斜拉橋運(yùn)營期檢測(cè)與評(píng)估

■陸捷

（福建省交通建設(shè)工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，福州　350004）

斜拉橋運(yùn)營期檢測(cè)與評(píng)估

■陸捷

（福建省交通建設(shè)工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，福州350004）

斜拉橋因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜且柔度大，在自重荷載、車輛荷載、溫度和其他環(huán)境因素的作用下，容易出現(xiàn)耐久性問題，為了保證其安全運(yùn)營，必須要對(duì)其進(jìn)行定期檢測(cè)。本文通過對(duì)魁浦大橋主橋常規(guī)定期檢查（橋面系檢查、上部結(jié)構(gòu)檢查、下部結(jié)構(gòu)檢查和斜拉索系統(tǒng)檢查）和結(jié)構(gòu)定期檢查（索力檢測(cè)、橋面線性檢測(cè)、索塔檢測(cè)和混凝土強(qiáng)度檢測(cè)）的結(jié)果進(jìn)行分析，提出了病害處治措施，確定了其技術(shù)狀況等級(jí)和工作性能，為同類型斜拉橋的檢測(cè)養(yǎng)護(hù)提供借鑒與參考。

斜拉橋定期檢測(cè)病害分析耐久性

0　前言

斜拉橋?qū)俳M合體系橋梁，其主要受力構(gòu)件為主梁、主塔和斜拉索，塔與梁均是壓彎構(gòu)件；依靠固定于索塔的斜拉索支承橋跨，拉索直接錨于主梁上，承受巨大拉力［1-2］；在各種荷載作用下，斜拉橋主梁斜拉索受力發(fā)生變化，具有幾何非線性影響大的特點(diǎn)，迄今耐久性問題尚未得到妥善解決［3］。當(dāng)構(gòu)件出現(xiàn)耐久性問題時(shí)，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重事故，如：廣州海印大橋斜拉索使用6年后（1995年）一根斜拉索因鋼絲嚴(yán)重腐蝕突然墜落［4］；2002年該橋又一根斜拉索突然斷裂；1987年建成通車的陜西省三原新龍斜拉橋，2006年在北索架東側(cè)一根鋼索突然斷裂［5］。因此，需要對(duì)運(yùn)營中的斜拉橋進(jìn)行定期檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并實(shí)施措施，保證斜拉橋的使用狀態(tài)與工作性能良好。

1　概述

魁浦大橋主橋長510m（120+270+120m），為三跨一聯(lián)的雙塔雙索面斜拉橋，主橋上部結(jié)構(gòu)梁體采用肋板式預(yù)應(yīng)力混凝土梁，主塔采用“H”型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，南北主塔標(biāo)高120m，每個(gè)主塔有17對(duì)空間拉索，梁上標(biāo)準(zhǔn)索距7.2m，邊跨壓重區(qū)索距為3.6m，斜拉索采用成品高強(qiáng)鋼絲斜拉索，材料為Φ7mm鍍鋅平行鋼絲。結(jié)構(gòu)立面和檢測(cè)構(gòu)件編號(hào)見圖1，本次檢測(cè)方向?yàn)閺哪现帘?（即S1521福州連接線至魁岐互通）。

圖1　魁浦大橋構(gòu)件編號(hào)圖

2　檢測(cè)內(nèi)容與結(jié)果

由于經(jīng)濟(jì)條件的限制，不可能對(duì)所有的大型斜拉橋都安裝健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為了確保結(jié)構(gòu)安全，進(jìn)行定期檢測(cè)是行之有效的方法［6］。常規(guī)定期檢查以目測(cè)為主，配備照相機(jī)、裂縫測(cè)寬儀、探查工具及現(xiàn)場的輔助器材與設(shè)備等必要的量測(cè)儀器［7］；結(jié)構(gòu)定期檢查即對(duì)斜拉橋?qū)嵤┒ㄆ诘脑敿?xì)檢測(cè)，檢測(cè)各構(gòu)件與附屬設(shè)施的使用狀態(tài)與工作性能。

