[PPT]桥梁拉索病害及其分析研究_ppt

1、 引 言 本报告主要结合本人的拉索研究课题及相关成果进行。旨在提高工程界对拉索病害及其危害的认识，并介绍近年拉索的新技术与发展,为有效解决目前工程中的各种质量隐患及提高拉索工程的安全性与耐久性。 报告提纲一. 前言二. 桥梁拉索病害及病因分析三. 各种病害的对策与研究四. 工程应用五. 拉索的未来与发展 一. 前 言 桥梁拉索 悬索桥-悬索主缆、吊索 斜拉桥-斜拉索 拱 桥-吊杆、系杆 其 它-体外索、临时性拉索拉索是桥梁的生命线 拉索是桥梁最重要的承重构件。 斜拉索、悬索、吊索（杆）、系杆、 体外索。 我国的拉索工程约有500600座 工程质量隐患普遍存在 结构垮塌屡见不鲜 宜宾小南门金沙江

2、大桥1990年建成,2001年11月7日吊杆腐蚀断裂，部分桥面垮塌。 广州海印大桥1988年建成，1995年拉索锈蚀断裂，导致全桥换索。 武汉江汉三桥1998年建成，2004年系杆断裂。 乐山沙湾名城大桥1988年建成, 2001年检查吊杆系杆腐蚀严重，2003年全面更换吊杆、系杆系统。 杨浦大桥、重庆李家沱桥运行只有几年就对拉索进行全面维修。 珠海淇澳大桥、 武汉月湖大桥拉索隐患正等待处理。 。 工程质量隐患普遍存在 结构垮塌屡见不鲜拉索病害的严重性 绝非危言耸听宜宾小南门金沙江大桥1990年建成,2001年11月7日吊杆腐蚀断裂，部分桥面垮塌。钢丝腐蚀断裂 广州海印大桥1988年建成，19

3、95年拉索锈蚀断裂，导致全桥换索。 乐山沙湾名城大桥1988年建成, 2001年检查吊杆系杆腐蚀严重，2003年全面更换吊杆、系杆系统除此以外，桥梁拉索普遍存在 PE护套开裂严重 下端预埋管普遍进水 钢丝及锚头锈蚀 1998年建成。 2001年吊杆PE外套开裂。1995年建成。 1998年吊杆PE外套开裂。广东南海紫洞大桥, 1996年建成, 1997年PE护套开裂，下端预埋管进水。下端进水下端进水下端进水下端进水哈尔滨太阳岛桥，2001年建成， 2002年观察，防水罩功能失效，下端进水。钢丝腐蚀严重 锚头及钢丝腐蚀严重 锚头腐蚀部分桥梁情况调查表工程名称建 成 时 间问题及出现的时间宜宾小南

4、门金沙江大桥1990年2001年11月7日吊杆腐蚀断裂，部分桥面垮塌广东南海九江大桥1988年PE护套开裂，2001年全面换索 广东南海西樵桥1987年1995年检测，PE护套开裂广州海印大桥1988年1995年一根拉索锈蚀断裂，后全桥换索广东南海紫洞大桥1996年1997年PE护套开裂，下端预埋管进水长沙湘江北大桥1990年2002年全桥检测，发现拉索内钢丝进水，局部锈蚀武汉月湖大桥1998年2003年全桥检测，发现拉索PE护套开裂严重哈尔滨太阳岛桥2001年2002年观察，防水罩功能失效，下端进水安徽铜陵大桥1995年通车后即发现下端进水，锚头及预埋管受到腐蚀乐山沙湾名城大桥1998年20

5、01年检查吊杆系杆腐蚀严重，2003年全面更换吊杆、系杆系统工程名称建 成 时 间问题及出现的时间攀枝花倮果桥1994年2002年检查吊杆腐蚀严重，2003年全面更换吊杆系统柳州文惠大桥1995年1998年至1999年吊杆PE外套开裂，下端严重进水，锚头及钢丝腐蚀严重南宁三岸大桥1998年2001年吊杆PE外套开裂，下端严重进水，锚头及预埋管有腐蚀现象南宁六景大桥1998年2001年检查，下端进水严重重庆李家沱桥1996年PE外套开裂，1999年拉索缠包处理昆明远通大桥1991年2000年拉索缠包处理厦门海沧大桥1999年2002年吊索PE护套开裂（微裂纹）珠海淇澳大桥1995年拉索PE护套开

