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浅谈拱桥吊杆的病害与防护

文章出处网责任编辑作者人气-发表时间2019-03-13 13:43:00

 1. 引言

拱桥拉索是拱桥的重要承重构件♤ 其安全性、 耐久性、 适应性关系到桥梁结构的安全与正常使用⊙ 目前♤ 这类拉索在工程应用中普遍出现索体HDPE 护套提前开裂、 下端预埋管进水、 锚头及钢丝腐蚀等严重问题⊙ 拉索的安全性、 耐久性远达不到使用要求⊙ 其中相当一部分工程的拉索建成后短时间内出现严重的问题♤ 不得不提前维修维护♤ 甚至提前换索♤ 浪费极大⊙ 此类结构存在安全隐患♤ 严重威胁着工程及人民生命财产的安全♤ 致使结构垮塌也屡见不鲜⊙ 进一步研究拱桥拉索系统♤ 以期系统地解决目前拉索所存在的病害♤ 阻断病害的成因♤ 以提高桥梁结构的安全性、 可靠性、耐久性已迫在眉睫⊙

 

2. 拱桥拉索病害

 

2. 1 平行钢丝拉索 PE 护套提前开裂⊙

 

通过对部分桥梁拉索的调查♤ 发现平行钢丝拉索 PE 护套一般在几年内就开裂⊙ 相关资料表明♤ 拉索 PE 护套最短不到一年♤ 最长不到十年就产生开裂⊙

 

2. 2 下端预埋管积水及索体、 锚头腐蚀⊙

 

调查发现♤ 大部分桥梁下端预埋管均有水现象♤ 几乎所有的桥梁下端预埋管均有冷凝水存在⊙ 下端预埋管的积水和冷凝水♤ 使预埋管及索体内的潮湿度增加♤ 锚头及索体受到腐蚀⊙ 北方地区的一些桥梁曾因预埋管内积水发生冻裂预埋管的现象⊙

 

2. 3 短吊杆问题⊙

 

大多数桥梁的短吊杆太短♤ 自由长度不足♤ 吊杆及结构损坏严重⊙

 

2. 4 系杆腐蚀与断裂⊙

 

不少桥梁的系杆不同程度出现腐蚀♤ 某些桥梁的系杆发现断裂⊙

 

3. 拱桥拉索病因分析

 

3. 1 平行钢丝拉索 PE 护套提前开裂的主要原因⊙

(1) 索体结构是造成索体提前开裂的主要原因⊙ 由于平行钢丝索体是在无应力状态下成索的⊙ 当索体工作时♤ HDPE 护套随钢丝的伸长而始终处于较高应力状态下大多数工况还存在交变拉应力⊙ 因此♤ 长期处于高应力状态下工作♤ HDPE 的分子与分子的结合力逐步下降♤ 因而导致 HDPE 的耐环境应力开裂性能降低♤ 造成 HDPE 提前开裂⊙目前♤ 所看到的 HDPE 护套♤ 其开裂均为环状应力开裂⊙ 有试验表明♤使用 8 年后开裂的 HDPE 护套♤ 其力学性能(抗拉强度和极限延伸率) 不低于初始值的 85%⊙

(2) HDPE 材料的影响⊙ 不同的 PE 粒子材料♤ 其耐环境应力开裂的性能差异较大⊙ 相关技术标准规定该项指标不应低于 1500h⊙ 然而♤ 受诸多因素的影响♤ 目前国内某些工程索类所用的 HDPE 材料♤ 其 F⊙ 指标只有500~800h⊙ 个别工程甚至使用低密度 PE⊙ 使用性能达不到要求的材料♤造成 HDPE 护套更短时间开裂⊙ 有工程表明♤ 使用耐环境应力开裂性能指标不满足要求的 PE 材料♤ 护套在 1 年内便产生开裂⊙

(3) 使用环境的影响⊙ 紫外线的照射、 雨水冲淋及有害气体的腐蚀♤均影响到 HDPE 护套的开裂⊙ 有工程表明♤ 所有 HDPE 护套的开裂是从索的迎光面开始⊙

(4) 施工作业的影响⊙ 目 前施工对索体的保护措施普遍不够♤ 施工过程中索体的损伤时有发生⊙ 目前♤ 工程上对索体 PE 的损伤♤ 大多数采用补焊的办法修补♤ 而补焊修补时 PE 二次加热成型其耐环境应力开裂性能大大下降♤ 因补焊修补在野外作业♤ 损伤面难以完全修复⊙ 因此♤ 施工隐患加速 PE 护套的开裂⊙

