[摘 要] 斜拉橋雖具有跨越能力大、結(jié)構(gòu)型式簡(jiǎn)潔、受力明確、空氣動(dòng)力穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)輕巧美觀等優(yōu)點(diǎn)，但拉索腐蝕退化和疲勞抗力衰減已經(jīng)成為影響橋梁結(jié)構(gòu)使用壽命、嚴(yán)重威脅橋梁結(jié)構(gòu)服役安全的最主要因素之一。將斜拉橋中斜拉索的病害進(jìn)行治理，對(duì)避免重大安全事故的發(fā)生及減少全壽命周期內(nèi)橋梁的總成本具有重要的科學(xué)意義和工程意義。

　　[關(guān)鍵詞] 斜拉索 ; 病害; 構(gòu)成

　　[Abstract]: Cable-stayed bridge has large spanning capacity, simple structure type, the force is clear, aerodynamic stability, lightweight structure, aesthetic advantages, but the cable corrosion degradation and attenuation of fatigue resistance has become one of the most important factor for a bridge structure service life, a serious threat to the bridge structure serving the safety. Cable-stayed bridge in the diseases control, to avoid the occurrence of major accidents and to reduce the bridge across the life cycle cost has important scientific significance and engineering significance.

　　[Key words: cable-stayed; disease; constitute

　　中圖分類號(hào)：U448.27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

　　斜拉橋是一種由索、塔、梁三種基本結(jié)構(gòu)組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系，具有自重輕，跨越能力強(qiáng)，施工便捷，墩臺(tái)少，防洪、通航性能好;剛度大、伸縮縫少，行車平順舒適;抗風(fēng)能力強(qiáng);造型美觀、雄偉、挺拔等優(yōu)點(diǎn)，是跨越大江大河的首選橋型之一，迄今為止，我國(guó)己建成各類斜拉橋一百余座。拉索是斜拉橋上的主要承力構(gòu)件，擔(dān)負(fù)著將主梁荷載傳遞到橋塔上的任務(wù)。由于拉索結(jié)構(gòu)十分纖細(xì)，這使其成為斜拉橋結(jié)構(gòu)體系中對(duì)病害最敏感的構(gòu)件。在迄今發(fā)現(xiàn)的斜拉橋病害中，出現(xiàn)在拉索的病害占了絕大部分。這些病害導(dǎo)致拉索力學(xué)性能退化，耐久性降低。

　　一、斜拉索的損傷

　　斜拉索損傷主要有腐蝕損傷以及疲勞性能損傷：

　　1、腐蝕損傷

　　拉索的腐蝕主要是由于鋼索與周圍介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)作用，造成氧化還原反應(yīng)所致。在拉索鋼材中的合金元素、滲碳體及其它雜質(zhì)往往構(gòu)成陰極，鐵元素構(gòu)成陽極，當(dāng)拉索表面凝結(jié)和吸附水汽而形成水膜時(shí)，就構(gòu)成無數(shù)微電池，拉索就會(huì)被腐蝕?？諝庵械难?、二氧化硫、二氧化碳及氯離子等還會(huì)不斷地溶解到水膜中去，促進(jìn)鐵元素的電離，加快鋼索腐蝕速度。類似金屬腐蝕，斜拉索腐蝕形態(tài)可分為兩大類，即全面腐蝕和局部腐蝕。全面腐蝕常稱為均勻腐蝕;局部腐蝕可分為點(diǎn)蝕、磨損腐蝕、應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞等。

　　要防止鋼索腐蝕，就要防止鋼索與腐蝕介質(zhì)接觸，因而鋼索防護(hù)的一個(gè)重要原則就是將它與大氣隔離。斜拉橋拉索常見防護(hù)措施大致有以下幾種：(1)全封閉索防護(hù);(2)單根鋼絲鍍鋅防護(hù);(3)單根鋼絲鍍鋁防護(hù);(4)化學(xué)涂層法;(5)套管壓漿法;(6)直接擠壓護(hù)套法。目前國(guó)內(nèi)外大量采用熱擠塑高密度聚乙烯(HDPE)護(hù)套加聚氨酯(PU)彩色護(hù)套的擠包護(hù)層扭絞型拉索。

