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斜拉桥斜拉索体系病害分析与处理方案

时间:2020/11/30 9:14:08   作者:未知   来源:交通科技与管理   阅读:556   评论:0
内容摘要:摘要:桥梁是保证基本民生的重要工程,特别是跨海跨江等跨度大的桥梁建设,两地隔着较宽的海域或者是河流,只能通过船舶的方式进行交流,船舶连接两地的交流,不仅速度慢,不便利,而且安全性较差,随着我国建筑业的发展,跨大水域桥梁的大量建设,为沟通两地的交流与发展提供了很大的便利,在以往的斜...

摘要:桥梁是保证基本民生的重要工程,特别是跨海跨江等跨度大的桥梁建设,两地隔着较宽的海域或者是河流,只能通过船舶的方式进行交流,船舶连接两地的交流,不仅速度慢,不便利,而且安全性较差,随着我国建筑业的发展,跨大水域桥梁的大量建设,为沟通两地的交流与发展提供了很大的便利,在以往的斜拉桥的建造与使用中,存在着斜拉索体系病害的威胁,给桥梁的使用带来巨大的安全隐患。因此,本文就关于斜拉桥斜拉索体系病害的防治展开研讨,并提出相应的解决策略。

关键词:斜拉桥、斜拉索、病害、对

近年来,我国的桥梁建设工程的实施有着很大的进步,特别是一些跨大水域的桥梁建设,在我国桥梁建设事业中有着很重要的位置。跨大水域桥梁的建设一般采用的是斜拉桥形式,这种桥梁的稳定性较好,适合跨大水域的桥梁应用。其中,斜拉桥的建造中,斜拉索的应用是确保桥梁稳定性的主要工程,通过斜拉索连接桥梁主体与承重支架,能够确保跨大水域桥梁不倒塌,并且具有相当强的稳定性。目前为止,我国建造完成或者是正在施工的斜拉索桥梁有三十余座,仅次于德国和日本,现居世界第三名。但是,在斜拉桥的建造及使用中,斜拉索的危害给桥梁的安全性带来了巨大的隐患,不仅是我们国家,世界上很多建造斜拉桥的国家都面临这样的问题。最近几年,以往建造的斜拉桥使用寿命已经达到了临界值,并且在现在正在建造的斜拉桥当中,怎样更好的缓解斜拉索危害带来的不利影响,成为现在斜拉桥建造所主要思考的问题,攻克这一难关,对我国斜拉桥的建造将会是里程碑式的意义。

一、斜拉索主要病害及成因

斜拉桥的使用寿命与安全性,主要是由斜拉索决定的,但是在以往的斜拉桥建造过程中,斜拉索在建造与后期的服役中存在诸多的问题,这也就造成了斜拉桥使用寿命缩短,使用期间安全隐患大等弊端。斜拉索的安全性已经上升到斜拉桥的安全性及微观桥梁建筑安全性阶段,因此,及时的发现斜拉桥及斜拉索建造当中的问题,并予以分析解决,是当前斜拉桥建造的主要任务,同时也是我国桥梁发展进程中不可缺少的一项重要工程。

1、化学腐蚀

造成斜拉桥上斜拉索病害的一个主要原因就是化学腐蚀,斜拉索的使用材料一般是钢铁等材料,虽然有着很强的硬度以耐磨性,但是在化学腐蚀面前,钢铁材料便显得有些力不从心。斜拉索的使用寿命,世界影响着斜拉桥的使用寿命,但是斜拉索长期受到化学腐蚀,很容易该斜拉索造成严重的损伤,进而倒是斜拉桥存在安全隐患,因此,在斜拉桥及斜拉索的建设过程中,解决化学腐蚀问题至关重要[1]

斜拉索在使用期间长期裸露在自然界中,并且斜拉索的建造材料一般以钢铁为主,空气当中的氧化成分或者是自然降水当中带有的酸碱化学反应,会长期直接的腐蚀着斜拉索,进而造成斜拉索受到化学腐蚀,减少其使用寿命。

