火损后斜拉索运营期间的技术状况检测

杨 赓,庞俊辉

(柳州欧维姆机械股份有限公司,广西 柳州 545000)

1 概述

某桥是一座跨江的曲线型独塔双索面斜拉桥,主桥为塔梁墩固结体系,桥跨布置为50m+87m+144m+39m=320m。主塔采用曲线H型全砼塔结构,曲塔桥面以上高63.4米。斜拉索布置为扇形双索面,曲塔两侧共有12对拉索,主跨梁上索距为9米,边跨砼梁上的索距为2.0米,塔上索距为2～3米,斜拉索角度在24.4°～52.6°之间变化,见图1。斜拉索采用φ7镀锌低松弛高强钢丝制作,两端配冷铸锚头,斜拉索在塔端与梁端均采用张拉端锚具。斜拉索型号有7-163丝、7-199丝、7-241丝、7-265丝、7-337丝、7-367丝六种。最短索J1无应力索长45.84m,重2.3t；最长索J12无应力索长148.92m,重16.5t。

图1 斜拉索示意图

其中A2#为LZM7-163冷铸锚,索长75.668m,对应索径为Ø158mm。由于人为因素,塔端预埋管口位置发生失火事故,导致斜拉索PE损伤严重。为保护该桥的安全运营,避免斜拉索损伤带来的安全性、耐久性方面的隐患,对该桥A2#斜拉索索力,锈蚀,断丝等相关构件进行的专项检测,根据检测结果对斜拉索受损程度进行了失效分析与估算,据此评估斜拉索的耐久性与安全。为斜拉索后期的维修提供依据。

2 斜拉索表观检测

2.1 A2#斜拉索PE护套表观状况全面检测

2.1.1 A2#斜拉索自由段(烧伤段)护套表观状况检查及断丝、锈蚀状况

A2#斜拉索自由段(烧伤段)护套上预埋管处外PE有烧伤痕迹,烧损部位PE损伤严重,钢丝大面积裸露；部份钢丝表面已经出现点蚀麻坑。

图2 斜拉索烧损状况

2.1.2 A2#斜拉索自由段(非烧伤段)护套表观状况检查及断丝、锈蚀状况

利用爬索机器人对A2#斜拉索PE护套表观及断丝、锈蚀状况进行全面检测,通过检测发发现拉索PE发现不同程度的损伤：

(1)桥面防水罩密封胶老化、脱落；

(2)斜拉索PE护套表面有密集的网状裂纹,局部有不同程度的划痕损伤及凸起开裂现象；

结果见下列组图：

图3 斜拉索局部状况

序号检查项目数量(处)1索体局部损伤202索体大面积划痕损伤63索体局部横向开裂14索体局部竖向开裂15局部划痕损伤56索体局部变形凸起1

2.2 A2#斜拉索上、下锚头表观状况检查

对防水罩、预埋管等桥面及梁底可操作部位进行开窗检查,重点进行检查。检查结果如下：

(1)塔内上锚头工作状态良好,经过重新防腐,油漆正常；锚杯内环氧砂浆密实,钢丝镦头处有部分环氧砂浆脱落；

(2)下锚头保护罩及垫板出现锈蚀,垫板表面有油污。

图4 上下锚头表观检测

2.3 斜拉索表观病害分析

(1)A2#斜拉索靠近主塔处索体PE护套严重破损,钢丝在长期受到雨水及空气温湿度侵蚀,在高应力状态下极易发生应力腐蚀,应力腐蚀是危害极大的一种失效形式,极小的损伤都会为为应力腐蚀提供必要条件,造成斜拉索锈蚀,甚至锈断,发生安全事故。

(2)由于有PE的大面积损坏,导致索体处在一个开放的环境中,索体通长都有可能在潮湿的环境中锈蚀,钢丝出现的点蚀麻坑,体积上锈蚀也导致有效截面减少,钢丝应力增大,长此以往也容易造成由于应力过大而导致的断丝危险。

