桥梁拉索PE护套裂纹成因及治理研究

李居泽等

前言

拉索支承式桥梁由于具有跨越能力大、结构轻巧美观、受力明确、空气动力稳定性好、 结构型式简洁等优点，是桥梁建设的最主要的桥型之一。桥梁长期在环境因素（大气、紫外线，温湿度变化、风雨等）和荷载因素（荷载振动，材料老化、结构疲劳等）的共同作用下，会出现拉索PE护套开裂现象。据统计，在我国运营时间超过10年的斜拉桥及拱桥中，70%以上的桥梁拉索索体PE护套表面出现不同程度的裂纹及微裂纹。拉索PE护套裂纹如处治不当会给桥梁安全带来很大的隐患。如何对拉索裂紋进行有效治理，已经成为桥梁运营维护一个重要课题。

一、桥梁拉索主要结构

桥梁拉索有多种结构型式，目前世界上绝大多数桥梁拉索都采用平行钢丝拉索或平行钢绞线拉索形式。由于出现裂纹的拉索绝大多数量平行钢丝拉索，因此这里只探讨平行钢丝拉索的结构。

新型钢丝拉索是日本在八十年代初借鉴电缆制造技术开发而来，钢丝斜拉索索体为略有扭绞的平行钢丝束，小扭角使拉索具有自紧固的性能，同时又便于弯曲装盘运输。外面热挤一 层或 多层HDPE护层，两端为冷铸镦头锚。拉索索体结构见图1。

二、桥梁拉索裂纹成因

2.1 拉索PE护套开裂特点

通过对出现开裂的多座桥梁拉索PE护套进行检查及取样力学试验，发现拉索PE护套开裂有以下特点：

1） 环状开裂：超过90%以上的桥梁拉索PE护套开裂为环状开裂。

2） PE的力学性能没有明显下降：与刚完成生产出厂的拉索相比，出现开裂的拉索PE护套在拉伸强度及疲劳性能等方面并没有明显下降。

2.2索体PE外护套开裂原因分析

（1）拉索索体结构及拉索受力特点是PE外护套开裂的主要原因。

在桥梁运营过程中，拉索始终处于高强交替索力作用下工作。根据钢丝拉索结构特点，索体钢丝与PE防护层，及两层PE防护层之间摩阻较大，索体的结构造成索体PE防护层始终长期处于高应力状态下工作，因而导致PE应力开裂。见图3所示：

（2）HDPE材料的影响

桥梁拉索工作时处在紫外线的照射、雨水冲淋及有害气体的腐蚀的工作环境下，HDPE材料耐环境应力开裂性能直接影响拉索PE开裂的时间，不同的PE粒子材料，其耐环境应力开裂的性能差异很大。某些小厂生产的拉索采用HDPE二次料和再生料，造成桥梁成桥通车没多久就出现开裂。[1]

（3）施工作业的影响

目前的桥梁拉索安装施工，很多施工单位没有足够的施工经验和施工技术，对索体的保护措施普遍不够，甚至没有任何保护措施，索体PE的损伤时有发生。[1]

三、桥梁拉索裂纹治理工艺研究

1.施工损伤产生产裂纹治理工艺

对于表面PE轻微划伤，可直接进行打磨处理。对于PE深度划伤，可认真清洗伤口，准备外层同颜色的PE条。采用专用进口焊枪进行修补。修补完后进行打磨处理。

2. 拉索PE护套应力裂纹治理工艺

对于应力裂纹，不能采用PE条补焊的方法进行修复，因为补焊修补时PE是二次加热成型，其耐环境应力开裂性能大大下降，治理修复后的寿命很难得到保证。可以采取缠包PVF或哈弗套管的方式进行修补。

（1）缠包PVF修复技术

PVF保护胶带采用聚氟乙烯薄膜，具有长期的耐候和抗腐蚀性能，应用于桥梁拉索护套的缠包保护。是20世纪90年代新发展的技术，现已广泛应用于桥梁拉索索体修复，具有施工简便、环保、长寿等特点。

PVF缠包前索用丙酮擦洗干净，应尽量在凉爽干燥条件下即10℃～20℃的环境中最优于绕缠操作。应使用专用缠包机进行PVF胶带的缠包，采用螺旋缠绕方法，调整缠包带重叠量，以50±10%重迭率螺旋式缠绕一道。

（2）在拉索索体外全段包哈弗PE管技术

对索体自由段外包哈弗管，哈弗管由两半咬合而成，安装成型后，内部再灌注稳定填充剂，使哈弗管与原PE管之间空隙密封，达到对内部原有PE管及修护缠包带的保护，使原PE管及修护缠包带与外环境隔绝。哈弗管与拱端预埋管连接处需加装一个连接装置，该连接装置主要功能是防水，以及适应哈弗套管的热胀冷缩。见图7

四、小结

本文通过对桥梁拉索PE护套开裂的检测及试验研究，结合拉索的结构特点、工作受力分析，得出了造成桥梁拉索PE护套开裂的几个影响因素。并争对开裂出现的原因，提出了几个行之有效的治理方案。

参考文献：

[1]] 张国林等，斜拉索主要病害分析及其养护维修策略，全国既有桥梁加固、改造与评价学术会议论文集，2008