在役老懸索橋主纜的檢查與評估狀況介紹

1、在役老懸索橋主纜的檢查與評估狀況介紹.、八、一前言這座懸索橋總長 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主纜長度約為1000米。主纜的架設開始于1929 年 12 月 2 日，架設工期近 3個半月，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 充材料進行密封。 所有鋼結構完成后， 兩個索夾之間的主纜表面 用紅鉛膩子填縫，并采用鍍鋅軟鋼絲進行纏繞 , 纏繞后主纜整體 采用三層鉛及油性涂料進行涂裝。二、檢查及評估過程介紹該懸索橋 1930 年建成， 196

2、9 年進行第一次開纜檢查。到 了 2003年為止，全部檢查可分為 4 個階段：第一次開纜檢查、 小范圍的詳細開纜檢查、 大范圍的深入檢查、 采取防腐措施后檢 查。（一）初步開纜檢查（ 1969 年到 1986 年）鑒于以上情況， 決定在主跨跨中位置一側主纜， 打開 2 米長 度范圍內(nèi)的纏繞鋼絲， 打開纏繞鋼絲后先檢查主纜表面狀況， 選 取了主纜上面、下面及兩個側面 4 個均布于主纜圓周的點，打 入木楔子以楔開主纜進行內(nèi)部的深度檢查， 木楔子的楔入深度為 50mm到75mm結果顯示，4個位置都存在白銹，其中 3個位置 存在棕色銹蝕，但是內(nèi)部沒有發(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、 點鐘方向和 9 點鐘方向，此位置銹蝕最嚴重 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， 對該階段主纜進行重新纏繞， 但在纏繞 過程中，在纜圓周 4 點鐘方向的一根外層主纜鋼絲發(fā)生斷裂。 通 過進一步檢查鋼絲斷口， 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。 為了進一步掌握此處鋼絲的情況， 沿著 主纜圓周方向的其他 5 個位置各取了 1.7 米長度的鋼絲， 在實驗 室進一步的觀察分析。 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、方向的開裂。（二）小范圍的詳細開纜檢查（ 1987 年-1989 年） 1987年到 1989年檢查首先選取了 5 個無索夾區(qū)的位置，選 取不等的長度 （長度均不小于 2 米）進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個索夾區(qū)的位置，拆掉吊索和索夾，進 行主纜狀況的檢查。 本次檢查結果表明， 最嚴重的鋼絲腐蝕和劣 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)層鋼絲銹蝕導致的直徑損失達到 0.38mm而可以測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 程。通過對鋼絲斷口的研究，發(fā)現(xiàn)斷口均有應力腐蝕的特征， 此次銹蝕的位置特征也同第一次打開發(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表面。 說明在主纜的下半 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， 斷裂失效主要為應力腐蝕斷裂。 通過 對銹蝕樣品的分析， 發(fā)現(xiàn)存在大量的硝酸鹽， 硝酸鹽可能會加劇 主纜鋼絲的銹蝕， 因此， 對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)的評估、 防腐措施應用以及后期的檢查 (1998 年到 2004 年)這次評估采用比較比較保守的推算評估法，具體如下： (1) 根據(jù)現(xiàn)場檢查結果， 以主纜內(nèi)部鋼絲斷裂最嚴重的節(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算作為全橋主纜 鋼絲的減少量。 按照以上方法計算， 本橋主纜鋼絲的理論減少量 為 222 根鋼絲； (2) 假設 222 根鋼絲在 3 個主纜節(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 層鋼絲雖然沒有全部斷裂，但鑒于其嚴重的銹蝕狀況， 被認為 已經(jīng)全部失效，不再承擔荷載，需要去除 414 根

7、鋼絲； (4) 去除 斷裂鋼絲和主纜底部嚴重銹蝕的， 假設剩余鋼絲的最大抗拉強度 也從1480MPaP降到1311MPa強度損失了 11%根據(jù)以上預估， 該項目主纜的安全系數(shù)為 3.0 ，比原來的安全系數(shù)降低了 22%， 初步認為該橋主纜在短期內(nèi)是沒有危險的。 但對主纜采取了以下 修復措施：( 1)利用木楔子打開主纜，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。采取以上修復措施后，以后每隔 5 年對主纜進行打開檢查， 以驗證采取的防腐措施是否有效。 1998 年 7 月，該項目選取 10 個上次檢查位置附近的主纜節(jié)段， 再次打開檢查， 檢查結果如下： (1)

8、 索夾之間的主纜沒有發(fā)生進一步的銹蝕， 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， 但是由于打開的主纜節(jié)段數(shù)量有限， 不能得 出絕對的絕論； (7) 主纜鋼絲的斷絲率并沒有明顯的增加。到了 2003 年，選取 11 個主纜階段進行拆除纏繞鋼絲后的檢查，檢查 結論如下： (1) 上次修復中采取的防止水分滲入主纜的紅鉛涂料 涂裝的措施沒有取得預期的效果， 部分打開的主纜中仍然發(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， 并對主纜表面進行涂裝， 以延展性和柔韌性較好的富鋅漆來代替 容易開裂的脆性的紅鉛涂料。三、結語最后，結合國內(nèi)的懸索橋的情況， 筆者認為對于主纜安全性 的評估，