鋼橋面板疲勞裂紋與維修對策

陳江　范厚彬　張繼東　俞登華

摘 要：鋼橋面板多使用于懸索橋或斜拉橋等長大橋梁，在使用過程中橋面板（尤其焊接部分）較易產生疲勞裂紋。文章從鋼橋面板的疲勞裂紋類型、相應維修方法、檢測技術和橋面鋪裝等方面全面介紹了日本相關的經驗及最新技術，為中國今后鋼橋面養護提供參考。

關鍵詞：鋼橋面；疲勞裂縫；維修；日本經驗技術

中圖分類號：TU47 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）04-0168-02

Abstract： Steel bridge panels are mostly used in long bridges such as suspension bridges or cable-stayed bridges. In the process of the use of it， the deck slab （especially the welded part） is easy to produce fatigue cracks. This paper introduces the relevant experience and the latest technology in Japan in the aspects of fatigue crack type， corresponding maintenance method， inspection technology and deck pavement of steel bridge slab， which provides reference for the maintenance of steel bridge deck in China in the future.

Keywords： steel bridge deck； fatigue crack； maintenance； Japanese experience and technology

鋼橋面板多使用于懸索橋或斜拉橋等長大橋梁，而此類大橋由于超載車輛通行產生的集中應力，造成橋面板變形，尤其焊接部分較易產生疲勞開裂。根據鋼橋板的疲勞開裂大致可分為四大類。根據開裂的部位和狀況，不同的開裂原因及進展情況也各不相同，需要針對不同情況進行相應合理的維修處置。其次，鋼橋面板的鋪裝較混凝土橋面板而言，在選材及施工管理上、鋪裝工藝及施工過程中品質管理的水平不一，直接影響橋體品質。本報告針對鋼橋板的這兩項課題，介紹相關日本經驗及最新技術，為中國今后鋼橋面維修提供參考。

1 疲勞裂紋損傷及其對策

鋼橋面板的疲勞裂紋共四大類：U肋與橋面板焊接部分，U肋對焊部分，豎向加勁肋與橋面板焊接部分，U肋與橫隔板交接部分。圖1中的4張照片為實際開裂情況及應急處理：照片A為沿U肋和橋面板焊接處產生的裂縫，裂縫從①開裂到②，之后向U肋的母體方向延伸；照片B為U肋和隔板焊接處產生的裂縫；照片C為對裂縫處進行刨削打磨處理后的照片；照片D為對延伸到母體的裂縫打直徑為25mm的止裂孔，綠色線條是使用磁粉探測法檢測出的裂縫。諸如此類的損傷，需及時采取相應的緊急處理以防止損傷進一步惡化。

針對開裂損傷，采取應急處理后，需重新制定相應的修補計劃，進而實施徹底的維修或加固施工。

目前，主要的施工法有：在橋面實施鋼纖維加固水泥（SFRC）鋪裝；在焊接面追加加固板并將U肋內部填充砂漿；更換開裂部位，重新焊接等。針對實際工況，選擇適合的施工法尤為重要。鋼纖維混凝土（SFRC）鋪裝施工可提高路面強度，對裂縫產生起到預防減少的作用。但施工本身需要對道路進行長期大規模限行，在撤除此鋪裝時，后期研磨清掃及粘結劑的涂抹也都有較高的品質要求。此外追加焊接方向多在上方，對焊接工的技術要求十分高。即便是熟練工，也必須進行考試，確認施工精度是否達標。

2 鋼橋面板疲勞裂紋檢測技術

鋼橋面板使用U肋時，會由U肋內部的焊接縫開始，產生貫穿橋面板的裂縫，如圖2。這類開裂通常較難發現，長期放置不僅會損害鋪裝層的耐久性，也會在路面產生坑塘，造成交通安全隱患。

針對這樣的損傷，我們開發了渦流探測技術，可從路面直接探測鋪裝層厚度在100mm內的裂縫。渦流探測儀的工作原理是通過電磁感應使金屬等導體產生感應電流，當有裂縫時電流值會改變，通過電流變化檢測出有否裂縫。渦流探測檢測車上設有4塊激發線圈，以時速3m/分行走，可檢測長度大于100mm以上的裂縫。不足之處是此檢測車雖可檢測到裂縫的方位，但無法直接確定裂縫形狀等詳細信息。此時則會使用相控陣技術（PhasedArray）從鋼橋板下側對裂縫進行更詳盡的檢測。

3 鋼橋面板鋪裝耐久性

鋼橋板較RC橋板有更大的彈性變形，在鋪裝選材、構成，以及施工品質上均有較高要求。本段介紹鋼橋板鋪裝及施工要點。

圖3為鋪裝層示意圖Ⅰ和Ⅱ。示意圖Ⅰ中的基層采用了變形追隨性及水密性較高的澆筑瀝青，此基層可省略涂覆防水層。缺點在于需要使用專用的澆筑式瀝青運輸車，確保瀝青均勻攪拌并且溫度可維持在220～260℃之間。示意圖Ⅱ中的基層則采用高彈性改性瀝青，為改性瀝青鋪裝或SMA鋪裝。此類鋪裝有較強的耐流動性和耐磨損性。在日本的瀝青彎曲試驗中，針對固態瀝青進行折彎試驗。由最大應力和彎曲量測算出“彎曲工作量”，此項指標視同柔軟性，即試驗表明高彈性改性瀝青具有良好的柔軟性。同樣，車轍試驗測定出的DS值也表明，高彈性改性瀝青較普通改性瀝青具有更全面、強化的性能，更適用于彈性變形較大的鋼橋板鋪裝。

目前，Ⅰ型鋪裝用于南京長江第四大橋，Ⅱ型鋪裝用于上海奉浦大道金匯港大橋，兩種鋪裝均已用于中國的橋梁建設，使用狀況均良好、正常。

在鋪裝施工方面，首先需將鋼橋板上的銹斑研磨清除干凈，并且在清除后4小時內完成粘結層的涂覆。Ⅱ型鋪裝則需要加涂防水層。粘結劑分環氧樹脂類和橡膠瀝青類兩類。環氧樹脂類雖與橋板的粘結度高，但與瀝青的粘合度不夠，考慮到鋼橋板、粘結層、鋪裝層間的互溶性及粘結劑本身的柔軟性，橡膠瀝青粘結劑更佳。

4 結束語

鋼橋面板具有自重輕，承載力高的特性，尤為適合長大橋的梁體結構。然而伴隨橋梁變形的疲勞損傷不可小覷，在養護管理、鋪裝選材、施工的各個階段也需要充分重視和討論。

本文就逐年增多的橋梁鋼橋板的疲勞損壞進行探討，介紹了日本的損壞類型、維修方法及新型的檢測技術。歸納了鋼橋板的鋪裝類型和特性，就鋪裝的不同材料和構成介紹了2種高性能鋪裝。并對橡膠瀝青型粘結劑的特點和選用提出了相關意見。

希望文中所述的技術和材料，可以在中國今后的橋梁建設和養護過程中得到廣泛運用。

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