大跨徑鋼橋鋼箱梁銹蝕病害分析及養(yǎng)護(hù)措施

常寶宏

定西公路事業(yè)發(fā)展中心，中國(guó)·甘肅 定西 744300

大跨徑鋼橋鋼箱梁的銹蝕病害是鋼橋養(yǎng)護(hù)領(lǐng)域中的重要問(wèn)題。鋼箱梁作為橋梁結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部件，承受著巨大的荷載和環(huán)境影響，容易受到腐蝕和銹蝕的侵害。為了確保鋼箱梁的結(jié)構(gòu)安全和延長(zhǎng)其使用壽命，必須采取有效的分析與養(yǎng)護(hù)措施。論文對(duì)大跨徑鋼橋鋼箱梁銹蝕病害進(jìn)行深入分析，探討不同類型的病害形成機(jī)理和影響因素，并介紹針對(duì)銹蝕病害的養(yǎng)護(hù)措施，包括環(huán)境控制、防護(hù)措施、定期檢查和維護(hù)、修復(fù)與加固等方面的內(nèi)容。通過(guò)系統(tǒng)的研究和實(shí)踐總結(jié)，為鋼箱梁的養(yǎng)護(hù)工作提供指導(dǎo)，提高鋼橋結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。

大跨徑鋼橋；鋼箱梁；銹蝕病害；養(yǎng)護(hù)措施

1 引言

隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，大跨徑鋼橋作為交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，承擔(dān)著承載車流、行人和貨物的重要任務(wù)。然而，由于環(huán)境因素和長(zhǎng)期使用，大跨徑鋼橋鋼箱梁往往會(huì)出現(xiàn)銹蝕病害問(wèn)題，嚴(yán)重影響其結(jié)構(gòu)安全和使用壽命。論文結(jié)合專業(yè)理論知識(shí)，綜合運(yùn)用工程力學(xué)、材料科學(xué)和結(jié)構(gòu)分析等方法，全面分析大跨徑鋼橋鋼箱梁銹蝕病害的特點(diǎn)和危害，為養(yǎng)護(hù)工作提供科學(xué)有效的建議。

2 大跨徑鋼橋鋼箱梁銹蝕病害的重要性

大跨徑鋼橋是現(xiàn)代城市交通基礎(chǔ)設(shè)施中不可或缺的一部分，承載著重要的交通流量和行人通行，對(duì)城市的發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的繁榮具有重要作用。然而，隨著時(shí)間的推移和外界環(huán)境的影響，大跨徑鋼橋鋼箱梁常常遭受銹蝕病害的侵襲，這對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)安全和使用壽命產(chǎn)生了嚴(yán)重的威脅。

首先，大跨徑鋼橋的結(jié)構(gòu)安全是保障交通運(yùn)輸暢通的基礎(chǔ)。鋼箱梁作為大跨徑鋼橋的主要構(gòu)件，承受著巨大的荷載壓力。然而，銹蝕病害會(huì)導(dǎo)致鋼材表面的腐蝕和剝落，削弱了鋼箱梁的承載能力和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，甚至可能引發(fā)嚴(yán)重的事故。因此，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理鋼箱梁的銹蝕病害，對(duì)于保障大跨徑鋼橋的結(jié)構(gòu)安全具有重要意義[1]。

其次，大跨徑鋼橋的使用壽命與城市發(fā)展息息相關(guān)。隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大和交通需求的增加，大跨徑鋼橋承受著日益增加的負(fù)荷和使用壓力。然而，鋼箱梁的銹蝕病害會(huì)導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的逐漸損壞和衰老，縮短了其使用壽命，增加了養(yǎng)護(hù)和維修的成本。因此，對(duì)大跨徑鋼橋的鋼箱梁銹蝕病害進(jìn)行及時(shí)的分析和養(yǎng)護(hù)措施的實(shí)施，能夠延長(zhǎng)橋梁的壽命，減少維修投入，提高城市基礎(chǔ)設(shè)施的可持續(xù)發(fā)展能力。

