zhì)量較差，但并未形成嚴(yán)重孔蝕。

(2)在運(yùn)營過程中，吊桿反復(fù)承受橫梁傳遞的車輛和環(huán)境荷載，抗拉力普遍下降。

(3)當(dāng)?shù)鯒U鋼絲只是表面銹蝕而沒有孔蝕，鋼絲的斷面積減小一些，這一階段銹蝕對鋼絲抗拉強(qiáng)度的影響很小，而應(yīng)力疲勞才是導(dǎo)致部分吊桿抗拉力急劇下降的原因。中承式拱橋的吊桿在出現(xiàn)鋼絲嚴(yán)重銹蝕之前，抗拉力也有可能快速下降，嚴(yán)重危及橋梁結(jié)構(gòu)安全。

6　結(jié)語

目前許多中承式拱橋處于更換吊桿階段，然而工程界對吊桿破壞機(jī)理和使用壽命的研究尚不成熟，橋梁管養(yǎng)單位很難科學(xué)判斷更換吊桿的正確時(shí)機(jī)。本文通過對三岸邕江特大橋更換的舊吊桿進(jìn)行實(shí)體解剖檢查和力學(xué)試驗(yàn)，得出了一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并分析了中承式拱橋吊桿運(yùn)營后期產(chǎn)生的病害，希望給橋梁設(shè)計(jì)、建設(shè)和管理者一些參考。

[1]陳亞亮，許華聰，徐印根.中下承式吊桿拱橋事故分析及對橋梁檢測啟示[J].福建工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2013(3)：213-217.

[2]GB/T5224-2011，預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線(征求意見稿)[S].

[3]李美軍.中下承式拱橋下錨頭病害引出的思考[J].西南公路，2011(1)：24-26，37.

[4]李承昌，劉以謙.吊桿鋼絲銹蝕分布規(guī)律及檢測試驗(yàn)[J].公路交通科技：應(yīng)用技術(shù)版，2010(4)：9-11，14.

[5]趙洋.系桿拱橋吊桿更換研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2006.

[6]孫學(xué)子.系桿拱橋吊桿的受力分析及壽命預(yù)測[D].北京：北京交通大學(xué)，2010.

[7]蔣月琴，彭衛(wèi).拱橋吊桿病害分析與更換工藝[J].華東公路，2009(6)：31-33.

Analysis on Old Boom Detection of San’an Yongjiang Super-large Bridge

SHI Ju-Chuang，LI Zhen-yuan

(Guangxi Jinmeng Engineering Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530001)

With the replaced old boom of San’an Yongjiang Super-large Bridge as the research object，through the visual inspection and tensile test method after physical anatomy，this article detected the corrosion extent and tensile strength of the boom，and further analyzed the diseases caused at late operation stages of booms in half-through arch bridge，thereby providing the reference for the boom conservation of the same bridges.

Bridge；Boom；Diseases；Detection；Analysis

U446.3

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.08.016

1673-4874(2016)08-0060-04

2016-06-20

石菊創(chuàng)(1987—)，助理工程師，主要從事高速公路檢測工作；

黎振源(1984—)，碩士，研究方向：橋梁承載能力評定。