運營期橋梁斜拉索的技術(shù)狀況檢測

徐啟岍

(南京江北新區(qū)鐵路建設(shè)投資有限責(zé)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(xué)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(yù)埋管口位置曾經(jīng)出現(xiàn)失火事故，導(dǎo)致斜拉索損傷嚴(yán)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(xué)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(yán)重病害，環(huán)向斷裂最大寬度能夠達(dá)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(yán)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(fēng)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(shè)時，大部分的使用壽命設(shè)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(dǎo)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(yīng)力狀態(tài)下，PE護套容易出現(xiàn)老化細(xì)微裂紋問題，由于反復(fù)熱脹冷縮的作用以及環(huán)境溫度車輛荷載和風(fēng)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(dǎo)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(yīng)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(biāo)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(shè)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(shè)計及結(jié)構(gòu)動力學(xué)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(dāng)?shù)亟煌ǖ恼Ｍㄐ?，盡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(shè)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(dá)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(dá)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(xué)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(dāng)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(dāng)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(fēng)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(xué)措施進行規(guī)避，保證斜拉索橋梁可以安全通行。