2.1常規(guī)定期檢查

常規(guī)定期檢查中，發(fā)現(xiàn)主梁和斜拉索系統(tǒng)中出現(xiàn)病害較多，其余病害皆不嚴(yán)重且可通過局部維修來解決，因此主要對(duì)主梁和斜拉索系統(tǒng)的病害進(jìn)行介紹。

（1）主梁檢查

主梁的主要病害包括：3#墩現(xiàn)澆段、NM4#梁段存在施工預(yù)留孔洞未填封；梁體主縱肋、橋面板存在多處裂縫、裂縫鹽霜，露筋，蜂窩麻面等現(xiàn)象；翼緣板處普遍出現(xiàn)裂縫鹽霜現(xiàn)象，翼緣板邊緣處多處出現(xiàn)滲水、水蝕現(xiàn)象。

（2）斜拉索系統(tǒng)

逐一對(duì)上錨頭和下錨頭進(jìn)行檢查，觀察錨具及鋼絲的質(zhì)量。可以發(fā)現(xiàn)，普遍出現(xiàn)防腐油脂變質(zhì)、錨具表面局部乳化失效，多處錨具、錨頭表面和錨板鋼絲端頭銹蝕，多處索塔錨固端錨頭處密封鋼板螺栓缺失。

斜拉索索體、減振裝置外觀質(zhì)量良好，未見明顯病害，拉索鋼護(hù)套筒表面輕微銹蝕，密封圈及其他指標(biāo)良好，未見明顯病害。

2.2結(jié)構(gòu)定期檢查

（1）構(gòu)件混凝土強(qiáng)度檢測(cè)

所檢主梁現(xiàn)齡期混凝土強(qiáng)度推定值均＞60MPa，均達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C50。

（2）橋面線性檢查

橋面線形測(cè)點(diǎn)沿機(jī)動(dòng)車道兩側(cè)邊緣、橋梁中心線，各布設(shè)1條，共4條，縱橋向相鄰測(cè)點(diǎn)間距8m，每條線共65個(gè)測(cè)點(diǎn)，全橋共260個(gè)。

本次檢測(cè)采用獨(dú)立高程系統(tǒng)，設(shè)置在上游側(cè)1#點(diǎn)為已知高程，為10.000m，橋面實(shí)測(cè)線形見圖2、圖3，總體上，橋面對(duì)稱性良好，線型較為平順。

圖2　魁浦大橋橋面上游實(shí)測(cè)線形分析圖

圖3　魁浦大橋橋面下游實(shí)測(cè)線形分析圖

（3）主梁結(jié)構(gòu)的自振頻率檢測(cè)

主梁自振特性測(cè)點(diǎn)布置在主梁左右幅斜拉索錨固區(qū)內(nèi)，共34個(gè)測(cè)點(diǎn)，具體為邊跨四等分點(diǎn)，主跨八等分點(diǎn)對(duì)應(yīng)橋面，本次試驗(yàn)采樣頻率為100Hz，采樣時(shí)間40min。采用有限元軟件Midas/Civil，根據(jù)提供的主橋設(shè)計(jì)施工圖，建立空間桿系單元模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)自振特性計(jì)算。

實(shí)測(cè)振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)經(jīng)試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，得到該橋主橋豎向振動(dòng)的前八階頻率和振型見表1，結(jié)果表明：結(jié)構(gòu)的第一階和第二階頻率實(shí)測(cè)值和計(jì)算值的比值在1.14～1.16。根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/TJ21-2011）5.9.2條之規(guī)定，自振頻率評(píng)定標(biāo)度為1，即橋梁上部結(jié)構(gòu)的整體性能和技術(shù)狀況處于完好狀態(tài)。

表1　主梁自振頻率結(jié)果匯總表

（4）斜拉索索力檢測(cè)

利用頻率法測(cè)試斜拉索索力即通過測(cè)試?yán)鞯淖哉耦l率、分析其自振特性從而得到其索力［8］。本次試驗(yàn)采樣頻率為80Hz，采樣時(shí)間為5min。

索力分布見圖4～圖7，檢測(cè)結(jié)果表明：各索的索力分布比較均勻，橫橋向東側(cè)和西側(cè)的實(shí)測(cè)索力對(duì)稱性較好，主塔兩側(cè)索力分布均勻，全橋沿順橋向的索力對(duì)稱性良好。

