鋼橋面板疲勞裂紋與維修對(duì)策

陳江　范厚彬　張繼東　俞登華

摘 要：鋼橋面板多使用于懸索橋或斜拉橋等長(zhǎng)大橋梁，在使用過程中橋面板（尤其焊接部分）較易產(chǎn)生疲勞裂紋。文章從鋼橋面板的疲勞裂紋類型、相應(yīng)維修方法、檢測(cè)技術(shù)和橋面鋪裝等方面全面介紹了日本相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)及最新技術(shù)，為中國今后鋼橋面養(yǎng)護(hù)提供參考。

關(guān)鍵詞：鋼橋面；疲勞裂縫；維修；日本經(jīng)驗(yàn)技術(shù)

中圖分類號(hào)：TU47 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）04-0168-02

Abstract： Steel bridge panels are mostly used in long bridges such as suspension bridges or cable-stayed bridges. In the process of the use of it， the deck slab （especially the welded part） is easy to produce fatigue cracks. This paper introduces the relevant experience and the latest technology in Japan in the aspects of fatigue crack type， corresponding maintenance method， inspection technology and deck pavement of steel bridge slab， which provides reference for the maintenance of steel bridge deck in China in the future.

Keywords： steel bridge deck； fatigue crack； maintenance； Japanese experience and technology

鋼橋面板多使用于懸索橋或斜拉橋等長(zhǎng)大橋梁，而此類大橋由于超載車輛通行產(chǎn)生的集中應(yīng)力，造成橋面板變形，尤其焊接部分較易產(chǎn)生疲勞開裂。根據(jù)鋼橋板的疲勞開裂大致可分為四大類。根據(jù)開裂的部位和狀況，不同的開裂原因及進(jìn)展情況也各不相同，需要針對(duì)不同情況進(jìn)行相應(yīng)合理的維修處置。其次，鋼橋面板的鋪裝較混凝土橋面板而言，在選材及施工管理上、鋪裝工藝及施工過程中品質(zhì)管理的水平不一，直接影響橋體品質(zhì)。本報(bào)告針對(duì)鋼橋板的這兩項(xiàng)課題，介紹相關(guān)日本經(jīng)驗(yàn)及最新技術(shù)，為中國今后鋼橋面維修提供參考。

1 疲勞裂紋損傷及其對(duì)策

鋼橋面板的疲勞裂紋共四大類：U肋與橋面板焊接部分，U肋對(duì)焊部分，豎向加勁肋與橋面板焊接部分，U肋與橫隔板交接部分。圖1中的4張照片為實(shí)際開裂情況及應(yīng)急處理：照片A為沿U肋和橋面板焊接處產(chǎn)生的裂縫，裂縫從①開裂到②，之后向U肋的母體方向延伸；照片B為U肋和隔板焊接處產(chǎn)生的裂縫；照片C為對(duì)裂縫處進(jìn)行刨削打磨處理后的照片；照片D為對(duì)延伸到母體的裂縫打直徑為25mm的止裂孔，綠色線條是使用磁粉探測(cè)法檢測(cè)出的裂縫。諸如此類的損傷，需及時(shí)采取相應(yīng)的緊急處理以防止損傷進(jìn)一步惡化。

針對(duì)開裂損傷，采取應(yīng)急處理后，需重新制定相應(yīng)的修補(bǔ)計(jì)劃，進(jìn)而實(shí)施徹底的維修或加固施工。

目前，主要的施工法有：在橋面實(shí)施鋼纖維加固水泥（SFRC）鋪裝；在焊接面追加加固板并將U肋內(nèi)部填充砂漿；更換開裂部位，重新焊接等。針對(duì)實(shí)際工況，選擇適合的施工法尤為重要。鋼纖維混凝土（SFRC）鋪裝施工可提高路面強(qiáng)度，對(duì)裂縫產(chǎn)生起到預(yù)防減少的作用。但施工本身需要對(duì)道路進(jìn)行長(zhǎng)期大規(guī)模限行，在撤除此鋪裝時(shí)，后期研磨清掃及粘結(jié)劑的涂抹也都有較高的品質(zhì)要求。此外追加焊接方向多在上方，對(duì)焊接工的技術(shù)要求十分高。即便是熟練工，也必須進(jìn)行考試，確認(rèn)施工精度是否達(dá)標(biāo)。

2 鋼橋面板疲勞裂紋檢測(cè)技術(shù)

