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1、简述悬索桥悬吊系统的检查和养护维修 黑龙江省三江路桥工程有限公司 李宝华摘要： 近年来，我国陆续修建了数座大跨度悬索桥。但国内目前尚无对此类桥使用和养护维修方面的规范。为确保此类结构的长期安全运营，为养护维修人员提供帮助，特对悬索桥悬吊系统的检查和养护维修方法予以介绍。关键词： 悬索桥 悬吊结构 吊杆 检查 养护 维修1前言90年代以来，我国先后建成了4座现代悬索桥。它们是汕头海湾大桥、西陵长江大桥、虎门大桥和江阴长江大桥。同国外相比，我国此类桥梁结构刚刚起步。对悬索桥的使用和养护维修方面缺乏经验，没有建立完备体系，尚无相应规范可依。尤其对跨海工程，长期处在潮湿等恶劣气候环境中，更容易遭受侵蚀
2、等损害。为确保此类桥跨结构的长期安全运营，为养护维修人员提供必要的帮助，下面仅对悬索桥悬吊系统各部件的检查和养护维修方法予以介绍。2悬吊系统的组成悬索桥的悬吊系统由2根主缆和若干根吊索组成。主缆则由多股平行钢丝束组成，两端配有专用锚具。主缆的防护工程主要包括缠丝、密封、油漆等。吊索一般由平行钢丝束或钢丝绳组成。悬吊系统还包括主索鞍、散索鞍、锚杆、锚梁以及吊杆锚板、索夹、吊索夹具等铸件。3悬吊系统的一般性检查和养护维修3.1吊索的检查和养护维修应检查吊索系统是否遭受腐蚀。特别容易引起腐蚀的部位有：索夹锥体铸块内，大螺杆与加劲梁间的间隙内(不便涂漆且会沿缝渗水)，十字撑与吊索连接部位等，对这些部位
3、应特别仔细检查。此外，还应检查吊索有无倾斜，各紧固件是否松动等。对吊索系统的养护维修工作主要包括：定期对吊索系统各零部件涂刷防锈漆，对已锈蚀者应及时除锈；清查吊索已腐蚀的钢丝数量，判断其腐蚀程度(见表1)，当腐蚀根数和受腐蚀的程度等级叠加后相当的断丝根数超过总丝数的5%时，应更换此索；当吊索的锚头发生裂纹和破损时，应更换此索；更换吊索宜逐根进行。即使有时需同时更换，每次也不得超过3根，且这3根吊索不能是彼此相邻的；检查索夹的高强度拉杆有无松动，索夹是否有裂纹或损坏，索夹与主缆之间的填充物是否完好，索夹的泄水孔是否畅通。根据对索夹的检查结果，进行相应的养护维修工作，如紧固或更换高强拉杆以及垫圈，
4、更换索夹，填满索夹与主缆间缝隙，清除污垢和积水等。3.2主缆系统的检查和养护维修 检查缠丝的油漆，若发现漆膜损坏(如开裂、碎片)或分层剥落，应予清洗后重新油漆。若缠丝断裂并散开，则应首先察看主缆有无锈蚀，待清洗除锈完毕后，再重新缠绕，且须在重新缠绕的丝上再涂油漆。确保主缆防护层完好，避免水分渗入。锚室内需保持一定的温度和湿度，养护人员应每天检查并做好记录。湿度应保持在50%或以下，温度应在22左右。其通风、恒温、恒湿设备和照明设施应始终正常运转和完好。应检查锚室内有无雨水渗漏或积水。如有，要及时处理和维修。塔顶主鞍座应经常清扫，防止尘土杂物甚至飞鸟误入筑巢和蓄水致锈。如发现锈蚀则应除锈，并重新
5、涂刷防锈漆。主鞍座上夹紧主缆的螺杆、螺帽如有松动、应及时拧紧，以防止主缆与主鞍座发生相对位移。紧固鞍座的螺栓、螺帽如有松动亦应予拧紧，如有锈蚀，则应除锈后重新涂刷防锈漆。应经常清洗散索鞍座，如发现锈蚀应及时除锈，涂刷防锈漆和防锈保护膏。主缆的检查通道亦应经常检查和养护维修。 4悬吊系统的定期检查方法定期检查是指使用仪器对悬吊系统的主要部位和关键数据指标每23年进行一次的详细检查。定期检查应委托具有一定资质和相应经验的专业单位进行，该检查单位应能对检查结果是否影响正常使用给出正确评估。 4.1索夹在主缆上滑移及检查方法 吊索索夹在主缆上产生滑移的原因有二：一是高强度拉杆的预拉力松弛，使索夹与主缆