3. 2 下端预埋管积水的主要原因⊙

(1) 防水罩失效♤ 水直接沿索体进入预埋管内⊙ 由于老式防水罩结构的原因♤ 大多数防水罩不能适应拉索摆动变形的需要♤ 密封防水构造一般使用一两年便失效⊙ 某些桥梁的防水罩从设计到制造、 安装均未达到防水的需要♤ 因而一开始预埋管就进水⊙

(2) 大多数桥梁施工过程中的防水与排水的措施不够♤ 造成预埋管积水⊙

(3) 某些桥梁预埋管太短♤ 没有高于桥面♤ 水直接流入预埋管造成积水⊙

(4) 冷凝水造成预埋管积水和潮湿度增加⊙ 几乎所有的拱桥都没有阻止冷凝水产生的措施♤ 现有的结构也没有阻隔潮气与锚头的接触⊙

3. 3 造成短吊杆问题的主要原因⊙

早期建设的桥梁♤ 短吊杆的布置不尽合理⊙ 短吊杆自由长度太短♤ 受温度变化的影响♤ 桥面反复纵向位移时♤ 短吊杆不能自由摆动♤ 且频频交替出现较大的附加应力♤ 致使短吊杆及结构产生破坏⊙

3. 4 造成系杆腐蚀与断裂的主要原因⊙

(1) 系杆箱进水♤ 系杆长期浸泡于水中⊙ 大多数桥梁的吊杆都是直接穿过系杆箱♤ 水沿吊杆直接进入吊杆箱内♤ 某些桥梁系杆箱没有设置排水孔⊙

(2) 系杆施工不按规范要求操作♤ 不编索造成系杆打铰⊙ 某些桥梁在施工过程中曾拉断系杆⊙

 

4. 对策与措施

4. 1 提高 HDPE 护套防开裂及提高索体防腐能力的措施⊙
(1) 采用 PES 低应力防腐索体♤ 可有效提高索体的防腐能力♤ 延长HDPE 护套开裂的时间♤ 提高拉索的耐久性⊙
(2) 必须选用合格的 HDPE 粒子⊙ 目前其耐环境应力开裂性能指标可达 3000h 以上⊙ 建议尽快修订相关技术标准⊙

(3) 拉索生产制造、 运输、 施工安装及使用时必须严格保护索体♤避免索体 HDPE 护套的损伤⊙

(4) 条件允许♤ 索体外可增加一护管♤ 以隔绝紫外线对索体的照射和雨水冲淋⊙ 同时可有效阻止水进入下端预埋管并隔热⊙

4. 2 防止下端预埋管积水的措施⊙

(1) 采用能满足使用要求的防水罩⊙

(2) 下端预埋管应高出结构 100~150mm♤ 防止水直接进入预埋管内⊙同时♤ 结构应有排水措施⊙

(3) 隔绝冷凝水形成的潮湿气与锚头接触⊙

(4) 严格做好施工中的防排水⊙

(5) 设计时可以考虑把锚头布置在下端横梁上⊙

4. 3 解决短吊杆问题的措施⊙
(1) 短吊杆的自由长度不应小于 2 米⊙ 桥面纵向位移时♤ 控制吊杆的摆动角不宜大于 3° ♤ 从而控制吊杆附加拉应力增加量在 5%内⊙

(2) 吊杆系统中增加球形支座装置♤ 使得短吊杆能自由摆动⊙

 

5. 结语

(1) 由于受产品技术、 结构设计、 工程施工及管养等诸多因素的影响♤ 目前♤ 拱桥吊杆及同类拉索的病害普遍存在♤ 严重影响使用寿命并威胁着人民的生命财产安全⊙系统地研究拉索病害♤ 分析其原因♤ 采取有效的措施♤ 防止病害的发生♤ 对提高工程的可靠性与耐久性是非常重要的⊙

(2) 本文结合项目 研究的成果♤ 系统地剖析拉索病害♤ 并研究相应的对策与防范措施♤ 对推动相关研究有积极的作用⊙ 特别是 PES 低应力防腐拉索技术♤ 引入应力释放的概念♤ 有效降低拉索 PE 护套的工作应力♤提高拉索 PE 护套的抗开裂能力和提高拉索的使用寿命⊙随着技术研究的不断深入和发展♤ 新材料、 新技术♤ 如 FRP 拉索♤可监控只能拉索的应用♤ 可大大提高拉索的安全性和耐久性⊙

 

 

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