斜拉桥运营期检测与评估

■陆捷

（福建省交通建设工程试验检测有限公司，福州　350004）

斜拉桥运营期检测与评估

■陆捷

（福建省交通建设工程试验检测有限公司，福州350004）

斜拉桥因其结构复杂且柔度大，在自重荷载、车辆荷载、温度和其他环境因素的作用下，容易出现耐久性问题，为了保证其安全运营，必须要对其进行定期检测。本文通过对魁浦大桥主桥常规定期检查（桥面系检查、上部结构检查、下部结构检查和斜拉索系统检查）和结构定期检查（索力检测、桥面线性检测、索塔检测和混凝土强度检测）的结果进行分析，提出了病害处治措施，确定了其技术状况等级和工作性能，为同类型斜拉桥的检测养护提供借鉴与参考。

斜拉桥定期检测病害分析耐久性

0　前言

斜拉桥属组合体系桥梁，其主要受力构件为主梁、主塔和斜拉索，塔与梁均是压弯构件；依靠固定于索塔的斜拉索支承桥跨，拉索直接锚于主梁上，承受巨大拉力［1-2］；在各种荷载作用下，斜拉桥主梁斜拉索受力发生变化，具有几何非线性影响大的特点，迄今耐久性问题尚未得到妥善解决［3］。当构件出现耐久性问题时，会导致严重事故，如：广州海印大桥斜拉索使用6年后（1995年）一根斜拉索因钢丝严重腐蚀突然坠落［4］；2002年该桥又一根斜拉索突然断裂；1987年建成通车的陕西省三原新龙斜拉桥，2006年在北索架东侧一根钢索突然断裂［5］。因此，需要对运营中的斜拉桥进行定期检测，及时发现问题并实施措施，保证斜拉桥的使用状态与工作性能良好。

1　概述

魁浦大桥主桥长510m（120+270+120m），为三跨一联的双塔双索面斜拉桥，主桥上部结构梁体采用肋板式预应力混凝土梁，主塔采用“H”型钢筋混凝土结构，南北主塔标高120m，每个主塔有17对空间拉索，梁上标准索距7.2m，边跨压重区索距为3.6m，斜拉索采用成品高强钢丝斜拉索，材料为Φ7mm镀锌平行钢丝。结构立面和检测构件编号见图1，本次检测方向为从南至北 （即S1521福州连接线至魁岐互通）。

图1　魁浦大桥构件编号图

2　检测内容与结果

由于经济条件的限制，不可能对所有的大型斜拉桥都安装健康监测系统，为了确保结构安全，进行定期检测是行之有效的方法［6］。常规定期检查以目测为主，配备照相机、裂缝测宽仪、探查工具及现场的辅助器材与设备等必要的量测仪器［7］；结构定期检查即对斜拉桥实施定期的详细检测，检测各构件与附属设施的使用状态与工作性能。

2.1常规定期检查

常规定期检查中，发现主梁和斜拉索系统中出现病害较多，其余病害皆不严重且可通过局部维修来解决，因此主要对主梁和斜拉索系统的病害进行介绍。

（1）主梁检查

主梁的主要病害包括：3#墩现浇段、NM4#梁段存在施工预留孔洞未填封；梁体主纵肋、桥面板存在多处裂缝、裂缝盐霜，露筋，蜂窝麻面等现象；翼缘板处普遍出现裂缝盐霜现象，翼缘板边缘处多处出现渗水、水蚀现象。

（2）斜拉索系统

逐一对上锚头和下锚头进行检查，观察锚具及钢丝的质量。可以发现，普遍出现防腐油脂变质、锚具表面局部乳化失效，多处锚具、锚头表面和锚板钢丝端头锈蚀，多处索塔锚固端锚头处密封钢板螺栓缺失。

斜拉索索体、减振装置外观质量良好，未见明显病害，拉索钢护套筒表面轻微锈蚀，密封圈及其他指标良好，未见明显病害。

2.2结构定期检查

（1）构件混凝土强度检测

所检主梁现龄期混凝土强度推定值均＞60MPa，均达到设计强度等级C50。

（2）桥面线性检查

桥面线形测点沿机动车道两侧边缘、桥梁中心线，各布设1条，共4条，纵桥向相邻测点间距8m，每条线共65个测点，全桥共260个。

本次检测采用独立高程系统，设置在上游侧1#点为已知高程，为10.000m，桥面实测线形见图2、图3，总体上，桥面对称性良好，线型较为平顺。

图2　魁浦大桥桥面上游实测线形分析图

图3　魁浦大桥桥面下游实测线形分析图

（3）主梁结构的自振频率检测

主梁自振特性测点布置在主梁左右幅斜拉索锚固区内，共34个测点，具体为边跨四等分点，主跨八等分点对应桥面，本次试验采样频率为100Hz，采样时间40min。采用有限元软件Midas/Civil，根据提供的主桥设计施工图，建立空间杆系单元模型进行结构自振特性计算。