再次，鋼箱梁銹蝕病害的研究對(duì)于推動(dòng)工程技術(shù)的進(jìn)步和創(chuàng)新具有重要意義。通過(guò)深入分析鋼箱梁的銹蝕病害，可以揭示其發(fā)生機(jī)理和演化規(guī)律，為預(yù)防和治理提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，針對(duì)鋼箱梁銹蝕病害的養(yǎng)護(hù)技術(shù)研究也將推動(dòng)養(yǎng)護(hù)工程領(lǐng)域的發(fā)展，促進(jìn)新材料、智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和養(yǎng)護(hù)方法的創(chuàng)新和應(yīng)用。這將有助于提高大跨徑鋼橋的抗銹蝕性能和養(yǎng)護(hù)效果，為未來(lái)的橋梁設(shè)計(jì)和養(yǎng)護(hù)工作提供有益的經(jīng)驗(yàn)和借鑒。

最后，大跨徑鋼橋鋼箱梁銹蝕病害的研究還與環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展緊密相關(guān)。銹蝕病害會(huì)導(dǎo)致鋼材的消耗和資源浪費(fèi)，對(duì)環(huán)境造成負(fù)面影響。通過(guò)對(duì)銹蝕病害的深入了解和養(yǎng)護(hù)措施的優(yōu)化，可以減少資源的消耗，降低環(huán)境污染，并推動(dòng)橋梁工程的可持續(xù)發(fā)展。

3 鋼箱梁結(jié)構(gòu)的腐蝕特點(diǎn)和損傷形態(tài)分析

鋼箱梁結(jié)構(gòu)的腐蝕特點(diǎn)是指其在特定環(huán)境下腐蝕過(guò)程的一些共性特征。首先，鋼箱梁結(jié)構(gòu)常受到大氣環(huán)境中的氧氣、水分和二氧化碳等物質(zhì)的侵蝕。這些物質(zhì)在鋼材表面引發(fā)電化學(xué)反應(yīng)，形成腐蝕電池，并加速鋼材的腐蝕速度。其次，鋼箱梁結(jié)構(gòu)常處于濕潤(rùn)或潮濕的環(huán)境中，如橋梁接觸到雨水、河水或海水等，加劇了鋼材的腐蝕程度。最后，大跨徑鋼橋常位于高鹽度地區(qū)或工業(yè)污染區(qū)域，含有有害化學(xué)物質(zhì)的介質(zhì)接觸鋼箱梁，也會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的腐蝕問(wèn)題[2]。

鋼箱梁結(jié)構(gòu)的腐蝕損傷形態(tài)表現(xiàn)多樣，主要包括表面腐蝕、局部腐蝕和穿透腐蝕等。表面腐蝕是最常見的腐蝕形態(tài)，通常表現(xiàn)為鋼材表面出現(xiàn)銹斑、氧化和剝落等現(xiàn)象。這種腐蝕形態(tài)主要影響鋼材的外觀美觀和光滑度，但一般不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度產(chǎn)生顯著影響。局部腐蝕是指鋼材表面某些區(qū)域出現(xiàn)的較深的腐蝕坑或凹陷。這種損傷形態(tài)較為嚴(yán)重，可能導(dǎo)致鋼材的截面減小、強(qiáng)度下降以及腐蝕疲勞的發(fā)生。穿透腐蝕是最為嚴(yán)重的損傷形態(tài)，指腐蝕物質(zhì)滲透到鋼材內(nèi)部，導(dǎo)致鋼材截面的完全破壞。這種情況下，鋼箱梁的承載能力將大幅降低，結(jié)構(gòu)安全性受到極大威脅。

除了這些常見的腐蝕損傷形態(tài)，還有一些特殊的腐蝕問(wèn)題需要關(guān)注。例如，鋼箱梁在高溫環(huán)境下的腐蝕問(wèn)題。高溫會(huì)加速鋼材的腐蝕速度，并引發(fā)熱腐蝕、氧化腐蝕等現(xiàn)象，對(duì)鋼箱梁的結(jié)構(gòu)性能造成嚴(yán)重影響。此外，還要注意鋼箱梁結(jié)構(gòu)中的微觀腐蝕問(wèn)題，如微孔腐蝕、晶間腐蝕等。這些微小的腐蝕損傷可能會(huì)逐漸擴(kuò)大，并最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的失效。