2、拉索疲劳

斜拉索在斜拉桥的应用中,主要的工作原理是受力拉扯,通过桥自身重量与桥梁承重柱的重力作用,由斜拉索进行桥梁固定。但是在斜拉桥的使用中,每天会过往大量的车辆,这些车辆产生的重力或者是共振力,会给斜拉索带来严重的损伤。斜拉索每天都要承受着桥梁的重量及过往车辆的重量,久而久之就会造成拉索疲劳现象,这个现象的发生,斜拉索的拉扯能力会大幅度下降,处于一种拉索松弛的状态。当拉索松弛了,桥梁自身的庞大身躯没有作用力进行保护,随时面临倒塌的风险。因此,拉索疲劳也是斜拉索病害当中的主要问题,。

3、钢丝断裂

钢丝断裂是由于斜拉索长期受到腐蚀以及拉索疲劳导致的直接后果,斜拉索在长期的腐蚀与拉扯下,斜拉索材料主要是钢铁材料,很容易发生断裂。斜拉索钢丝断裂会对桥体的安全性带来很大威胁,当钢丝断裂达到一定数量的时候,就可以判定为斜拉索失效,此时斜拉桥也必须进行拆除重建,不仅耗时费力,而且还存在一定的安全隐患。

4、施工及养护不当

造成斜拉索病害的另一个主要原因就是施工过程中操作不规范,以及后期保养不到位。斜拉索在施工建造过程中,施工方式存在问题,直接会印象到斜拉索的承重能力,进而会严重影响斜拉索及斜拉桥的使用寿命。后期的保养不到位,则会影响到斜拉索的抗化学腐蚀能力,长久性的保养不当,则会严重缩短斜拉索的使用寿命,进而给斜拉桥带来安全问题,见图1。

斜拉桥斜拉索体系病害分析与处理方案 

图1不锈钢护套部锈蚀

 

5、索力松弛退化

斜拉索自身是具有一定弹性的,我们称之为索力松弛,索力松弛在应对强风或者是强水流的时候,能够将力分散掉,避免由于强风、强水流等因素导致斜拉索断裂,但是随着使用年限的增加以及后期的保养不当,都会造成索力松弛,进而给整个桥梁带来安全隐患。

6、斜拉索风振失效

斜拉索的风振能力,是斜拉桥抵抗强风,台风等主要的能力,但是随着桥梁的使用时间增加以及斜拉索的不断被侵蚀等原因,会导致斜拉索的风振能力失效,这种情况直接导致斜拉桥抵抗强风的能力下降,给斜拉桥的使用带来安全隐患,这也是斜拉索病害当中的一个重要问题[2]

二、针对斜拉桥斜拉索病害的对策

这对上述的斜拉桥斜拉索在建造及使用中存在的病害,有关部门一定要予以重视,积极的寻求解决方式,以达到斜拉桥能够更持久的,更安全的投入使用。

1、加强日常检查与养护

斜拉索的使用寿命与使用中的检查与养护有着直接的关系,斜拉索表面的抗氧化涂料会随着风吹雨淋降低抗腐蚀能力,特别是对于化学腐蚀的抵抗能力,会随着使用年限的增加而降低。因此,在斜拉索桥梁建设完成后,要定期对斜拉索进行检查与养护。

斜拉索的后期使用中,定期检查斜拉索主要检查斜拉索有无断丝现行,以及斜拉索的韧性或防腐蚀涂料是否减少,在检查的过程中发现问题后要积极的进行记录并解决。斜拉索桥梁的建成后使用过程中,检查的主要环节分布在索套、减震系统、锚具和钢索。通过定期对这些环节的检查,能够有效的排除掉斜拉索、斜拉桥在使用过程中存在的隐患。同时,在我国的技术发展趋势下,我国对光纤应变检测传感技术进行了大量的研究,通过光纤应变检测传感技术能够更加快速及准确的对斜拉索等部位进行检查,能够快速排出斜拉索当中存在的险情,在日常的检测中有着重要的作用[3]。另外,对于斜拉索的保养方面,有关的工作人员要定期的斜拉索进行保养,主要是进行防腐蚀涂料及锚具的保养工作,定期的钢索保养与锚具保养,能够大幅度提高斜拉索及斜拉桥的使用年限。

