火損后斜拉索運營期間的技術狀況檢測

楊 賡,龐俊輝

(柳州歐維姆機械股份有限公司,廣西 柳州 545000)

1 概述

某橋是一座跨江的曲線型獨塔雙索面斜拉橋,主橋為塔梁墩固結體系,橋跨布置為50m+87m+144m+39m=320m。主塔采用曲線H型全砼塔結構,曲塔橋面以上高63.4米。斜拉索布置為扇形雙索面,曲塔兩側共有12對拉索,主跨梁上索距為9米,邊跨砼梁上的索距為2.0米,塔上索距為2～3米,斜拉索角度在24.4°～52.6°之間變化,見圖1。斜拉索采用φ7鍍鋅低松弛高強鋼絲制作,兩端配冷鑄錨頭,斜拉索在塔端與梁端均采用張拉端錨具。斜拉索型號有7-163絲、7-199絲、7-241絲、7-265絲、7-337絲、7-367絲六種。最短索J1無應力索長45.84m,重2.3t；最長索J12無應力索長148.92m,重16.5t。

圖1 斜拉索示意圖

其中A2#為LZM7-163冷鑄錨,索長75.668m,對應索徑為?158mm。由于人為因素,塔端預埋管口位置發生失火事故,導致斜拉索PE損傷嚴重。為保護該橋的安全運營,避免斜拉索損傷帶來的安全性、耐久性方面的隱患,對該橋A2#斜拉索索力,銹蝕,斷絲等相關構件進行的專項檢測,根據檢測結果對斜拉索受損程度進行了失效分析與估算,據此評估斜拉索的耐久性與安全。為斜拉索后期的維修提供依據。

2 斜拉索表觀檢測

2.1 A2#斜拉索PE護套表觀狀況全面檢測

2.1.1 A2#斜拉索自由段(燒傷段)護套表觀狀況檢查及斷絲、銹蝕狀況

A2#斜拉索自由段(燒傷段)護套上預埋管處外PE有燒傷痕跡,燒損部位PE損傷嚴重,鋼絲大面積裸露；部份鋼絲表面已經出現點蝕麻坑。

圖2 斜拉索燒損狀況

2.1.2 A2#斜拉索自由段(非燒傷段)護套表觀狀況檢查及斷絲、銹蝕狀況

利用爬索機器人對A2#斜拉索PE護套表觀及斷絲、銹蝕狀況進行全面檢測,通過檢測發發現拉索PE發現不同程度的損傷：

(1)橋面防水罩密封膠老化、脫落；

(2)斜拉索PE護套表面有密集的網狀裂紋,局部有不同程度的劃痕損傷及凸起開裂現象；

結果見下列組圖：

圖3 斜拉索局部狀況

序號檢查項目數量(處)1索體局部損傷202索體大面積劃痕損傷63索體局部橫向開裂14索體局部豎向開裂15局部劃痕損傷56索體局部變形凸起1

2.2 A2#斜拉索上、下錨頭表觀狀況檢查

對防水罩、預埋管等橋面及梁底可操作部位進行開窗檢查,重點進行檢查。檢查結果如下：

(1)塔內上錨頭工作狀態良好,經過重新防腐,油漆正常；錨杯內環氧砂漿密實,鋼絲鐓頭處有部分環氧砂漿脫落；

(2)下錨頭保護罩及墊板出現銹蝕,墊板表面有油污。

圖4 上下錨頭表觀檢測

2.3 斜拉索表觀病害分析

(1)A2#斜拉索靠近主塔處索體PE護套嚴重破損,鋼絲在長期受到雨水及空氣溫濕度侵蝕,在高應力狀態下極易發生應力腐蝕,應力腐蝕是危害極大的一種失效形式,極小的損傷都會為為應力腐蝕提供必要條件,造成斜拉索銹蝕,甚至銹斷,發生安全事故。

(2)由于有PE的大面積損壞,導致索體處在一個開放的環境中,索體通長都有可能在潮濕的環境中銹蝕,鋼絲出現的點蝕麻坑,體積上銹蝕也導致有效截面減少,鋼絲應力增大,長此以往也容易造成由于應力過大而導致的斷絲危險。

