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桥梁索杆内部腐蚀断丝无损检测的必要性

    桥梁索杆体系已被广泛应用于大跨度桥梁,其中包括悬索桥的吊杆,斜拉桥的斜拉索,中承、下承式拱桥的吊杆等。索杆系统作为长大跨径桥梁的主要承重结构,一旦出现损伤,将降低结构的使用性和耐久性,并且可能造成桥梁结构发生灾难性的突发破坏事故(图1),造成极为恶劣的社会影响和惨重的经济损失。国内、外断索统计表明,从国内近多座吊杆拱桥和斜拉桥索杆破坏以及拆换时间的统计数据来看,桥梁索杆的使用寿命为320年,很少超过20年,仅是桥梁设计时限的1/201/4。严重的桥索腐蚀断丝现象,大大缩短了桥梁的使用寿命,也使桥梁存在着重大安全隐患。


  


1拉吊索断裂和拉吊索桥梁跨蹋图

造成桥梁索杆系统损伤的原因很多,归纳起来可以总结为两个方面的原因:自然灾害损伤和拉吊索长期积累损伤。自然灾害损伤主要是指由于大风、洪水、地震和漂浮物撞击等引起的损伤,这些损伤主要通过必要的保护措施加以预防;而长期积累损伤则是指桥梁索杆在长期非平稳荷载的作用下,由于疲劳、腐蚀等因素而引起的点蚀、有效截面积减小及断丝等病害。尽管目前采取了多种多样的保护措施,由于工作环境恶劣仍然无法避免拉吊索由于腐蚀、疲劳导致的断裂,桥梁索杆的损伤,严重危害到桥梁的安全运营。桥梁索杆作为桥梁的主要承载部件,对保证桥梁的健康与安全具有重要意义。而桥梁索杆的锚固区又是整个索杆结构中受力情况最为恶劣的部位,随着桥梁使用时间的增长,由于风振、雨滴等微振动引起拉吊索的振动传送至拉吊索端部锚固部件,使得锚固区域的安全问题更加严重和突出。国内外均出现过由于锚固段腐蚀断裂而导致的桥梁索杆脱落进而造成换索、塌桥等重大事故,导致直接和间接经济损失巨大。如委内瑞拉的Maracibo桥,拉索涂漆层经不住风雨的侵蚀,上横梁上锚头处(锚固区)率先损坏,使得钢索在与上锚箱的接口处发生锈蚀,1979221日,有一根拉索由于腐蚀而突然断裂,从此开始了桥梁的换索工程,从192根变成了384根,耗费达千万美元。我国广州的海印桥,在1988年年底建成,1995525日发生了9号斜拉索断裂事故,后来发现15号索也有松动现象。调查表明锚固区压浆工艺未能保证拉索顶部的饱满,造成拉索锈断。为了防止事故的进一步发生,被迫进行全桥换索工程,耗资2000万元,工期半年。2011412日发生的新疆库尔勒市孔雀河大桥垮塌事故,就是因为主跨第二根吊杆锚头区域断裂导致,事故现场如图1所示。

而另一方面,2009年某大桥发现拉吊索锚头区域松动,但由于没有切实可行的桥梁索杆锚头区域检测技术,为避免不可预估风险,全桥114根拉吊索全部更换,直接费用达8000万元。国内许多座已开展了换索工程的桥梁,根据对更换下来的桥梁索杆进行破坏性检测时,却发现大部分拉吊索未实质受损,造成了不必要的浪费。

因此对桥梁索杆尤其是锚头区域进行定期检测非常必要,一方面根据检测结果对存在严重损伤的桥梁索杆进行更换,避免桥梁垮塌等重大事故的发生;另一方面对表面存在问题桥梁索杆进行复查,为结构完好的桥梁索杆继续使用提供依据,避免盲目换索造成的浪费。同时通过对桥梁索杆定期检查获得在役索体的工作状况,有助于掌握运营期的桥梁结构健康状况,及早处理施工质量中存在的一些隐患问题,减小换索发生的几率,保证桥梁的安全运营;并可以形成桥梁通车后的详细档案资料,这对桥梁日后的养护、维修、安全运营和指导具有重大意义。