斜拉桥拉索系统检测评估与养护建议

斜拉桥拉索系统检测评估与养护建议

范庆杰

天津市道路桥梁管理处质量监督站天津300022

摘要：本文结合刘庄桥提升改造工程实例介绍了该桥换索前拉索的检测评估方法，并针对拉索在使用过程中存在的问题提出养护建议。

关键词：斜拉桥；拉索；检测评估；养护

前言

拉索是斜拉桥的主要承重构件之一，其安全性直接关系到斜拉桥的结构安全。然而由于各种因素，已建成斜拉桥拉索均存在不同程度的损伤或病害，使其力学性能退化，安全系数降低，影响了桥梁的使用性能和正常营运，对桥梁安全带来隐患。拉索损伤或病害的产生可能存在于其制造、运输、施工和运营各个环节，本文以刘庄斜拉桥提升改造工程实例介绍对运营期拉索进行检测评估并对其病害原因进行分析，最后对运营期间斜拉桥拉索养护提出几点建议。

1背景工程概况

刘庄斜拉桥采用塔式三跨钢梁斜拉桥结构，跨径布置为32+71.85+12.04m，结构体系为塔梁分离的弹性体系，上部结构采用Ⅰ字形组合钢梁与混凝土桥面板构成的组合梁结构，桥塔采用H形钢筋混凝土结构，塔高42m，斜拉索为扇形双面索共5对。荷载等级为汽－20，挂－100。该桥于1991年改建成独塔斜拉桥，2016年换索并整体提升改造。

2拉索系统检测及病因分析

2.1拉索系统概况

该桥换索前原索采用高强平行钢丝束，冷铸锚具和挤压式高密度聚乙烯防腐。塔上斜索出口处设有橡胶阻尼垫。

原索为上海浦江缆索厂生产的成品索，全桥共22根，产于1991年，为光面（不镀锌）钢丝，护层高密度聚乙烯为山东招远塑料厂生产。

2.2拉索系统外观检测

1.检查索体的状况：部分拉索PE护套老化、开裂，划伤、破损；内层高强度复合绕包带外露、破损；高强平行光面钢丝锈蚀、断裂；

2.检查锚具的病害：部分拉索下锚头密封圈脱落、缺失；下锚头锚板螺栓松动、缺失、锈蚀；防水材料外露、老化；

3.检查锚固区的病害：部分拉索上锚头锚箱锈蚀，锚固区混凝土开裂。

2.3索力测试

采用振动频率法对全桥拉索在恒载作用下的索力进行测试，得到的测试结果与竣工索力进行比较，结果发现全桥恒载索力增加4.3%，其中有5根拉索索力变化大于10%，5根拉索的安全系数小于2.5。

2.4拉索系统病因分析

拉索PE护套出现的开裂主要为环形开裂，分析原因是索体不合理受力导致拉索PE护套局部应力过大。另外拉索在吊装、运输、储存和现场安装施工过程中由于防护不当等原因损伤PE护套而未及时进行修补。成桥后，PE护套随着时间推移逐渐老化开裂，雨水、氯离子和外界空气中水汽进入索体，导致钢丝发生电化学腐蚀。

拉索在风、雨或桥面、塔振动作用下，会发生各种不同机制的振动，拉索振动会使拉索产生疲劳，破坏拉索的防腐蚀系统，严重的还会造成拉索失效。目前国内外斜拉桥换索主要就是上述两方面原因导致的。

3主梁变形与挠度观测

索力不均匀变化会导致主梁线形变化，用精密水准仪对刘庄斜拉桥桥面高程进行测量，测量结果显示桥面高程与竣工值相比整体沉降约0.5m，桥面中线测点最大沉降值0.5615m，最小沉降值0.4432m；桥面线形变形较大，最大挠度变形为0.118m，虽未超过《公路斜拉桥设计细则》JTG/TD65-01-2007第4.4.1条规定的主梁最大竖向挠度L/400，但已接近上限。

4主塔变形观测

基础不均匀沉降使塔柱发生倾斜，引起索力重分布，索力不均匀变化又导致塔柱发生变位，而主塔顶端变位最大。用全站仪对刘庄斜拉桥主塔塔顶水平位移进行观测，观测结果显示上游侧主塔纵向位移-3.2mm，下游侧主塔纵向位移30mm，上下游主塔成扭转状态。《公路斜拉桥设计细则》JTG/TD65-01-2007第8.3.1条规定索塔的倾斜度最大值为H/3000，且不大于30mm。下游侧主塔塔身倾斜度为1/1400，可见，塔身倾斜度已超过规定范围。

5养护建议

根据《公路斜拉桥设计细则》JTG/TD65-01-2007和《城市桥梁养护技术规范》CJJ99-2003相关规定及拉索属超年限服役现状，应尽快对刘庄斜拉桥拉索进行更换。最终养管单位出于航道通航净空要求等考虑，对该桥更换拉索并整体提升改造。

为及时掌握桥梁营运状况，保证桥梁结构安全，结合刘庄桥工程实例对斜拉桥拉索在运营期间的养护提出几点建议，以供参考。

一、加强定期检测

定期对拉索索力进行检测。如果拉索索力与竣工索力相比变化值大于10%或安全系数小于2.5，应查明原因予调整索力或更换拉索。

定期对主塔变形和沉降及主梁线形和挠度进行观测。如果主塔倾斜度超过H/3000或30mm，或主梁挠度超过L/400，应进行分析或特殊检测，并制定调整方案。

定期对拉索钢丝锈蚀、断裂情况进行无损探伤检测。如果断丝超过2%或钢丝锈蚀面积超过10%，应予更换拉索。

定期对拉索护套、护筒、减震系统、锚具进行检查。检查护套是否老化开裂破损，及时进行修复，必要时做全面重新包裹处理。检查锚头是否渗水、锈蚀、开裂，锚板是否变形、断丝，锚垫板是否滑移及周边混凝土是否开裂等情况，定期更换锚具防护油脂，及时处理渗水。定期更换钢护筒与套管连接处的防水垫圈及阻尼垫圈，作好搭接处的防水处理。

定期对斜拉索的振动进行观测。观察斜拉索振动是否明显（特别是在大风、下雨时），减振措施（两端阻尼减振器）是否损坏失效。

定期对主梁进行外观检查。掌握混凝土开裂、渗水等情况，及时进行修复加固。如果混凝土裂缝超过规范或设计值时，分析原因，必要时进行特殊检测，查明原因后采取加固处理或索力调整等对策进行改善。

二、建立健康监测系统

人工定期检测虽然能对桥梁部分构件某个时间节点的健康状况做出较为客观的评价，但不能全面实时地反映整座桥梁的整体健康状态，尤其无法对桥梁突发事件实现实时监测，因此对于大型斜拉桥建立健康监测系统很有必要。

6结束语

当前斜拉桥拉索的安全问题已经成为斜拉桥发展与营运过程中面临的严峻课题，且国内斜拉桥进入换索周期，如何加强拉索的日常养护和健康监测具有重要的意义。

参考文献

[1]《公路斜拉桥设计细则》JTG/TD65-01-2007北京：人民交通出版社，2007

[2]《城市桥梁养护技术规范》CJJ99-2003北京：中国建筑工业出版社，2003

[3]陈明宪《斜拉桥建造技术》北京：人民交通出版社，2003

[4]王文涛《斜拉桥换索工程》北京：人民交通出版社，2006

[5]成永强《斜拉桥换索安全分析》同济大学，2008