3 鋼絲銹蝕檢測

3.1 A2#斜拉索PE護套開窗檢查

對PE護套有嚴重開裂病害的斜拉索,進行PE護套的開窗檢查,檢查內部鋼絲銹蝕斷絲情況,結果如下：

(1)斜拉索纏包帶良好,無斷裂、無水漬；

(2)鋼絲光滑整齊,無斷絲；鋼絲表面有白色氧化物,俗稱白銹。

圖 5鋼絲光滑整齊,無斷絲,有白銹

3.2 斜拉索自由段鋼絲銹蝕、斷絲檢測

在爬索機器人檢測PE表觀時,搭載勵磁檢測設備根據電磁檢測的原理檢測鋼絲銹蝕、斷絲,根據斜拉高絲強度值,檢測到的數據有一定輕微的異常波動,并未出現大幅度缺陷的類正弦波波形,所以初步得出結論：A2#斜拉索索體(非燒傷段)局部有輕微銹蝕的跡象,但未表現出有嚴重銹蝕、斷絲等缺陷的跡象,內部鋼絲完好狀況基本良好。

圖6 斜拉索高絲強度值

3.3 斜拉索銹蝕病害分析

根據檢測結果,上部PE火災損壞,及PE多處開裂是斜拉索梁端開窗檢測出現白銹的主因,鋼絲主要的保護屏障已經失效。從而導致環境中的濕氣及雨水極易腐蝕斜拉索鋼絲。

斜拉索內部鋼絲銹蝕后,在高應力、運營疲勞荷載組合作用下,其后續腐蝕速度會逐漸加劇,降低其疲勞強度、縮短使用壽命[1-3]。

4 索力檢測

4.1 斜拉索索力測試結果

采用振動頻率法,事先在索力動測儀中輸入提供的比例系數K。依次在每根斜拉索上綁好加速度拾振器采集得到吊索的振動信號,利用索力動測儀對振動信號進行頻譜分析可得到拉索的基頻和斜拉索的索力值。實測索力如下表：

表2 某橋A1、A2、A3、A＇1、A＇2、A＇3#斜拉索索力匯總

4.2 索力分析

由索力一年的對比分析可知：

(1)2015年A1、A2、A3#斜拉索南北側索力值與2014年A1、A2、A3#斜拉索南北側索力值最大偏差為3%,表明A1、A2、A3#斜拉索在一年的運營時間里面,運營狀況恒定,沒有發生明顯變化索；

(2)2015年A1、A2、A3#南北兩側斜拉索索力值最大偏差為3%,說明斜拉索對稱性較好；

在活載下靠近主塔拉索火損與無損情況下主梁線形幾乎一致,說明靠近主塔處拉索過火對主梁線形影響非常小[4],以檢測結果看,近兩年索力變化不大。

5 安全性分析

某橋A2#斜拉索上錨頭工作狀態良好,上錨頭噴漆防腐良好,錨杯內環氧砂漿密實,鐓頭表面砂漿有少許脫落,下錨頭有滲水及油污現像。過火的斜拉索索力對稱性較好,索力值未發生明顯變化。

由于上預埋管管口PE受損及及自由段PE多處破裂,就斜拉索鋼絲而言,長期處于南方多雨潮濕的環境中,由于斜拉索存在由白銹向點腐蝕發展的趨勢,同時在冷熱、干濕交替的狀態下,必將促使應力腐蝕的加速形成,而高強鋼絲的應力腐蝕敏感性較高,易發生應力腐蝕斷裂。

6 結論

(1)索力的檢測是斜拉索的日常檢測手段,但是當斜拉索發生局部損傷后如應力腐蝕等病害后,對索力基本沒有影響,即索力對于應力腐蝕是不敏感的,所以應在進行索力檢測的同時,密切注意檢查PE護套的完好性。

(2)檢測結果分析表明,所檢測的A2#斜拉索索力基本符合設計要求。但內部拉索已經發生腐蝕,并且處于萌生期和點蝕發育期,有處于擴展期的趨勢。

(3)對于A2#斜拉索的病害必須引起高度重視,如有繼續擴大趨勢,應采取換索措施。

[1]黃躍平,胥明等,拉索局部腐蝕檢測與評估分析[J]《腐蝕科學與防護技術》，2006，18(2)：132-135

[2]呂戰鵬,楊武,遭受應力腐蝕開裂設備的壽命預測技術[J]《腐蝕科學與防護技術》，1999，11(1)：57

[3]徐超,方海,斜拉橋斜拉索防腐保護問題分析與建議[J]《世界橋梁》,2012，40(6)：87-91

[4]張可心,孫全勝,火致拉索損傷對斜拉橋結構性能影響分析[J]《低溫建筑技術》,2013，11(1)：74-76.