　　2、斜拉索的力學(xué)性能與疲勞性能損傷

　　斜拉索包括拉索和錨具兩大部分。拉索承受拉力，錨具用來錨固拉索傳遞的索力。目前鋼拉索主要有如下幾種形式：鎖合式螺管索;螺旋鋼絞線索;平行鋼絲索;平行鋼絞線索。

　　斜拉索兩端配裝合適的錨具后才成為可以承受拉力的拉索。良好的錨具可保證拉索的靜載性能不受影響，但拉索的動(dòng)載性能卻不可避免地要稍低于索中單絲的性能。通用錨具種類有如下幾種形式：鐓頭錨;冷鑄鐓頭錨;熱鑄錨;夾片群錨。前三種錨具都事先安裝固定在拉索上，張拉時(shí)千斤頂張拉錨具，稱拉錨式錨具;配裝夾片群錨的拉索，張拉時(shí)千斤頂直接拉鋼索，張拉結(jié)束后錨具才發(fā)揮作用，所以夾片群錨又稱拉絲式錨具。

　　斜拉索所用高強(qiáng)鋼絲或鋼絞線與錨固體系的疲勞性能一般是通過疲勞試驗(yàn)來評(píng)估的。以往認(rèn)為斜拉索錨具處的疲勞破壞是斜拉索疲勞破壞的最主要結(jié)構(gòu)部位，調(diào)查測(cè)試和工程實(shí)踐證明，由于在長(zhǎng)拉索自由長(zhǎng)度內(nèi)鋼絲和鋼絞線缺陷的增加，使在自由長(zhǎng)度內(nèi)破壞的可能性也增加了。單根鋼絲或鋼絞線試驗(yàn)是確定鋼絲及鋼絞線疲勞性能的簡(jiǎn)易方法。由于鋼索自由長(zhǎng)度內(nèi)的破壞影響到鋼絲和鋼絞線的疲勞性能，所以還需要建立單根鋼絲或鋼絞線試件疲勞性能與長(zhǎng)拉索自由長(zhǎng)度部分疲勞破壞之間的關(guān)系。

　　二、斜拉索的病害

　　1、索體病害

　　根據(jù)調(diào)研，護(hù)套和高強(qiáng)鋼絲均容易發(fā)生病害，此外，某些填充劑也可能導(dǎo)致嚴(yán)重的索體病害。

　　護(hù)套的損傷形式主要受制作材料以及環(huán)境影響。國(guó)內(nèi)拉索護(hù)套多采用HDPE，其病害為開裂，具體表現(xiàn)形式包括龜裂、劃痕、刮痕、裂縫等。

　　護(hù)套開裂可能源于以下原因：

　　(1)拉索在制作過程中受到初始損傷而開裂;

　　(2)在卷盤運(yùn)輸過程中，位于內(nèi)圈的拉索護(hù)套由于卷繞的直徑較小，始終保持較高應(yīng)變，導(dǎo)致應(yīng)力開裂。

　　(3)在施工過程中，施工方由于操作失誤或重視程度不足，在成品索搬運(yùn)及安裝過程中未采取必要的保護(hù)措施，導(dǎo)致護(hù)套損傷。

　　(4)在對(duì)拉索進(jìn)行病害檢查時(shí)，沿拉索移動(dòng)的檢測(cè)小車難免會(huì)與護(hù)套發(fā)生接觸，在摩擦擠壓過程中導(dǎo)致護(hù)套損傷;

　　(5)由于HDPE老化，護(hù)套延伸率降低，最終開裂;

　　(6)采用PE十PU雙層護(hù)套的拉索，由于兩種材料的熱膨脹系數(shù)不同，且兩層護(hù)套間的粘結(jié)力較弱，使護(hù)套從兩層材料的交界位置剝裂;