3 钢丝锈蚀检测

3.1 A2#斜拉索PE护套开窗检查

对PE护套有严重开裂病害的斜拉索,进行PE护套的开窗检查,检查内部钢丝锈蚀断丝情况,结果如下：

(1)斜拉索缠包带良好,无断裂、无水渍；

(2)钢丝光滑整齐,无断丝；钢丝表面有白色氧化物,俗称白锈。

图 5钢丝光滑整齐,无断丝,有白锈

3.2 斜拉索自由段钢丝锈蚀、断丝检测

在爬索机器人检测PE表观时,搭载励磁检测设备根据电磁检测的原理检测钢丝锈蚀、断丝,根据斜拉高丝强度值,检测到的数据有一定轻微的异常波动,并未出现大幅度缺陷的类正弦波波形,所以初步得出结论：A2#斜拉索索体(非烧伤段)局部有轻微锈蚀的迹象,但未表现出有严重锈蚀、断丝等缺陷的迹象,内部钢丝完好状况基本良好。

图6 斜拉索高丝强度值

3.3 斜拉索锈蚀病害分析

根据检测结果,上部PE火灾损坏,及PE多处开裂是斜拉索梁端开窗检测出现白锈的主因,钢丝主要的保护屏障已经失效。从而导致环境中的湿气及雨水极易腐蚀斜拉索钢丝。

斜拉索内部钢丝锈蚀后,在高应力、运营疲劳荷载组合作用下,其后续腐蚀速度会逐渐加剧,降低其疲劳强度、缩短使用寿命[1-3]。

4 索力检测

4.1 斜拉索索力测试结果

采用振动频率法,事先在索力动测仪中输入提供的比例系数K。依次在每根斜拉索上绑好加速度拾振器采集得到吊索的振动信号,利用索力动测仪对振动信号进行频谱分析可得到拉索的基频和斜拉索的索力值。实测索力如下表：

表2 某桥A1、A2、A3、A＇1、A＇2、A＇3#斜拉索索力汇总

4.2 索力分析

由索力一年的对比分析可知：

(1)2015年A1、A2、A3#斜拉索南北侧索力值与2014年A1、A2、A3#斜拉索南北侧索力值最大偏差为3%,表明A1、A2、A3#斜拉索在一年的运营时间里面,运营状况恒定,没有发生明显变化索；

(2)2015年A1、A2、A3#南北两侧斜拉索索力值最大偏差为3%,说明斜拉索对称性较好；

在活载下靠近主塔拉索火损与无损情况下主梁线形几乎一致,说明靠近主塔处拉索过火对主梁线形影响非常小[4],以检测结果看,近两年索力变化不大。

5 安全性分析

某桥A2#斜拉索上锚头工作状态良好,上锚头喷漆防腐良好,锚杯内环氧砂浆密实,镦头表面砂浆有少许脱落,下锚头有渗水及油污现像。过火的斜拉索索力对称性较好,索力值未发生明显变化。

由于上预埋管管口PE受损及及自由段PE多处破裂,就斜拉索钢丝而言,长期处于南方多雨潮湿的环境中,由于斜拉索存在由白锈向点腐蚀发展的趋势,同时在冷热、干湿交替的状态下,必将促使应力腐蚀的加速形成,而高强钢丝的应力腐蚀敏感性较高,易发生应力腐蚀断裂。

6 结论

(1)索力的检测是斜拉索的日常检测手段,但是当斜拉索发生局部损伤后如应力腐蚀等病害后,对索力基本没有影响,即索力对于应力腐蚀是不敏感的,所以应在进行索力检测的同时,密切注意检查PE护套的完好性。

(2)检测结果分析表明,所检测的A2#斜拉索索力基本符合设计要求。但内部拉索已经发生腐蚀,并且处于萌生期和点蚀发育期,有处于扩展期的趋势。

(3)对于A2#斜拉索的病害必须引起高度重视,如有继续扩大趋势,应采取换索措施。

[1]黄跃平,胥明等,拉索局部腐蚀检测与评估分析[J]《腐蚀科学与防护技术》，2006，18(2)：132-135

[2]吕战鹏,杨武,遭受应力腐蚀开裂设备的寿命预测技术[J]《腐蚀科学与防护技术》，1999，11(1)：57

[3]徐超,方海,斜拉桥斜拉索防腐保护问题分析与建议[J]《世界桥梁》,2012，40(6)：87-91

[4]张可心,孙全胜,火致拉索损伤对斜拉桥结构性能影响分析[J]《低温建筑技术》,2013，11(1)：74-76.