在役老懸索橋主纜的檢查與評(píng)估狀況介紹

1、在役老懸索橋主纜的檢查與評(píng)估狀況介紹.、八、一前言這座懸索橋總長(zhǎng) 914.4 米，主跨 455.7 米，邊跨 228.6 米， 共 2 根主纜，每根主纜由 6080 根鍍鋅鋼絲組成。緊纜后主纜的 直徑為425mm主纜長(zhǎng)度約為1000米。主纜的架設(shè)開(kāi)始于1929 年 12 月 2 日，架設(shè)工期近 3個(gè)半月，在索夾安裝之前，清潔主 纜表面，并涂裝紅鉛底漆。索夾安裝后，其接縫采用含紅鉛的填 充材料進(jìn)行密封。 所有鋼結(jié)構(gòu)完成后， 兩個(gè)索夾之間的主纜表面 用紅鉛膩?zhàn)犹羁p，并采用鍍鋅軟鋼絲進(jìn)行纏繞 , 纏繞后主纜整體 采用三層鉛及油性涂料進(jìn)行涂裝。二、檢查及評(píng)估過(guò)程介紹該懸索橋 1930 年建成， 196

2、9 年進(jìn)行第一次開(kāi)纜檢查。到 了 2003年為止，全部檢查可分為 4 個(gè)階段：第一次開(kāi)纜檢查、 小范圍的詳細(xì)開(kāi)纜檢查、 大范圍的深入檢查、 采取防腐措施后檢 查。（一）初步開(kāi)纜檢查（ 1969 年到 1986 年）鑒于以上情況， 決定在主跨跨中位置一側(cè)主纜， 打開(kāi) 2 米長(zhǎng) 度范圍內(nèi)的纏繞鋼絲， 打開(kāi)纏繞鋼絲后先檢查主纜表面狀況， 選 取了主纜上面、下面及兩個(gè)側(cè)面 4 個(gè)均布于主纜圓周的點(diǎn)，打 入木楔子以楔開(kāi)主纜進(jìn)行內(nèi)部的深度檢查， 木楔子的楔入深度為 50mm到75mm結(jié)果顯示，4個(gè)位置都存在白銹，其中 3個(gè)位置 存在棕色銹蝕，但是內(nèi)部沒(méi)有發(fā)現(xiàn)斷絲的情況，檢查發(fā)現(xiàn)，銹蝕 主要集中在圓周的 2

3、 點(diǎn)鐘方向和 9 點(diǎn)鐘方向，此位置銹蝕最嚴(yán)重 的鋼絲已經(jīng)完全發(fā)黑。 檢查中也發(fā)現(xiàn)主纜外表面的紅鉛涂層已經(jīng) 干裂、脆化，很容易脫離鋼絲表面。在完成以上檢查后， 對(duì)該階段主纜進(jìn)行重新纏繞， 但在纏繞 過(guò)程中，在纜圓周 4 點(diǎn)鐘方向的一根外層主纜鋼絲發(fā)生斷裂。 通 過(guò)進(jìn)一步檢查鋼絲斷口， 發(fā)現(xiàn)斷口鋼絲截面的 50%出現(xiàn)黑色銹蝕， 另一半 50%的截面潔凈，并且呈脆斷狀態(tài) , 鋼絲的黑色銹蝕的表 面面向主纜截面的中心。 為了進(jìn)一步掌握此處鋼絲的情況， 沿著 主纜圓周方向的其他 5 個(gè)位置各取了 1.7 米長(zhǎng)度的鋼絲， 在實(shí)驗(yàn) 室進(jìn)一步的觀察分析。 在以上檢查中發(fā)現(xiàn)在主纜纏繞鋼絲以后的 涂層上有沿著圓周

4、方向的開(kāi)裂。（二）小范圍的詳細(xì)開(kāi)纜檢查（ 1987 年-1989 年） 1987年到 1989年檢查首先選取了 5 個(gè)無(wú)索夾區(qū)的位置，選 取不等的長(zhǎng)度 （長(zhǎng)度均不小于 2 米）進(jìn)行去除纏繞鋼絲后的主纜 檢查。檢查方法與前面相同，但楔子的楔入深度增加到為60150mm另外，選取了 2個(gè)索夾區(qū)的位置，拆掉吊索和索夾，進(jìn) 行主纜狀況的檢查。 本次檢查結(jié)果表明， 最嚴(yán)重的鋼絲腐蝕和劣 化發(fā)生在主纜圓周的下半部分。 在該部位， 許多內(nèi)層鋼絲也發(fā)現(xiàn) 了銹蝕。在主纜的底部，內(nèi)層鋼絲銹蝕導(dǎo)致的直徑損失達(dá)到 0.38mm而可以測(cè)量到的主纜鋼絲的平均直徑損失為0.13mm鋼絲表面最大的凹坑深度達(dá)到0.76mm鋼絲