实测振动响应信号经试验模态分析，得到该桥主桥竖向振动的前八阶频率和振型见表1，结果表明：结构的第一阶和第二阶频率实测值和计算值的比值在1.14～1.16。根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/TJ21-2011）5.9.2条之规定，自振频率评定标度为1，即桥梁上部结构的整体性能和技术状况处于完好状态。

表1　主梁自振频率结果汇总表

（4）斜拉索索力检测

利用频率法测试斜拉索索力即通过测试拉索的自振频率、分析其自振特性从而得到其索力［8］。本次试验采样频率为80Hz，采样时间为5min。

索力分布见图4～图7，检测结果表明：各索的索力分布比较均匀，横桥向东侧和西侧的实测索力对称性较好，主塔两侧索力分布均匀，全桥沿顺桥向的索力对称性良好。

图4　南主塔边跨索力实测值分析图

图5　南主塔中跨索力实测值分析图

图6　北主塔边跨索力实测值分析图

图7　北主塔中跨索力实测值分析图

（5）索塔垂直度检测

索塔垂直度测点布置在上下游中塔柱同一面任意上、下两个点，通过测试两点纵桥向和横桥向相对距离及高差，计算得到索塔垂直度。索塔垂直度检测结果见表2，检测结果表明：实测索塔垂直度与设计索塔垂直度基本一致（索塔为等截面，纵桥向设计垂直度为0%，横桥向为0%），索塔技术状况处于完好状态。

表2　索塔垂直度检测结果汇总表

3　病害分析及防治措施

（1）斜拉桥的大跨度及其较大的柔度使混凝土主梁在设计、施工不善的情况下易于开裂，主梁混凝土开裂后会逐步影响到斜拉桥的受力与使用性能，特别是严重影响到主梁的耐久性能，因此应对主梁混凝土局部位置存在的裂缝、蜂窝麻面、混凝土剥离、露筋锈蚀、渗水、盐霜等问题进行处治。

（2）斜拉索因其处于体外高应力的状态，在荷载与振动反复作用下容易锈蚀，实践表明斜拉索的防腐措施有待于改进，同时斜拉索与锚具连接处的锈蚀现象更为严重，因此锚具的防腐与斜拉索锚端处的防腐更值得重视［9］，故应对锚头钢丝端头除锈补油，修补缺失的紧固螺栓，为梁下锚具除锈、重新涂抹防腐油脂，对桥面拉索护筒进行除锈防腐处理，更换套筒密封圈。

（3）由于本桥所处位置雨水较多，大桥机动车道外侧钢护栏出现锈蚀，故应对钢护栏进行除锈、防腐涂装。

（4）伸缩缝钢齿板间隙杂土阻塞，影响正常使用，需清理杂物；伸缩缝梳形齿板出现坑槽及松动，影响行车安全，应及时进行修复。

（5）修复处理后，管养单位应严格按照《城市桥梁养护技术规范》要求，对桥梁进行日常的维护和检查工作，确保桥梁的完好和安全运行。

4　结语

根据魁浦大桥主桥的定期检测结果，可将魁浦大桥主桥完好状态等级评定为：合格级，即桥梁结构完好或结构构件有损伤，但不影响桥梁安全。该桥应进行保养、小修，考虑到桥梁结构现状已存在一些病害或缺陷，已影响结构的耐久性和正常使用，应及时采取处理措施。定期检测是斜拉桥病害分析和诊断的重要方法，等级评定是对其进行维护的前提，斜拉桥的耐久性是长久问题，在斜拉桥的运营中必须加强检测与养护，并及早发现问题及时修缮所出现的病害，才能维持斜拉桥的耐久性，延长使用寿命，降低长期维护费用。

［1］白宝玉.桥梁工程［M］.北京：高等教育出版社，2005.

［2］杨索.大跨预应力混凝土斜拉桥运营阶段健康监测及状态评估［D］.长沙：湖南大学，2011.

［3］Minkwan Ju，Cheolwoo Park，Gyuseon Kim.Structural Health Monitoring（SHM）for a cable stayed bridge under typhoon.KSCE Journal of Civil Engineering，2015，19（4）：1058-1068.

［4］谢玉英，海印大桥换索工程施工质量的监控［J］.中南公路工程，1997，1：21-25.

［5］徐超，方海，刘庆伟等，斜拉桥斜拉索防腐保护问题分析与建议［J］.世界桥梁，2012，6：87-91.

［6］孙 斌，朱劲松，肖汝诚.大跨度预应力混凝土斜拉桥基于定期检测的损伤识别方法［J］.公路交通科技，2007，24（6）：71-74.

［7］中华人民共和国建设部.CJJ 99-2003.城市桥梁养护技术规范.北京：中国建筑工业出版社，2003.

［8］刘炎.大跨斜拉桥运营期结构检测与评估［J］.城市道桥与防洪，2013，9（9）：68-70.

［9］姜军.预应力混凝土斜拉桥检测评估与加固技术研究［D］.成都：西南交通大学，2003.