　　(7)修補(bǔ)破損護(hù)套時(shí)必須加熱破口附近的護(hù)套。補(bǔ)好后，HDPE冷卻收縮，在護(hù)套上產(chǎn)生附加拉應(yīng)力，導(dǎo)致不久護(hù)套再次破損。

　　2、拉索錨頭病害

　　已知的錨頭病害包括銹蝕、開裂和變形。

　　銹蝕是錨頭最常見的病害，通常出現(xiàn)在錨杯外螺紋等易于積水積塵的部位。如拉索錨杯未設(shè)置端蓋或端蓋密封不嚴(yán)，則可能導(dǎo)致內(nèi)螺紋、錨板甚至鋼絲鐓頭銹蝕。

　　OVM錨具通常采用工地填充灌注膠等柔性填充劑的方式進(jìn)行錨內(nèi)防腐，防腐效果受材料及施工質(zhì)量控制，但由于這種錨具在國(guó)內(nèi)應(yīng)用時(shí)間還較短，因此這種防蝕措施的效果還有待進(jìn)一步觀察。

　　錨頭變形主要發(fā)生在拉索出廠前的超張拉檢驗(yàn)過程中，典型現(xiàn)象是錨板回縮。

　　3、其它相關(guān)構(gòu)件病害

　　拉索系統(tǒng)其它設(shè)施中的常見病害包括下錨箱滲水、錨箱銹蝕等。

　　下錨箱滲(積)水屬于拉索系統(tǒng)常見病害，滲水來源于梁體導(dǎo)管與索體間空隙中的積水。滲水量受降雨持續(xù)時(shí)間和降雨強(qiáng)度影響，由此判斷積水源于索面(橋面)雨水，是導(dǎo)管口與拉索護(hù)套間密封失效造成的。

　　錨箱銹蝕是另一種常見病害，錨箱滲水、防蝕涂裝失效是發(fā)生這種病害的主要原因。

　　下錨箱前端焊接的鋼導(dǎo)管在焊趾處開裂。這種病害是由于拉索在振動(dòng)過程中反復(fù)碰撞鋼導(dǎo)管造成的，更換導(dǎo)管并安裝減震器后這種病害未再發(fā)生。某些橋梁拉索上還安裝有避雷針、裝飾用燈具等附件，這些設(shè)施也可能出現(xiàn)各種形式的損壞，因其不危害拉索的正常使用功能，對(duì)這些病害不再贅述。

　　4、拉索系統(tǒng)致命性病害總結(jié)

　　拉索系統(tǒng)病害中，鋼絲銹蝕和開裂具有出現(xiàn)頻率高，檢測(cè)困難，降低拉索承載力，無法修復(fù)的特點(diǎn)，對(duì)拉索的危害性最大。而鋼絲銹蝕是決定拉索極限承載力和剩余使用壽命的最致命性因素。

　　拉索的其它病害中，僅錨頭開裂對(duì)拉索承載力有較大影響，但這種病害極為罕見。鑒于錨頭開裂病害發(fā)生概率小，容易檢測(cè)，且損傷演化速度比鋼絲慢，認(rèn)為錨頭開裂對(duì)拉索壽命的影響可以忽略。

　　護(hù)套開裂不會(huì)直接降低拉索的承載力，但關(guān)系到索體鋼絲的銹蝕起始時(shí)間，間接對(duì)拉索承載力產(chǎn)生影響。護(hù)套開裂可在橋面通過望遠(yuǎn)鏡檢測(cè)，且護(hù)套開裂可通過加熱修復(fù)，因此危害性比鋼絲病害小。

　　三、結(jié)語

　　研究斜拉索全壽命服役期內(nèi)的腐蝕、力學(xué)性能和疲勞性能，發(fā)展基于斜拉索健康監(jiān)測(cè)技術(shù)的拉索安全評(píng)定、服役壽命預(yù)測(cè)和全壽命設(shè)計(jì)方法，通過定性分析斜拉橋基于壽命的可靠度，可以更好的避免重大安全事故的發(fā)生及減少全壽命周期內(nèi)橋梁的總成本。