6、裂严重福州解放大桥1998年2001年检查，下端进水，锚头及钢丝锈蚀严重Mochran，Mobile，AL1999年拉索缠包处理Papaloapan，Vera Cruz，Mexico1997年拉索缠包处理Quincy，Quincy，IL1997年拉索缠包处理委内瑞拉马拉开波（Maracibo）桥1960年1979年2月钢拉索腐蚀断裂，导致全桥换索 桥梁拉索病害的危害触目惊心。因此，全面研究桥梁拉索的病害，阻断病害的成因，对提高桥梁结构的耐久性与安全性是十分有意义的。二. 桥梁拉索的病害 及病因分析 通过病害分析，找出病因，采取有效对策。1.索体PE外护套短时间开裂 主要原因有：（1）PES索体

7、的结构是造成索体开裂的主要原因 索体的构造及制索工艺： 钢丝下料编索（六角形分布）轻度扭绞（240）及缠包成型同时热挤双层PEPES索体构造 索体的结构造成索体PE始终长期处于高应力状态下工作，因而导致PE应力开裂。PE护套应力开裂的特征: 1. 环状开裂 2. PE的力学性能没有明显下降（2）HDPE材料的影响 耐环境应力开裂性能直接影响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。 二次料和再生料其性能更差。（3）使用环境的影响 紫外线的照射、雨水冲淋及有害气体的腐蚀，均影响到PE护套的开裂。 （4）施工作业的影响 目前的施工，对索体的保护措施普遍不够，甚至没有任何保

8、护措施,大多数施工单位根本不掌握索的施工技术，索体PE的损伤时有发生。 当前，工程上对索体PE的损伤，大多数采用补焊的办法修补。补焊修补因在野外作业，修补温度、冷却、修补方法很难控制，损伤面难以完全修复。而补焊修补时PE是二次加热成型,其耐环境应力开裂性能大大下降。PE的损伤 2.下端防腐与防水问题 主要原因有： 1）大多数桥梁下端防水罩结构不尽合理，并且短时间失效。另外下端预埋管过短，未能伸出结构之外 。雨水直接进入下端预埋管。 2）现有构造无法阻止冷凝水的产生而导致下端预埋管潮湿度的增加引起锚头及钢丝的腐蚀。 3）早期的吊杆,其裸露钢丝仅靠砼保护是达不到防腐要求的。 下端防水问题 3.短吊

9、杆普遍损坏严重 主要原因有： 短吊杆自由长度短, 相对刚度太大。不能正常摆动，致使吊杆及其结构发生破坏。 4.悬索桥主缆腐蚀 1）防腐措施不当 2）主缆内潮湿度高 5.拱桥系杆腐蚀 1）防腐措施不当 2）水直接进入系杆箱 除此而外，施工不规范，产品达不到要求，运管部门没有方法、没有手段、没有措施处理病害，以致结构长期带病工作，病害随时间日渐加重，久而久之某些工程便造成了严重的后果。三. 各种病害的对策与研究1. PES（FD）索体 PES索体的缺陷： 1）索体PE始终处于有高应力状态下工作 。 2）由于钢丝与钢丝之间存在缝隙，毛细作用极容易致使钢丝受到腐蚀，索体防护性能差，耐久性不高。 PES

10、（FD）低应力防腐索体另外： 为延长PE外护套的使用寿命，有效保护索体，应选用耐环境应力开裂性能合格的PE材料。 为了减少紫外线照射及雨水冲淋的影响，建议索体外面增加一护管。试验研究 重点研究PES（FD）低应力防腐索体的应力释放及应力释放后PE的耐环境应力开裂性能。 （1）PES（FD）低应力防腐索体PE应力释放试验 通过对PES（FD）型试验索进行索体PE的应力释放试验，验证该类型索体应力释放的可能性及计算PE护套的静态应力释放系数,从而确定索体隔离层的相关参数。 试验方法是在索体内、外层PE表面粘贴应变片，将索力张拉至0.4b 后，测量 PE的应变值，推算外层PE的静态应力释放系数。应力