鋼橋面板使用U肋時(shí)，會(huì)由U肋內(nèi)部的焊接縫開始，產(chǎn)生貫穿橋面板的裂縫，如圖2。這類開裂通常較難發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期放置不僅會(huì)損害鋪裝層的耐久性，也會(huì)在路面產(chǎn)生坑塘，造成交通安全隱患。

針對(duì)這樣的損傷，我們開發(fā)了渦流探測(cè)技術(shù)，可從路面直接探測(cè)鋪裝層厚度在100mm內(nèi)的裂縫。渦流探測(cè)儀的工作原理是通過電磁感應(yīng)使金屬等導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電流，當(dāng)有裂縫時(shí)電流值會(huì)改變，通過電流變化檢測(cè)出有否裂縫。渦流探測(cè)檢測(cè)車上設(shè)有4塊激發(fā)線圈，以時(shí)速3m/分行走，可檢測(cè)長(zhǎng)度大于100mm以上的裂縫。不足之處是此檢測(cè)車雖可檢測(cè)到裂縫的方位，但無法直接確定裂縫形狀等詳細(xì)信息。此時(shí)則會(huì)使用相控陣技術(shù)（PhasedArray）從鋼橋板下側(cè)對(duì)裂縫進(jìn)行更詳盡的檢測(cè)。

3 鋼橋面板鋪裝耐久性

鋼橋板較RC橋板有更大的彈性變形，在鋪裝選材、構(gòu)成，以及施工品質(zhì)上均有較高要求。本段介紹鋼橋板鋪裝及施工要點(diǎn)。

圖3為鋪裝層示意圖Ⅰ和Ⅱ。示意圖Ⅰ中的基層采用了變形追隨性及水密性較高的澆筑瀝青，此基層可省略涂覆防水層。缺點(diǎn)在于需要使用專用的澆筑式瀝青運(yùn)輸車，確保瀝青均勻攪拌并且溫度可維持在220～260℃之間。示意圖Ⅱ中的基層則采用高彈性改性瀝青，為改性瀝青鋪裝或SMA鋪裝。此類鋪裝有較強(qiáng)的耐流動(dòng)性和耐磨損性。在日本的瀝青彎曲試驗(yàn)中，針對(duì)固態(tài)瀝青進(jìn)行折彎試驗(yàn)。由最大應(yīng)力和彎曲量測(cè)算出“彎曲工作量”，此項(xiàng)指標(biāo)視同柔軟性，即試驗(yàn)表明高彈性改性瀝青具有良好的柔軟性。同樣，車轍試驗(yàn)測(cè)定出的DS值也表明，高彈性改性瀝青較普通改性瀝青具有更全面、強(qiáng)化的性能，更適用于彈性變形較大的鋼橋板鋪裝。

目前，Ⅰ型鋪裝用于南京長(zhǎng)江第四大橋，Ⅱ型鋪裝用于上海奉浦大道金匯港大橋，兩種鋪裝均已用于中國的橋梁建設(shè)，使用狀況均良好、正常。

在鋪裝施工方面，首先需將鋼橋板上的銹斑研磨清除干凈，并且在清除后4小時(shí)內(nèi)完成粘結(jié)層的涂覆。Ⅱ型鋪裝則需要加涂防水層。粘結(jié)劑分環(huán)氧樹脂類和橡膠瀝青類兩類。環(huán)氧樹脂類雖與橋板的粘結(jié)度高，但與瀝青的粘合度不夠，考慮到鋼橋板、粘結(jié)層、鋪裝層間的互溶性及粘結(jié)劑本身的柔軟性，橡膠瀝青粘結(jié)劑更佳。

4 結(jié)束語

鋼橋面板具有自重輕，承載力高的特性，尤為適合長(zhǎng)大橋的梁體結(jié)構(gòu)。然而伴隨橋梁變形的疲勞損傷不可小覷，在養(yǎng)護(hù)管理、鋪裝選材、施工的各個(gè)階段也需要充分重視和討論。

本文就逐年增多的橋梁鋼橋板的疲勞損壞進(jìn)行探討，介紹了日本的損壞類型、維修方法及新型的檢測(cè)技術(shù)。歸納了鋼橋板的鋪裝類型和特性，就鋪裝的不同材料和構(gòu)成介紹了2種高性能鋪裝。并對(duì)橡膠瀝青型粘結(jié)劑的特點(diǎn)和選用提出了相關(guān)意見。

希望文中所述的技術(shù)和材料，可以在中國今后的橋梁建設(shè)和養(yǎng)護(hù)過程中得到廣泛運(yùn)用。

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