4 大跨徑鋼橋鋼箱梁銹蝕病害的養(yǎng)護(hù)措施

4.1 銹蝕病害的檢測(cè)和評(píng)估

4.1.1 目視檢查

目視檢查是最基本也是最常用的檢測(cè)方法。養(yǎng)護(hù)人員通過(guò)對(duì)鋼箱梁表面進(jìn)行仔細(xì)觀察，尋找可能存在的銹斑、剝落和腐蝕坑等病害特征。這種方法簡(jiǎn)便易行，成本低廉，但其檢測(cè)范圍受到視線限制，對(duì)于隱蔽部位的腐蝕損傷難以觀察到。

4.1.2 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是一種非破壞性的測(cè)試方法，可以在不影響結(jié)構(gòu)完整性的前提下獲取有關(guān)腐蝕損傷的信息。常用的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)包括超聲波檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、渦流檢測(cè)和紅外熱像檢測(cè)等。超聲波檢測(cè)能夠探測(cè)鋼材內(nèi)部的缺陷和腐蝕損傷，磁粉檢測(cè)適用于發(fā)現(xiàn)表面和近表面的腐蝕問(wèn)題，渦流檢測(cè)可用于檢測(cè)鋼材表面和近表面的缺陷，而紅外熱像檢測(cè)則可以通過(guò)測(cè)量表面溫度分布來(lái)發(fā)現(xiàn)隱藏的腐蝕區(qū)域。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)具有快速、精確的優(yōu)點(diǎn)，但需要專業(yè)人員操作，并且其應(yīng)用受到材料和結(jié)構(gòu)條件的限制[3]。

4.1.3 電化學(xué)檢測(cè)

電化學(xué)檢測(cè)是一種基于腐蝕電化學(xué)原理的方法，用于評(píng)估鋼箱梁的腐蝕狀態(tài)。通過(guò)測(cè)量鋼材表面的電位和電流等參數(shù)，可以推斷出鋼材的腐蝕速率和腐蝕程度。常用的電化學(xué)檢測(cè)方法包括極化曲線法、電化學(xué)阻抗法和電位差法等。電化學(xué)檢測(cè)具有非破壞性、實(shí)時(shí)性和定量化的特點(diǎn)，能夠提供有關(guān)腐蝕行為和損傷程度的詳細(xì)信息。然而，電化學(xué)檢測(cè)需要專業(yè)的設(shè)備和操作技術(shù)，并受到環(huán)境條件和電解質(zhì)的影響。

4.1.4 取樣分析

取樣分析是通過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試對(duì)鋼箱梁材料進(jìn)行化學(xué)分析和物理性能測(cè)試，以評(píng)估腐蝕程度和剩余強(qiáng)度。取樣分析通常需要在受損部位進(jìn)行樣品采集，并通過(guò)金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡和能譜分析儀等儀器進(jìn)行分析。這種方法提供了詳細(xì)的腐蝕損傷信息和材料性能數(shù)據(jù)，但對(duì)結(jié)構(gòu)造成一定的破壞，并且需要較長(zhǎng)的時(shí)間和較高的成本。

4.2 環(huán)境控制和防護(hù)措施

4.2.1 環(huán)境控制

首先，控制濕度：濕潤(rùn)環(huán)境是鋼箱梁腐蝕的主要因素之一，因此，在鋼橋建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)采取措施確保橋梁結(jié)構(gòu)與水源的良好隔離，避免長(zhǎng)期接觸水分。此外，定期檢查橋梁排水系統(tǒng)的暢通情況，及時(shí)清理積水和排除漏水現(xiàn)象，保持橋梁周圍環(huán)境的干燥。其次，控制鹽度：鹽度是導(dǎo)致鋼箱梁腐蝕的重要因素之一，尤其是在海洋環(huán)境和鹽湖地區(qū)。在這些地區(qū)，應(yīng)采取措施減少鹽分對(duì)鋼材的侵蝕。例如，可以使用防鹽噴霧涂層，限制海水接觸鋼箱梁表面，以減少鹽分的吸附和腐蝕作用。最后，控制化學(xué)物質(zhì)：大跨徑鋼橋常處于工業(yè)污染區(qū)域或高污染源附近。這些化學(xué)物質(zhì)會(huì)加速鋼材腐蝕的發(fā)生和發(fā)展。在這種情況下，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)環(huán)境污染源的監(jiān)測(cè)和管控，確保鋼箱梁不暴露于有害化學(xué)物質(zhì)中[4]。

