斜拉橋運營期檢測與評估

■陸捷

（福建省交通建設工程試驗檢測有限公司，福州　350004）

斜拉橋運營期檢測與評估

■陸捷

（福建省交通建設工程試驗檢測有限公司，福州350004）

斜拉橋因其結構復雜且柔度大，在自重荷載、車輛荷載、溫度和其他環境因素的作用下，容易出現耐久性問題，為了保證其安全運營，必須要對其進行定期檢測。本文通過對魁浦大橋主橋常規定期檢查（橋面系檢查、上部結構檢查、下部結構檢查和斜拉索系統檢查）和結構定期檢查（索力檢測、橋面線性檢測、索塔檢測和混凝土強度檢測）的結果進行分析，提出了病害處治措施，確定了其技術狀況等級和工作性能，為同類型斜拉橋的檢測養護提供借鑒與參考。

斜拉橋定期檢測病害分析耐久性

0　前言

斜拉橋屬組合體系橋梁，其主要受力構件為主梁、主塔和斜拉索，塔與梁均是壓彎構件；依靠固定于索塔的斜拉索支承橋跨，拉索直接錨于主梁上，承受巨大拉力［1-2］；在各種荷載作用下，斜拉橋主梁斜拉索受力發生變化，具有幾何非線性影響大的特點，迄今耐久性問題尚未得到妥善解決［3］。當構件出現耐久性問題時，會導致嚴重事故，如：廣州海印大橋斜拉索使用6年后（1995年）一根斜拉索因鋼絲嚴重腐蝕突然墜落［4］；2002年該橋又一根斜拉索突然斷裂；1987年建成通車的陜西省三原新龍斜拉橋，2006年在北索架東側一根鋼索突然斷裂［5］。因此，需要對運營中的斜拉橋進行定期檢測，及時發現問題并實施措施，保證斜拉橋的使用狀態與工作性能良好。

1　概述

魁浦大橋主橋長510m（120+270+120m），為三跨一聯的雙塔雙索面斜拉橋，主橋上部結構梁體采用肋板式預應力混凝土梁，主塔采用“H”型鋼筋混凝土結構，南北主塔標高120m，每個主塔有17對空間拉索，梁上標準索距7.2m，邊跨壓重區索距為3.6m，斜拉索采用成品高強鋼絲斜拉索，材料為Φ7mm鍍鋅平行鋼絲。結構立面和檢測構件編號見圖1，本次檢測方向為從南至北 （即S1521福州連接線至魁岐互通）。

圖1　魁浦大橋構件編號圖

2　檢測內容與結果

由于經濟條件的限制，不可能對所有的大型斜拉橋都安裝健康監測系統，為了確保結構安全，進行定期檢測是行之有效的方法［6］。常規定期檢查以目測為主，配備照相機、裂縫測寬儀、探查工具及現場的輔助器材與設備等必要的量測儀器［7］；結構定期檢查即對斜拉橋實施定期的詳細檢測，檢測各構件與附屬設施的使用狀態與工作性能。

2.1常規定期檢查

常規定期檢查中，發現主梁和斜拉索系統中出現病害較多，其余病害皆不嚴重且可通過局部維修來解決，因此主要對主梁和斜拉索系統的病害進行介紹。

（1）主梁檢查

主梁的主要病害包括：3#墩現澆段、NM4#梁段存在施工預留孔洞未填封；梁體主縱肋、橋面板存在多處裂縫、裂縫鹽霜，露筋，蜂窩麻面等現象；翼緣板處普遍出現裂縫鹽霜現象，翼緣板邊緣處多處出現滲水、水蝕現象。

（2）斜拉索系統

逐一對上錨頭和下錨頭進行檢查，觀察錨具及鋼絲的質量。可以發現，普遍出現防腐油脂變質、錨具表面局部乳化失效，多處錨具、錨頭表面和錨板鋼絲端頭銹蝕，多處索塔錨固端錨頭處密封鋼板螺栓缺失。

斜拉索索體、減振裝置外觀質量良好，未見明顯病害，拉索鋼護套筒表面輕微銹蝕，密封圈及其他指標良好，未見明顯病害。

2.2結構定期檢查

（1）構件混凝土強度檢測

所檢主梁現齡期混凝土強度推定值均＞60MPa，均達到設計強度等級C50。

（2）橋面線性檢查

橋面線形測點沿機動車道兩側邊緣、橋梁中心線，各布設1條，共4條，縱橋向相鄰測點間距8m，每條線共65個測點，全橋共260個。

本次檢測采用獨立高程系統，設置在上游側1#點為已知高程，為10.000m，橋面實測線形見圖2、圖3，總體上，橋面對稱性良好，線型較為平順。

圖2　魁浦大橋橋面上游實測線形分析圖

圖3　魁浦大橋橋面下游實測線形分析圖

（3）主梁結構的自振頻率檢測

主梁自振特性測點布置在主梁左右幅斜拉索錨固區內，共34個測點，具體為邊跨四等分點，主跨八等分點對應橋面，本次試驗采樣頻率為100Hz，采樣時間40min。采用有限元軟件Midas/Civil，根據提供的主橋設計施工圖，建立空間桿系單元模型進行結構自振特性計算。