6、的夹紧程度放松；二是在长期使用后主缆的挤紧程度提高，空隙率减小，使得索夹与主缆的夹紧程度减弱。这两种原因都会导致索夹在主缆上产生滑移。滑移的危害有二：一是改变吊索状态，由竖直索变成斜吊索，使加劲梁的受力状态及吊索的内力改变，对结构产生不利影响；二是索夹在主缆上的滑移会刻伤主缆缠丝、损坏防锈层，进而使缠丝破坏，导致主缆损伤。检查索夹在主缆上滑移的方法：在主缆和索夹上分别做出相对明显的标记，每次定期检查时量测这2个标记之间的相对位移。量测工具可用游标卡尺或其它工具。防止索夹在主缆上滑移的方法：定期补足高强度拉杆的预拉力，使索夹与主缆的夹紧程度保持恒定。即应使高强度拉杆的预拉力达到并保持设计值。对高
7、强度拉杆轴力变化的测量方法有两种：长效传感器法：加工一种特制千斤顶，对螺杆进行再张拉，当拉至螺母与索夹之间即将出现间隙时所对应的拉力就是当时高强度拉杆的预拉力。为准确判断预拉力的大小，应当同时测量螺帽与索夹耳板间间距的变化，根据拉力和间距变化曲线来确定预拉力。声弹性方法：即利用发射声波和接收声波之间的时间的变化与轴向拉力之间的线性关系来判断高强度拉杆预拉力的变化。后一种方法已研制出专用仪器可供使用。 4.2加劲梁及主缆线形的变化在长期运营中，由于主缆松弛以及载重量的改变(如桥面载重量、附属设施增加)，会导致主缆和加劲梁线形的变化。这种变化积累到一定程度便会影响使用功能和美观，必须定期予以调整。
8、线形变化的测量方法是在主缆和加劲梁中跨跨中断面上、下游主缆底部及相对应的人行道栏杆上分别设置固定测点，用全站仪同时测量这4点标高的变化，用此代替加劲梁和主缆线形的变化。测量最好选择在桥上无活荷载、无风且温度变化不大的时间(如夜间13点)进行，且应同合龙温度对比进行相应修正。悬索桥的主缆线形受季节变换和日照温度变化影响，会发生可恢复的变化，加劲梁的线形亦有相应的改变，一般可不做调整。只有在经过仔细检测和反复核实，发现确有不可恢复的线形变化时，才应考虑作适当调整。调整方法如下：(1) 首先进行内力分析。根据验算情况，利用调整大螺帽来改变加劲梁的标高。这种调整有时会增大加劲梁局部应力，要特别注意。(
9、2) 若必须用顶推主鞍座和散索鞍座的办法调整主缆线形，应咨询大桥设计单位或进行有关专项研究后再确定。 4.3吊索及主缆拉力的测定悬索桥在运营过程中，由于恒载改变、温度变化或主缆变细均会导致吊索及主缆索股拉力的改变。吊索及主缆索股均具有绳索的特征，可以利用绳索振动的原理，用频谱分析的方法测得吊索或散索索股自振频率。利用频率来换算吊索或主缆索股的拉力。计算公式为： P=4mL2f2 (1)式中，m为吊索(或索股)单位长度的质量；L为吊索(或索股)的计算长度；f为吊索(或索股)的一阶侧向振动自振频率。测试时是将加速度传感器放置在索的侧向(需用绳或其它工具固定)，通过信号放大器将振动信号传输到计算机进
10、行频谱分析，从而得到相应的自振频率。如果吊索或索股的边界条件并不明确或索中部有索夹将并排2根索连在一起，其索力一方面可以通过对式(1)进行修正，另一方面则可通过有限元方法进行索力拟合叠代来求出真实索力。 4.4吊索或主缆索股的断丝检验在使用过程中，由于疲劳、腐蚀等原因，导致吊索或主缆索股产生严重腐蚀甚至断丝。有些断丝发生在外层，有些则发生在内部、肉眼无法看到。可以借助电磁方法对其进行无损检验。检验方法是让传感器沿着吊索或索股行走，利用传感器发出的电磁信号检测有无断丝或钢丝面积有无削弱(这主要是针对锈蚀所产生的锈坑而言)。 4.5悬吊系统动力特性变化的测试由于结构动力特性的变化可间接评定结构损伤
11、程度，因此，应定期测量结构动力特性及振型的变化。为了评定的需要，对加劲梁和主缆系统至少应测量到15阶以上自振频率。如何应用多阶频率和振型来评定其损伤程度，虽仍在研究之中，但已在不少场合使用，相信可以用在这些方面。测量方法：以环境振动为振源，将加速度计放置在测试断面上，拾取加速度信号。用多通道磁带记录仪记录信号，用频谱分析仪进行分析，可以分别给出主缆、主梁的前若干阶频率、振型、阻尼等。动力特性测试时应尽可能封闭桥上交通；万一不能封闭交通，也应限制重载车过桥，只允许少量小轿车通行，否则所记录的信号不便分析。桥跨结构的竖向振动可分解为竖向和扭转两种参量，所以布置测点时应在加劲梁的量测断面上、下游两扶