4.2.2 防護(hù)措施

第一，防腐涂層：防腐涂層能夠隔絕鋼材與環(huán)境的直接接觸，形成一層保護(hù)膜，減少腐蝕介質(zhì)的侵蝕。選擇合適的防腐涂層要考慮橋梁的使用環(huán)境、耐候性能、附著力以及涂層施工的可行性等因素。第二，防護(hù)覆蓋：在大跨徑鋼橋鋼箱梁的養(yǎng)護(hù)中，可以采用防護(hù)覆蓋的方式來(lái)減少腐蝕病害的發(fā)生。例如，可以在鋼箱梁表面覆蓋防護(hù)層，如聚乙烯薄膜、橡膠墊等，以阻隔腐蝕介質(zhì)的直接接觸，同時(shí)起到一定的防水和防塵效果。這種防護(hù)覆蓋層具有較好的耐候性和抗老化能力，能夠有效減少腐蝕病害的發(fā)展。第三，電化學(xué)防護(hù)：通過(guò)施加外加電流或電位來(lái)抑制鋼材的腐蝕。在大跨徑鋼橋鋼箱梁的養(yǎng)護(hù)中，可以采用陰極保護(hù)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)電化學(xué)防護(hù)。陰極保護(hù)系統(tǒng)通過(guò)在鋼箱梁表面設(shè)置陰極，使鋼材成為陰極，從而抑制腐蝕反應(yīng)的發(fā)生。這種技術(shù)需要精確的設(shè)計(jì)和控制，以確保電流和電位的合理施加，從而達(dá)到有效的防護(hù)效果。

4.3 修復(fù)與加固措施的分析

銹蝕修復(fù)是指針對(duì)鋼箱梁表面或內(nèi)部發(fā)生的銹蝕病害進(jìn)行修復(fù)處理。第一，清洗與除銹：采用適當(dāng)?shù)某P方法，如鋼丸清理、噴砂、噴水高壓清洗等，將受損區(qū)域的銹蝕層徹底清除，以便后續(xù)處理。第二，補(bǔ)焊與補(bǔ)強(qiáng)：對(duì)于嚴(yán)重銹蝕的部位，需要進(jìn)行局部焊接修補(bǔ)或增加鋼板補(bǔ)強(qiáng)，恢復(fù)鋼箱梁的強(qiáng)度和剛度。第三，防腐涂層修復(fù)：在銹蝕修復(fù)后，重新涂覆防腐涂層，確保鋼箱梁表面免受腐蝕介質(zhì)的侵蝕。第四，加固措施：加固措施旨在提升鋼箱梁的承載能力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，以應(yīng)對(duì)銹蝕病害帶來(lái)的影響。常見的加固措施包括。第五，鋼板包裹：在受損的鋼箱梁外部包裹一層鋼板，增加其橫向剛度和承載能力。