圖4　南主塔邊跨索力實(shí)測(cè)值分析圖

圖5　南主塔中跨索力實(shí)測(cè)值分析圖

圖6　北主塔邊跨索力實(shí)測(cè)值分析圖

圖7　北主塔中跨索力實(shí)測(cè)值分析圖

（5）索塔垂直度檢測(cè)

索塔垂直度測(cè)點(diǎn)布置在上下游中塔柱同一面任意上、下兩個(gè)點(diǎn)，通過測(cè)試兩點(diǎn)縱橋向和橫橋向相對(duì)距離及高差，計(jì)算得到索塔垂直度。索塔垂直度檢測(cè)結(jié)果見表2，檢測(cè)結(jié)果表明：實(shí)測(cè)索塔垂直度與設(shè)計(jì)索塔垂直度基本一致（索塔為等截面，縱橋向設(shè)計(jì)垂直度為0%，橫橋向?yàn)?%），索塔技術(shù)狀況處于完好狀態(tài)。

表2　索塔垂直度檢測(cè)結(jié)果匯總表

3　病害分析及防治措施

（1）斜拉橋的大跨度及其較大的柔度使混凝土主梁在設(shè)計(jì)、施工不善的情況下易于開裂，主梁混凝土開裂后會(huì)逐步影響到斜拉橋的受力與使用性能，特別是嚴(yán)重影響到主梁的耐久性能，因此應(yīng)對(duì)主梁混凝土局部位置存在的裂縫、蜂窩麻面、混凝土剝離、露筋銹蝕、滲水、鹽霜等問題進(jìn)行處治。

（2）斜拉索因其處于體外高應(yīng)力的狀態(tài)，在荷載與振動(dòng)反復(fù)作用下容易銹蝕，實(shí)踐表明斜拉索的防腐措施有待于改進(jìn)，同時(shí)斜拉索與錨具連接處的銹蝕現(xiàn)象更為嚴(yán)重，因此錨具的防腐與斜拉索錨端處的防腐更值得重視［9］，故應(yīng)對(duì)錨頭鋼絲端頭除銹補(bǔ)油，修補(bǔ)缺失的緊固螺栓，為梁下錨具除銹、重新涂抹防腐油脂，對(duì)橋面拉索護(hù)筒進(jìn)行除銹防腐處理，更換套筒密封圈。

（3）由于本橋所處位置雨水較多，大橋機(jī)動(dòng)車道外側(cè)鋼護(hù)欄出現(xiàn)銹蝕，故應(yīng)對(duì)鋼護(hù)欄進(jìn)行除銹、防腐涂裝。

（4）伸縮縫鋼齒板間隙雜土阻塞，影響正常使用，需清理雜物；伸縮縫梳形齒板出現(xiàn)坑槽及松動(dòng)，影響行車安全，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修復(fù)。

（5）修復(fù)處理后，管養(yǎng)單位應(yīng)嚴(yán)格按照《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》要求，對(duì)橋梁進(jìn)行日常的維護(hù)和檢查工作，確保橋梁的完好和安全運(yùn)行。

4　結(jié)語

根據(jù)魁浦大橋主橋的定期檢測(cè)結(jié)果，可將魁浦大橋主橋完好狀態(tài)等級(jí)評(píng)定為：合格級(jí)，即橋梁結(jié)構(gòu)完好或結(jié)構(gòu)構(gòu)件有損傷，但不影響橋梁安全。該橋應(yīng)進(jìn)行保養(yǎng)、小修，考慮到橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀已存在一些病害或缺陷，已影響結(jié)構(gòu)的耐久性和正常使用，應(yīng)及時(shí)采取處理措施。定期檢測(cè)是斜拉橋病害分析和診斷的重要方法，等級(jí)評(píng)定是對(duì)其進(jìn)行維護(hù)的前提，斜拉橋的耐久性是長久問題，在斜拉橋的運(yùn)營中必須加強(qiáng)檢測(cè)與養(yǎng)護(hù)，并及早發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)修繕?biāo)霈F(xiàn)的病害，才能維持斜拉橋的耐久性，延長使用壽命，降低長期維護(hù)費(fèi)用。

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