11、释放机理分析内层PE应变绝对释放量 内=内max-内外层PE应变绝对释放量 外=内max-外外层PE应变相对释放量 外=内-外外层PE静态应力释放系数 =外/内 =(内-外)/内 应力释放机理 索体工作时，索体钢丝在力的作用下发生伸长变形。在摩擦阻力的作用下，内外层PE随钢丝伸长而伸长，内外层PE始终受拉应力的作用。由于索体结构的影响，内层PE与钢丝的摩阻远远大于外层PE与内层PE的摩阻。因此，当索体工作时外层PE克服摩擦阻力后产生滑动，从而外层PE 的拉应力得到减小。外层PE拉应力减小的过程称之为应力释放。当应力释放达到稳定值时内外层PE的应力差与内层PE的应力比值k称之为外层PE静态应力释

12、放系数。 试验曲线（0.4b)试验结果及分析外层PE静态应力释放系数计算结果项目1，3号测点（）5，7号测点（）9，11号测点（）13，15号测点（）内1389125115711528外84686810981158外543383473370k39%31%30%24%k平均31% 试验分析 1)试验结果表明，该类型索体外层PE的工作应力小于内层PE，应力释放有效。外层PE相对内层PE的应力相对释放量可达到30%。 2)从应变释放曲线及测量数据可看到，应力释放是在加载过程中及加载完成后的一段时间内完成。因此，这种索体结构的应力释放具有一定的动态响应速度。 3) 从试验相关数据可推算,PES索体的工

13、作应力超过3MPa。因此PE长期在高应力下工作时容易发生应力开裂。所以,降低PE的工作应力对延长PE的开裂时间是非常有意义的.（2）PE护套料耐环境应力开裂对比试验 GB/T1842-1999聚乙烯环境应力开裂试验方法规定在标准弯曲应力（标准弯曲半径）的条件下，把表面带有刻痕的PE试件置入一定温度的表面活性剂介质中，观察试件开裂的时间并计算破损几率,从而判定PE料的环境应力开裂性能。当PE试件的弯曲应力减小时,其环境应力开裂时间必然增加。 同等条件下100%与70% 应力状态下PE试件的耐环境应力开裂比对表明，PE应力减少30%后，耐环境应力试验开裂时间大大增加。 由此可知，PES（FD）低应

14、力防腐索体PE护套耐环境应力开裂的性能优于普通的PES索体。因此，PES（FD）低应力防腐索体的使用对提高索体寿命有着相当深远的意义。 对比试验结果2. 下端防水防腐设计 下端的防水防腐需解决下端的进水与解决预埋管孔道内的冷凝水问题。 采用有效的防水罩结构，合理的预埋管设置与排水措施，从而有效阻断雨水进入下预埋管的途径。下端预埋管内灌注防腐油脂防腐，有效阻止冷凝水与锚头的接触。 合理的预埋管构造与防水3。 短吊杆的处理 短吊杆自由长度不应小于2米，一般摆动角不大于23，从而控制吊杆附加拉应力增加量在5%以内。同时增加球型支座装置，取消上端减振块，使短吊杆能自由摆动。4. 悬索桥主缆 采用干风防

15、腐系统四.工程应用 OVMLZM吊杆锚固体系及技术已在20多项工程中应用。OVMLZM拱桥吊杆系统工程应用情况表OVMLZM拱桥吊杆系统工程应用情况表 序号工程名称完成时间索体类型吊杆、拉索类型1宜宾小南门金沙江大桥修复工程2002年PES（FD）7-91及PES（FD）7-109拉索OVMDS（K）7-91型及OVMDS（K）7-109型吊杆2江西南昌德兴桥2002年PES（FD）7-61及PES（FD）7-73拉索OVMLZM（K）7-61型及OVMLZM（K）7-73型吊杆3贵州贵阳观山桥2003年PES（FD）7-109及PES（FD）7-127拉索OVMLZM（K）7-109型及OV