結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)與評(píng)估：對(duì)于大跨徑鋼橋鋼箱梁，及時(shí)的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)與評(píng)估是修復(fù)與加固措施的關(guān)鍵步驟。通過(guò)對(duì)鋼箱梁的結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)估，可以確定修復(fù)與加固的需求和效果，確保工作的有效進(jìn)行。具體措施包括：首先，采用各種監(jiān)測(cè)技術(shù)，如應(yīng)變傳感器、振動(dòng)傳感器、位移傳感器等，對(duì)鋼箱梁的變形、振動(dòng)、應(yīng)力等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。這些數(shù)據(jù)可以提供鋼箱梁的結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)信息，發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題和異常變化。其次，采用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)鋼箱梁進(jìn)行表面和內(nèi)部缺陷的檢測(cè)，如超聲波檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、X 射線檢測(cè)等。這些技術(shù)可以在不破壞結(jié)構(gòu)的情況下，發(fā)現(xiàn)隱藏的缺陷和腐蝕病害，為后續(xù)修復(fù)與加固提供依據(jù)。再次，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和非破壞檢測(cè)結(jié)果，對(duì)鋼箱梁的結(jié)構(gòu)安全性和承載能力進(jìn)行評(píng)估。通過(guò)結(jié)構(gòu)分析和計(jì)算，確定結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等參數(shù)，評(píng)估其滿足設(shè)計(jì)要求和使用壽命的能力。最后，根據(jù)結(jié)構(gòu)評(píng)估的結(jié)果，制定修復(fù)與加固方案。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮修復(fù)與加固的具體要求，如材料選擇、施工工藝等。優(yōu)化設(shè)計(jì)可以通過(guò)結(jié)構(gòu)分析和計(jì)算，尋找最經(jīng)濟(jì)和有效的修復(fù)與加固方案，提高鋼箱梁的整體性能[5]。

4.4 定期檢查和維護(hù)

鋼橋鋼箱梁的定期檢查應(yīng)根據(jù)其使用環(huán)境和養(yǎng)護(hù)歷史確定適當(dāng)?shù)念l率。一般建議每年至少進(jìn)行一次全面的檢查，并根據(jù)需要進(jìn)行更頻繁的表面檢查。在惡劣環(huán)境條件下，如高鹽度、高濕度或污染區(qū)域，檢查頻率應(yīng)適當(dāng)增加。

鋼箱梁表面的檢查是定期檢查的基本步驟。具體方法包括：目視檢查，仔細(xì)觀察鋼箱梁表面，尋找可能的銹蝕跡象，如銹斑、銹皮、涂層剝落等。同時(shí)，注意檢查焊縫、連接件等處的異常情況。敲擊檢查，用敲擊工具輕敲鋼箱梁表面，聽聲音判斷是否有空洞、腐蝕或松動(dòng)的地方。不同的聲音可能暗示不同的問(wèn)題，需要進(jìn)一步檢查。清潔檢查，對(duì)于有積塵、污垢的區(qū)域，需要先進(jìn)行清潔，以便更好地觀察表面情況。可以使用高壓水洗或適當(dāng)?shù)那鍧崉┻M(jìn)行清洗。

鋼箱梁內(nèi)部的檢查對(duì)于發(fā)現(xiàn)隱藏的銹蝕病害也非常重要。具體方法包括穿孔檢查，通過(guò)在鋼箱梁壁上進(jìn)行穿孔，使用光源和檢查工具檢查內(nèi)部情況。穿孔位置應(yīng)選擇在可能發(fā)生銹蝕的區(qū)域，如焊縫、接頭處等。端部檢查，鋼箱梁的端部是銹蝕病害易發(fā)區(qū)域。通過(guò)拆卸部分端部防護(hù)措施或進(jìn)行開口檢查，查看端部區(qū)域的狀況[6]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，大跨徑鋼橋鋼箱梁的銹蝕病害分析及養(yǎng)護(hù)措施是確保橋梁結(jié)構(gòu)安全和延長(zhǎng)使用壽命的重要任務(wù)。通過(guò)深入分析鋼箱梁的腐蝕特點(diǎn)和損傷形態(tài)，了解銹蝕病害的形成機(jī)理和影響因素，制定科學(xué)有效的養(yǎng)護(hù)策略。在養(yǎng)護(hù)措施中，定期檢查和維護(hù)是及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、預(yù)防事故的關(guān)鍵步驟。同時(shí)，環(huán)境控制和防護(hù)措施能夠減少鋼箱梁的暴露程度和腐蝕速度，延緩病害的發(fā)展。修復(fù)與加固措施可以恢復(fù)鋼箱梁的承載能力和結(jié)構(gòu)完整性。因此，重視大跨徑鋼橋鋼箱梁的養(yǎng)護(hù)工作，建立健全的養(yǎng)護(hù)體系，加強(qiáng)技術(shù)研究和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，以保障鋼橋的安全運(yùn)行，為人們的出行提供可靠的橋梁保障。