三岸邕江特大桥旧吊杆检测分析

石菊创，黎振源

(广西金盟工程有限公司，广西　南宁　530001)



三岸邕江特大桥旧吊杆检测分析

石菊创，黎振源

(广西金盟工程有限公司，广西南宁530001)

文章以三岸邕江特大桥更换的旧吊杆为研究对象，通过实体解剖后外观检查、拉伸试验的方法检测吊杆的锈蚀程度和抗拉强度，进一步分析中承式拱桥吊杆运营后期产生的病害，为同类型桥梁的吊杆养护提供参考。

桥梁；吊杆；病害；检测；分析

0　引言

20世纪90年代开始，我国建造了许多中下承式拱桥，其具有结构美观、设计自由度大、易满足建筑限高等优点。吊杆是拱桥的主要传力构件，由于当时相应的设计理论和施工方法不够成熟，原材料存在质量问题，运营期间车辆超载，桥梁检测和养护重视程度不足，致使吊杆的实际使用寿命大致在3～20年之间[1]，远低于桥梁的设计使用年限。近年来吊杆断裂所引起的中下承式拱桥安全事故频发，而国内大量拱桥的服役时间已达到10～20年，因此了解吊杆的运营状况显得尤为重要。

本文以三岸邕江特大桥运营了17年的旧吊杆为研究对象，通过实体解剖后外观检查、拉伸试验的方法检测吊杆的锈蚀程度和抗拉强度，以期为中承式拱桥吊杆的养护和维修提供参考。

1　工程概况

三岸邕江特大桥是南宁至北海高速公路上的一座大型桥梁，于1998年12月竣工。桥梁跨径组合(1×16+1×270+2×16)m，总长352 m。主桥为单孔净跨径270 m中承式钢管混凝士拱桥，桥面结构采用先简支后连续，跨径为10 m，全桥共有吊杆横梁21片，每个吊点采用双吊杆，相应有吊杆84根，单根吊杆均为61-φ7预应力高强度低松弛镀锌平行钢丝，采用镦头锚，外包双层PVC塑料防护。该桥于2015年8月对所有吊杆进行了更换。

2　吊杆常见病害

2.1吊杆病害分析

中承式拱桥吊杆的病害大致分成三类：吊杆护套病害、吊杆锚头病害、吊杆内钢丝病害。吊杆护套在运营过程中受环境腐蚀和结构应力作用下产生开裂，具体表现为龟裂、划痕、刮痕、纵向裂缝和横向裂缝。吊杆锚头病害主要是锈蚀、开裂、变形、渗水。吊杆内钢丝病害主要是锈蚀、开裂、松弛和断裂。在役桥梁吊杆护套和锚头病害可通过外观检查发现，然而钢丝的病害却很难发现，虽然吊杆中间段的钢丝可通过切开PVC防护套检查，但是关键的拱肋及横梁内钢丝却无法检测。

2.2吊杆破断机理

近年来发生的中下承式拱桥坍塌事故的主要破坏形式是：首先吊杆失效断裂，然后横梁坠落引起桥面局部坍塌。由于缺乏垮塌桥梁吊杆的实体检测试验数据，目前工程界对在役拱桥吊杆破断机理，一般认为有如下方面：

(1)吊杆钢丝因锈蚀导致破断。这主要是因为吊杆防护套老化开裂、漏水，以及吊杆上下端锚具处防护油脂挥发、泄露，导致吊杆钢丝锈蚀逐渐严重、断裂。

(2)吊杆钢丝因疲劳破坏导致断裂。这是由于桥面通行车辆对吊杆而言是交变荷载作用下引起应力疲劳，在桥梁运营使用过程中，吊杆中相对薄弱的部位先行开裂并逐渐扩散，最终导致桥梁在即使没有车辆通行的情况下(这时吊杆仍然承受结构自重等主要恒载)，吊杆破断。特别是拱桥短吊杆，在温度荷载、车辆荷载的作用下，短吊杆由于倾斜而导致受力比正常情况增大，且短吊杆比长吊杆刚度大、自振频率大，在这样的情况下，短吊杆比长吊杆疲劳寿命低。福建武夷山公馆大桥坍塌时，只有一辆旅游客车通行。新疆孔雀河大桥坍塌时，桥面甚至没有车辆通行。

(3)锈蚀与疲劳荷载的耦合作用，引起拱桥吊杆破断。

3　旧吊杆外观检测

截至2015年，三岸邕江特大桥的旧吊杆已服役17年。为深入了解旧吊杆的破损情况，笔者从更换下来的旧吊杆中选取5根短吊杆和5根长吊杆进行解剖，破开吊杆外部PE保护层和杆端锚具后详细检查。短吊杆编号1#～5#，长吊杆编号6#～10#。

3.1吊杆检测部位

为便于归纳吊杆病害的特点，把吊杆划分为三个区段：上锚固区、索体和下锚固区，如图1所示，并对这三个区段进行抽样检测。

图1　吊杆分区段示意图

3.2旧吊杆破损检测结果

关于在役拱桥吊杆钢丝锈蚀程度分级，目前缺乏相应评定标准，笔者采用文献[2]中的方法进行分级评价，钢绞线表面锈蚀等级标准见下页表1，旧吊杆解剖检查的结果见下页表2。

解剖检查结果表明，三岸邕江特大桥吊杆锈蚀程度为中等偏差，其中8根吊杆的钢丝表面有斑点，显著的锈迹，锌粉析白，钢丝表面锈蚀等级评定为C级，占抽检吊杆数量的80%；2根吊杆的钢丝局部出现凹坑，有杂质的痕迹，其余所检部位钢丝表面都有斑点，显著的锈迹，锌粉析白，钢丝表面锈蚀等级评定为D级，占抽检吊杆数量的20%。