12、手处同时安置2台竖向振动加速度计，把二者的输出结果相加作为竖向参量，输出结果相减作为扭转参量。而对于桥跨结构的横向振动，也可类似地分解为横向和扭转参量，在同一断面上布置2个水平振动加速度计，1个放在顶板，1个放在梁底。考虑结构的对称性，可仅在半桥上布置测试断面，但不得少于15个断面。测试时应设置1个参考断面，参考断面不动，其上的加速度计保持不变，而其它各断面传感器则可移动。 5特殊检查及其方法 5.1台风进行时和台风过后的检查接到台风即将到来的预报时，应该立即启动设在桥上的台风风速观测仪，自动记录风速随时间变化的历程曲线，并据以确定最大风速和来风方向。台风来临之前应紧急关闭桥上交通，并在中跨跨
13、中及边跨跨中各箱梁内部安装加速度计及位移计。台风期间自动记录加速度历程曲线。台风过后对此加速度信号进行频谱分析，确定结构在本次台风期的最大响应。除此，还应在主塔塔基上架设高速摄像机，自动记录台风过程中中跨跨中的最大挠度(包括竖向和横向)迹线。台风过后尚应该对悬吊系统进行特别检查，检查主缆和吊索系统有无损坏、断丝等，大螺帽和索夹的大螺杆、螺母等是否有松动。台风过后还应当仔细检查桥上各种设施，如路灯、航空障碍灯、避雷设施、安全标志等是否完好、有效。 5.2地震过后的检查每当接到即将有地震发生的预报时，即应启动安装在主塔基础上的地震记录仪，连续记录地震加速度、结构响应等信号。地震过后对结构及基础进行
14、全面检查，并对破损处提出相应的修补加固措施。地震过后检查的主要内容：外观检查，检查相关部位是否受到损伤；对各防震设施的检查，检查是否在地震中受到破坏；估算地震响应和加速度谱。 5.3超重车辆通过与通过后检查超重车辆过桥应事先征得有关部门的检算、批准，应该单独通过，按指定车道行进，并禁止其它车辆同时通行。在行进过程中应当对加劲梁挠度进行跟踪测量。测量的方法是在加劲梁各跨跨中、1/4跨和3/4跨分别设置光电挠度仪的靶标，当超重车通过时，主机可快速记录每一步的信号，当超重车驶离桥面后，可得到各测点的位移时间曲线。从曲线可整理出最大挠度。当超重车驶离主桥0.5 h后，首先应当对加劲梁线形进行测量，看是
15、否留下残余挠度。然后组织养护维修人员察看桥面及加劲箱梁内有无可见的裂缝，伸缩缝有无损坏。如有异常，则应组织有关专家讨论修补或加固处理方案。此外，还应当对吊索、主缆等进行力学性能检查，对锚室顶板、桥墩及支座等进行检查。 5.4船只等大型漂浮物撞击后的检查失控船只和大型漂浮物撞击主塔墩承台之后，应即做详细检查。首先应调查肇事船只和大型漂浮物的吨位、撞击速度、方向和高度，估算撞击力的大小。根据估算的撞击力对整体结构进行空间分析，判断结构整体功能有无降低。用肉眼观察受撞部位的损伤状况。如混凝土表层有破碎、开裂、钢筋暴露等，则应对破碎范围、程度及所在位置做出描述。用超声探伤仪对被撞区域进行无损探伤，判断
16、混凝土内部是否产生损伤。用脉动法测定主塔动力特性的变化，通过与受损之前的动力特性对比来判断受撞后主塔墩的受损程度。 6悬吊系统的养护根据对悬吊系统的一般性检查、定期检查和特殊检查结果，做出合适的养护安排。一般性检查结果，可以得出吊索和主缆有无锈蚀的结论。如有锈蚀即应及时进行除锈防锈工作。定期检查结果可以表明主缆系统有无严重锈蚀、吊索拉力是否松弛、高强度拉杆有无放松等影响悬索桥运营安全的问题。根据定期检查结果，报请大桥有关专家决定是否需要更换主缆缠丝、吊索，是否对整个悬吊系统进行全面的防锈处理。更换吊索和重新缠丝都应事先制定相应工艺，经过专家评审后在严格的监督下执行。更换完毕应当对整个系统再进行一次全面检查。在严重自然灾害袭击后，应当根据灾害(如强台风和地震等)记录，对结构进行评估和检算，确定其承载能力能否保证原设计要求，要否加固补强。根据评估结果做出加固、补强的决定。