5、的銹蝕既有鍍鋅表 面的微小氧化， 也有伴隨著黑色銹蝕物銹蝕凹坑， 銹蝕凹坑導(dǎo)致 了主纜鋼絲的有效截面的損失。 在主纜內(nèi)部和表面都有鋼絲斷絲 現(xiàn)象，但斷絲均發(fā)生在主纜木楔楔入或者重新纏繞鋼絲的作業(yè)過(guò) 程。通過(guò)對(duì)鋼絲斷口的研究，發(fā)現(xiàn)斷口均有應(yīng)力腐蝕的特征， 此次銹蝕的位置特征也同第一次打開(kāi)發(fā)現(xiàn)的銹蝕一樣， 主要 集中在主纜的下半部分的鋼絲的上半個(gè)表面。 說(shuō)明在主纜的下半 部分，鋼絲之間滯留了大量的濕氣和水分。 從主纜上拿下的斷裂 鋼絲的斷口組織分析表明， 斷裂失效主要為應(yīng)力腐蝕斷裂。 通過(guò) 對(duì)銹蝕樣品的分析， 發(fā)現(xiàn)存在大量的硝酸鹽， 硝酸鹽可能會(huì)加劇 主纜鋼絲的銹蝕， 因此， 對(duì)主纜涂裝材料的選型

6、中需要注意硝酸 鹽的含量。(三)安全系數(shù)的評(píng)估、 防腐措施應(yīng)用以及后期的檢查 (1998 年到 2004 年)這次評(píng)估采用比較比較保守的推算評(píng)估法，具體如下： (1) 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果， 以主纜內(nèi)部鋼絲斷裂最嚴(yán)重的節(jié)段模型檢查 出的斷裂鋼絲占主纜截面上全部鋼絲的比例計(jì)算作為全橋主纜 鋼絲的減少量。 按照以上方法計(jì)算， 本橋主纜鋼絲的理論減少量 為 222 根鋼絲； (2) 假設(shè) 222 根鋼絲在 3 個(gè)主纜節(jié)段模型中的不 同位置失效，需要再減少 444根鋼絲； (3) 主纜底部圓周最外三 層鋼絲雖然沒(méi)有全部斷裂，但鑒于其嚴(yán)重的銹蝕狀況， 被認(rèn)為 已經(jīng)全部失效，不再承擔(dān)荷載，需要去除 414 根

7、鋼絲； (4) 去除 斷裂鋼絲和主纜底部嚴(yán)重銹蝕的， 假設(shè)剩余鋼絲的最大抗拉強(qiáng)度 也從1480MPaP降到1311MPa強(qiáng)度損失了 11%根據(jù)以上預(yù)估， 該項(xiàng)目主纜的安全系數(shù)為 3.0 ，比原來(lái)的安全系數(shù)降低了 22%， 初步認(rèn)為該橋主纜在短期內(nèi)是沒(méi)有危險(xiǎn)的。 但對(duì)主纜采取了以下 修復(fù)措施：( 1)利用木楔子打開(kāi)主纜，在主纜里面盡可能多地 注入了油性防腐材料；( 2)在主纜外表面采用紅鉛涂料涂裝。采取以上修復(fù)措施后，以后每隔 5 年對(duì)主纜進(jìn)行打開(kāi)檢查， 以驗(yàn)證采取的防腐措施是否有效。 1998 年 7 月，該項(xiàng)目選取 10 個(gè)上次檢查位置附近的主纜節(jié)段， 再次打開(kāi)檢查， 檢查結(jié)果如下： (1)

8、 索夾之間的主纜沒(méi)有發(fā)生進(jìn)一步的銹蝕， 狀態(tài)較好； (2) 主纜 傾斜較大的節(jié)段主纜鋼絲處于較好的狀態(tài)； (3) 在紅鉛涂層已經(jīng) 干裂，部分剝落； (4) 此次沒(méi)有在主纜的下半部分發(fā)現(xiàn)水分或者 潮濕的現(xiàn)象； (5) 主纜上半部分比較干燥； (6) 從表面看，明顯的 腐蝕已經(jīng)得到控制， 但是由于打開(kāi)的主纜節(jié)段數(shù)量有限， 不能得 出絕對(duì)的絕論； (7) 主纜鋼絲的斷絲率并沒(méi)有明顯的增加。到了 2003 年，選取 11 個(gè)主纜階段進(jìn)行拆除纏繞鋼絲后的檢查，檢查 結(jié)論如下： (1) 上次修復(fù)中采取的防止水分滲入主纜的紅鉛涂料 涂裝的措施沒(méi)有取得預(yù)期的效果， 部分打開(kāi)的主纜中仍然發(fā)現(xiàn)有 滯留的水份； (2) 以前使用紅鉛被發(fā)現(xiàn)脆化和干裂，因此擬采用 彎曲柔性較好的富鋅漆來(lái)代替紅鉛； (3) 加入的油性防腐劑主要 集中在主纜的下半部分，發(fā)揮了預(yù)期的防腐功效。 (4) 腐蝕的速 度已經(jīng)減慢， 但采取紅鉛涂料的表面涂裝的方式?jīng)]有完全阻止水 分進(jìn)入主纜內(nèi)部。在此次檢查之后，再次加入了油性防腐材料， 并對(duì)主纜表面進(jìn)行涂裝， 以延展性和柔韌性較好的富鋅漆來(lái)代替 容易開(kāi)裂的脆性的紅鉛涂料。三、結(jié)語(yǔ)最后，結(jié)合國(guó)內(nèi)的懸索橋的情況， 筆者認(rèn)為對(duì)于主纜安全性 的評(píng)估，