2对于斜拉索外形的研究

斜拉索的外形结构对于其抗风与抗强水流有着很重要的帮助,风力,风速对于斜拉桥的稳定性有着很大的硬性,然而斜拉索主要出于风的横截面上,受到的风力最直接,因此,斜拉索的外形研究对于提高斜拉索及斜拉桥的稳定性有着至关重要的影响。

在对斜拉索的外形研究中我们发现,采用V型凹槽形式的斜拉索外形能够更好的抵抗强风,以及强降雨带来的斜拉索震动情况,雨水及强风能够顺着斜拉索上的凹槽流过及经过,能够更好的保障斜拉索的稳定性,进而保证斜拉桥的稳定性。另外,把索丝的外保护套做成带矩形的突起,也能够使斜拉索更好的抵抗强风与强降水,对于保证桥梁的正常使用有着积极的意义,见图2。

斜拉桥斜拉索体系病害分析与处理方案斜拉桥斜拉索体系病害分析与处理方案 

 

 

图2斜拉索表面平行肋条及V形凹槽

3、对于斜拉索以及防护套管新型材料的研究

以往的斜拉索材料与防护套管用材,在很大情况下很难经得起长久性的化学腐蚀,长时间的腐蚀就会造成斜拉索索丝的断裂或者是防护套管的损坏。防护套管一旦损坏,会直接威胁到斜拉索的抗腐蚀性,进而会影响整座斜拉桥的安全性。

在斜拉索的设计上,现阶段广泛采用耐腐蚀强度高、韧性强、质量轻的材料,通过改变斜拉索材料的方式,能够在很大程度上降低桥体自身的重量,进而能够减少斜拉索的负载重量,在很大程度上就会延长斜拉索的使用寿命。另外,斜拉索的材料选用新型的材料,在抗腐蚀能力上也有着突出的表现,通过两方面的优化,能够更大的延长斜拉索的使用寿命。

 

4、研究设计增加斜拉索的抗风能力

斜拉索往往处于桥梁的上端,对于风的感知能力极强,特别是强风天气,会给斜拉索的稳定性造成十分不利的影响,长期的强风影响,严重的会导致斜拉索钢丝断裂,导致整座桥梁陷入维修当中。因此,要大力研发设计增加斜拉索的抗风能力,特别是在跨度较大的斜拉桥斜拉索的设计中,可以通过在主梁或塔柱上安装阻尼器的方式降低风对桥梁的影响,减少共振给斜拉索带来的破坏,进而增加斜拉桥的使用寿命。

结语:在目前阶段,我国的斜拉桥斜拉索建造虽然处于世界领先地位,但是,在斜拉索的设计当中依旧存在诸多问题,如果这些问题得不到解决,则会直接影响桥梁的使用情况。因此,在长期的实验与研究中,通过改变斜拉索的整体空间结构与改变斜拉索保护管套材质的方式,能够更好的延长斜拉索的使用寿命。并且,在斜拉索桥梁的日常使用及维护中,相关的工作人员一定要加强检查与维护,确保斜拉桥能够更好的服务于人们的生活。

参考文献:
[1]徐超,方海,刘伟庆,等.斜拉桥斜拉索防腐保护问题分析与建议[J].世界桥梁,2018,(6).87-91.

[2]王继林,姚鹏勋.对斜拉桥换索工程的思考[J].中国水运(下半月),2018,(6)

[3]黄清.美国黑尔·博格斯桥评估、修复计划及斜拉索更换设计[J].世界桥梁,2019,(2).63-68.


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