表1　钢绞线表面锈蚀等级标准表

表2　旧吊杆钢丝表面锈蚀检测结果表

从解剖的吊杆钢丝来看，所有的索体钢丝都有局部或均匀锈蚀，有些钢丝表面附着有清水，可能是上锚头出现损伤，或者是双层PVC防护套开裂，抑或是下锚头油脂流失，使得雨水进入到吊杆内部，加速钢丝锈蚀。

通过查看锚固区范围的吊杆钢丝，可以发现有几种情况：(1)钢护筒内填满阻蚀密封剂，吊杆钢丝完好无锈蚀；(2)钢护筒内的阻蚀密封剂呈现流动状态，且部分流失，吊杆钢丝有部分锈蚀；(3)钢护筒内的阻蚀密封剂流失殆尽，吊杆钢丝几乎全部锈蚀。由此可见，吊杆锚固区钢护筒内填充密实的阻蚀密封剂对于钢丝的保养是非常有益的，桥梁管养单位应当定期检查，及时补充和维护。

4　旧吊杆拉伸试验

从已进行外观检查的吊杆中截取钢丝进行室内拉伸试验，通过检测钢丝的抗拉强度推算服役17年后旧吊杆的抗拉力，结果见图2。

图2　单根旧吊杆抗拉力实测值对比柱形图

试验数据表明：单根吊杆抗拉力实测值比设计标准值(400吨)小6%～30%，其中5根短吊杆抗拉力实测平均值比设计标准值小13%，5根长吊杆抗拉力实测平均值比设计标准值小17%。

对于拱桥短吊杆，在温度荷载、车辆荷载的作用下，短吊杆由于倾斜而导致受力比正常情况增大，且短吊杆比长吊杆刚度大、自振频率大，通常是短吊杆比长吊杆疲劳寿命低，短吊杆实测抗拉强度应比长吊杆的小，但是本次吊杆检测试验中并未得出这样的规律，短吊杆在运营期的疲劳寿命有待进一步研究。

对于锈蚀较严重的1#、2#吊杆，两者的抗拉强度与其它吊杆相比，没有明显的差别。吊杆钢丝只是表面锈蚀，并未出现孔蚀，这个阶段的锈蚀对于钢丝断面积影响不大，不会显著降低钢丝的抗拉强度。

5　旧吊杆检测试验分析

对三岸邕江特大桥的旧吊杆进行外观检查和拉伸试验后，对数据进行综合分析得出如下结论：

(1)三岸邕江特大桥的旧吊杆在运营17年后，内部的钢丝在上锚固区、索体和下锚固区普遍产生局部锈蚀或均匀锈蚀。锈蚀后的钢丝外观质量较差，但并未形成严重孔蚀。

(2)在运营过程中，吊杆反复承受横梁传递的车辆和环境荷载，抗拉力普遍下降。

(3)当吊杆钢丝只是表面锈蚀而没有孔蚀，钢丝的断面积减小一些，这一阶段锈蚀对钢丝抗拉强度的影响很小，而应力疲劳才是导致部分吊杆抗拉力急剧下降的原因。中承式拱桥的吊杆在出现钢丝严重锈蚀之前，抗拉力也有可能快速下降，严重危及桥梁结构安全。

6　结语

目前许多中承式拱桥处于更换吊杆阶段，然而工程界对吊杆破坏机理和使用寿命的研究尚不成熟，桥梁管养单位很难科学判断更换吊杆的正确时机。本文通过对三岸邕江特大桥更换的旧吊杆进行实体解剖检查和力学试验，得出了一些实验数据，并分析了中承式拱桥吊杆运营后期产生的病害，希望给桥梁设计、建设和管理者一些参考。

[1]陈亚亮，许华聪，徐印根.中下承式吊杆拱桥事故分析及对桥梁检测启示[J].福建工程学院学报，2013(3)：213-217.

[2]GB/T5224-2011，预应力混凝土用钢绞线(征求意见稿)[S].

[3]李美军.中下承式拱桥下锚头病害引出的思考[J].西南公路，2011(1)：24-26，37.

[4]李承昌，刘以谦.吊杆钢丝锈蚀分布规律及检测试验[J].公路交通科技：应用技术版，2010(4)：9-11，14.

[5]赵洋.系杆拱桥吊杆更换研究[D].杭州：浙江大学，2006.

[6]孙学子.系杆拱桥吊杆的受力分析及寿命预测[D].北京：北京交通大学，2010.

[7]蒋月琴，彭卫.拱桥吊杆病害分析与更换工艺[J].华东公路，2009(6)：31-33.

Analysis on Old Boom Detection of San’an Yongjiang Super-large Bridge

SHI Ju-Chuang，LI Zhen-yuan

(Guangxi Jinmeng Engineering Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530001)

With the replaced old boom of San’an Yongjiang Super-large Bridge as the research object，through the visual inspection and tensile test method after physical anatomy，this article detected the corrosion extent and tensile strength of the boom，and further analyzed the diseases caused at late operation stages of booms in half-through arch bridge，thereby providing the reference for the boom conservation of the same bridges.

Bridge；Boom；Diseases；Detection；Analysis

U446.3

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.08.016

1673-4874(2016)08-0060-04

2016-06-20

石菊创(1987—)，助理工程师，主要从事高速公路检测工作；

黎振源(1984—)，硕士，研究方向：桥梁承载能力评定。