悬索桥简介 悬索桥,因其优美的线型和出众的跨越能力,受到工程界的青睐,而改革开放以后我国开始大量的建造悬索桥,从主跨452米的汕头海湾大桥,到主跨1688米的南沙大桥坭洲水道桥,再到主跨1700米的杨泗港大桥以及规划中主跨2300米的张皋过江通道,我国建造的悬索桥跨径正在不断的被刷新记录。 图 1 张皋过江通道效果图 国内悬索桥的设计寿命一般为100年,如何保证桥在建成后的100年里屹立不到,甚至超期服役,这事关悬索桥结构的方方面面,比如主缆,吊索,主塔,索鞍,锚碇,加劲梁以及桥面系等。上述结构中,主塔,索鞍,锚碇属于永久性结构,在设计的服役期间基本不会发生损坏。吊索,桥面系和加劲梁均为可更换部件,成功更换的案例已十分常见。唯独悬索桥的主缆,其作为悬索桥的主要受力部件,起到承托梁体及桥面荷载的作用,如防腐不到位主缆内部的钢丝容易出现裂纹甚至发生锈断,由于迄今为止尚无主缆成功更换的案例,因此从某种程度上说主缆的寿命直接决定了悬索桥的整体寿命,因此主缆的防腐保护对于悬索桥来说尤为重要。 悬索桥主缆 国内大型悬索桥多为平行钢丝型主缆(个别小型悬索桥可能为钢绞线型主缆),其架设过程一般采用PPWS预制平行钢丝索股法(AS空中纺丝法在国内比较少见),即先在工厂内按照一定的规律将91或127根钢丝编成如图 3所示的正六边形结构,然后打卷成盘状以方便运输。 图 2 主缆索股编制方法示意图 图 3 主缆索股盘卷示意图 将整盘预制好的索股运往施工现场后,将索股盘放置在悬索桥其中一侧锚碇位置,使用临时架设的往复式索股拽拉系统沿着猫道上放置好的引导轮进行主缆架设,钢丝索股牵引到位后,按照预先编好的顺序将索股移入索鞍内。 图 4 悬索桥主缆架缆现场 待全部索股架设完毕后,使用紧缆机对主缆进行整圆,压实处理,使得主缆界面由原先的不规则形状变成标准的圆形且形成合理的空隙率,根据缆径的变化情况,紧缆过程可能需要反复进行几次,如图 6所示。 图 5 悬索桥主缆编缆及紧缆示意图 图 6 悬索桥紧缆过程 紧缆工作结束后就可以开始安装索夹、吊杆以及架梁等工作。 图 7 悬索桥安装索夹 图 8 悬索桥架梁 图 9 悬索桥架梁结束 缆径随着架梁工作结束将进一步变小,在对索夹螺栓进行补张拉之后,就可以开始进行主缆缠丝及防腐涂装等收尾工作。 图 10 主缆缠丝 图 11 主缆刮胶密封 图 12 主缆缠包密封 存在的问题 正如前文所述,悬索桥设计寿命100年,如何保证主缆钢丝在这100年不发生锈蚀,这是一个世界难题。国内外悬索桥开缆检查的结果显示,服役不到50年的英国福斯公路桥主缆内部出现了大量断丝。而国内早期建设的悬索桥主缆在近年的开缆检查时也发现了大量表层钢丝4级腐蚀。 图 13 国外悬索桥主缆开缆检查 图 14 国外悬索桥主缆开缆检查发现断丝情况 图 15 国外某悬索桥断丝外观形态及断面情况 图 16 美国534指南中对钢丝的分类法 经过对比分析可以得出以下规律: 1、从整座桥来看,主缆跨中最低点附近的锈蚀情况要比其他部位严重; 2、主缆表层钢丝锈蚀情况比内层钢丝要严重; 3、通车时间接近的悬索桥开缆检查对比发现,使用了底涂,不干性腻子+密封胶的桥,主缆钢丝锈蚀情况要比其他桥情况轻一些。 解决思路 回顾我国悬索桥主缆防腐体系的发展历程,可以大致划分为3个阶段: 2000年以前,我国悬索桥设计与建设还处于摸索阶段,主缆防腐主要参照欧美普遍采用的方式,即在主缆缠丝前,先用红丹或者锌腻子对主缆钢丝进行填充,腻子主要起到对主缆钢丝钝化或阴极保护的作用,然后对主缆表面进行缠丝约束主缆并为涂装提供较为平整的表面,最后处于密封与大桥景观的需要在缠丝表面进行油漆涂装。 2000年前后,国内研究院提出了专利性的主缆密封胶涂装体系(后称密封胶体系),该体系以非硫化阻蚀密封膏+缠丝+硫化性密封胶+面漆作为主要配套方案,经过汕头海湾大桥,西陵长江大桥等项目的试验性应用成功后,于2007年上升为交通部的推荐标准《悬索桥主缆系统防腐涂装技术条件》标准号为:JT/T 694-2007,在接下来的十几年间,该主缆防腐体系占据了我国主缆防腐体系的绝对地位。 2015年,随着国内首座运用国产缠包带密封体系(后称缠包带体系)的项目贵州清水河大桥建成通车,拉开了国内主缆缠包带应用的新局面,目前主缆缠包带防腐体系方案已经遍地开花,与密封胶防腐方案各占半壁江山,预料这两种防腐方案将会在今后很长一段时间里面并存。 上述两大主流主缆防腐系统目前均存在各自的优缺点,为了确保悬索桥主缆寿命能够满足设计要求,在实际应用中还需要不断对其进行改进,促进技术不断完善。
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