實測振動響應信號經試驗模態分析，得到該橋主橋豎向振動的前八階頻率和振型見表1，結果表明：結構的第一階和第二階頻率實測值和計算值的比值在1.14～1.16。根據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG/TJ21-2011）5.9.2條之規定，自振頻率評定標度為1，即橋梁上部結構的整體性能和技術狀況處于完好狀態。

表1　主梁自振頻率結果匯總表

（4）斜拉索索力檢測

利用頻率法測試斜拉索索力即通過測試拉索的自振頻率、分析其自振特性從而得到其索力［8］。本次試驗采樣頻率為80Hz，采樣時間為5min。

索力分布見圖4～圖7，檢測結果表明：各索的索力分布比較均勻，橫橋向東側和西側的實測索力對稱性較好，主塔兩側索力分布均勻，全橋沿順橋向的索力對稱性良好。

圖4　南主塔邊跨索力實測值分析圖

圖5　南主塔中跨索力實測值分析圖

圖6　北主塔邊跨索力實測值分析圖

圖7　北主塔中跨索力實測值分析圖

（5）索塔垂直度檢測

索塔垂直度測點布置在上下游中塔柱同一面任意上、下兩個點，通過測試兩點縱橋向和橫橋向相對距離及高差，計算得到索塔垂直度。索塔垂直度檢測結果見表2，檢測結果表明：實測索塔垂直度與設計索塔垂直度基本一致（索塔為等截面，縱橋向設計垂直度為0%，橫橋向為0%），索塔技術狀況處于完好狀態。

表2　索塔垂直度檢測結果匯總表

3　病害分析及防治措施

（1）斜拉橋的大跨度及其較大的柔度使混凝土主梁在設計、施工不善的情況下易于開裂，主梁混凝土開裂后會逐步影響到斜拉橋的受力與使用性能，特別是嚴重影響到主梁的耐久性能，因此應對主梁混凝土局部位置存在的裂縫、蜂窩麻面、混凝土剝離、露筋銹蝕、滲水、鹽霜等問題進行處治。

（2）斜拉索因其處于體外高應力的狀態，在荷載與振動反復作用下容易銹蝕，實踐表明斜拉索的防腐措施有待于改進，同時斜拉索與錨具連接處的銹蝕現象更為嚴重，因此錨具的防腐與斜拉索錨端處的防腐更值得重視［9］，故應對錨頭鋼絲端頭除銹補油，修補缺失的緊固螺栓，為梁下錨具除銹、重新涂抹防腐油脂，對橋面拉索護筒進行除銹防腐處理，更換套筒密封圈。

（3）由于本橋所處位置雨水較多，大橋機動車道外側鋼護欄出現銹蝕，故應對鋼護欄進行除銹、防腐涂裝。

（4）伸縮縫鋼齒板間隙雜土阻塞，影響正常使用，需清理雜物；伸縮縫梳形齒板出現坑槽及松動，影響行車安全，應及時進行修復。

（5）修復處理后，管養單位應嚴格按照《城市橋梁養護技術規范》要求，對橋梁進行日常的維護和檢查工作，確保橋梁的完好和安全運行。

4　結語

根據魁浦大橋主橋的定期檢測結果，可將魁浦大橋主橋完好狀態等級評定為：合格級，即橋梁結構完好或結構構件有損傷，但不影響橋梁安全。該橋應進行保養、小修，考慮到橋梁結構現狀已存在一些病害或缺陷，已影響結構的耐久性和正常使用，應及時采取處理措施。定期檢測是斜拉橋病害分析和診斷的重要方法，等級評定是對其進行維護的前提，斜拉橋的耐久性是長久問題，在斜拉橋的運營中必須加強檢測與養護，并及早發現問題及時修繕所出現的病害，才能維持斜拉橋的耐久性，延長使用壽命，降低長期維護費用。

［1］白寶玉.橋梁工程［M］.北京：高等教育出版社，2005.

［2］楊索.大跨預應力混凝土斜拉橋運營階段健康監測及狀態評估［D］.長沙：湖南大學，2011.

［3］Minkwan Ju，Cheolwoo Park，Gyuseon Kim.Structural Health Monitoring（SHM）for a cable stayed bridge under typhoon.KSCE Journal of Civil Engineering，2015，19（4）：1058-1068.

［4］謝玉英，海印大橋換索工程施工質量的監控［J］.中南公路工程，1997，1：21-25.

［5］徐超，方海，劉慶偉等，斜拉橋斜拉索防腐保護問題分析與建議［J］.世界橋梁，2012，6：87-91.

［6］孫 斌，朱勁松，肖汝誠.大跨度預應力混凝土斜拉橋基于定期檢測的損傷識別方法［J］.公路交通科技，2007，24（6）：71-74.

［7］中華人民共和國建設部.CJJ 99-2003.城市橋梁養護技術規范.北京：中國建筑工業出版社，2003.

［8］劉炎.大跨斜拉橋運營期結構檢測與評估［J］.城市道橋與防洪，2013，9（9）：68-70.

［9］姜軍.預應力混凝土斜拉橋檢測評估與加固技術研究［D］.成都：西南交通大學，2003.