16、MLZM（K）7-127型吊杆4广东东莞鸿福桥2003年PES（FD）7-109及PES（FD）7-127拉索OVMLZM（K）7-109型及OVMLZM（K）7-127型吊杆5广西南宁那莫桥2003年PES（FD）7-85拉索OVMLZM（K）7-85型吊杆6江苏苏州马运桥2003年PES（FD）7-73拉索OVMLZM（K）7-73型吊杆7四川雅安二家堰桥2003年PES（FD）7-61拉索OVMLZM（K）7-61型吊杆8四川乐山沙湾大渡河大桥换索2003年PES（FD）7-55拉索OVMDS（K）7-55型吊杆9四川攀枝花倮果桥换索2003年PES（FD）7-85拉索OVMDS（K）7

17、-85型吊杆10桂林漓江石家渡桥在建PES（FD）7-73拉索OVMLZM（K）7-73型吊杆11广东中山中山一桥在建PES（FD）7-37拉索OVMLZM（K）7-37型吊杆12杭州钱塘江四桥（复兴大桥）在建PES（FD）7-55、PES（FD）7-85及PES（FD）7-109拉索OVMLZM（K）7-55型、OVMLZM（K）7-85型及OVMLZM（K）7-109型吊杆13浙江杭州德胜路桥在建PES（FD）7-85拉索OVMLZM（K）7-85型吊杆14浙江华川桥在建PES（FD）7-121拉索OVMLZM（K）7-121型吊杆15江苏澹台湖桥在建PES（FD）7-61拉索OVMLZM

18、（K）7-61型吊杆16吉林江湾桥在建PES（FD）7-127拉索OVMLZM（K）7-127型吊杆17广东东莞水道特大桥在建PES（FD）7-91拉索OVMLZM（K）7-91型吊杆18广东东莞大汾北水道特大桥在建PES（FD）7-85及PES（FD）7-91拉索OVMLZM（K）7-85型及OVMLZM（K）7-91型吊杆19北京五环路石景山桥2004年元月PES（FD）7-451拉索OVMLZM（K）7-451型拉索1.宜宾小南门金沙江大桥 建于1990年。中承式钢筋砼双肋拱桥,主跨240m，桥宽19.5m。吊杆采用7*j5*19 1570MPa级PC钢绞线,钢管保护,水泥砂浆及硫磺砂浆

19、防腐处理。 2001年11月7日8根吊杆腐蚀断裂，部分桥面垮塌。2002年4月恢复通车工程完成。新工程采用OVMDS（K）7-91型及OVMDS（K）7-109型吊杆 ，PES（FD）7-91和 PES（FD）7-109拉索，外包不锈钢套管。2.杭州钱塘江四桥（复兴大桥）在建，主桥为双层11联拱组合拱桥，2*85m+190m+5*85m+190m+2*85m（1145m），桥宽26m，上层为双向六车道，下层为轻轨，公交及人行。85m跨采用OVMLZM（K）7-109I型吊杆 及PES（FD）7-109拉索， 190m跨采用OVMLZM（K）7-85/55I型吊杆 及PES（FD）7-85/55

20、拉索。3.四川乐山沙湾大渡河大桥 建于1998年，下承式钢管砼拱桥，主跨150m，桥宽18m，吊杆采用7*j5*19 1570MPa级PC钢绞线,PE保护,水泥砂浆防腐处理。由于吊杆系杆锈蚀严重于2003年更换。 新吊杆采用OVMDS（K）7-55型吊杆及PES（FD）7-55拉索，外包不锈钢套管。4.广东东莞洪福大桥建于2003年9月，中承式钢管砼拱桥，主跨125m +125m ，桥宽32.5m，吊杆采用OVMLZM（K）7-109型及OVMLZM（K）7-127型吊杆 和PES（FD）7-109及PES（FD）7-127拉索 ，外包不锈钢套管。5. 北京五环路石景山南站跨线桥 建于2003

21、年10月，独塔单索面砼斜拉桥，主桥45m+65m+95m+40m，单侧桥面宽11.25m 。拉索采用PES（FD）7-451拉索 。四. 拉索的未来与发展防腐及耐久性仍然是桥梁拉索的重要研究课题无粘结防腐型索体切实可行的防腐措施重视维修维护2. 可监测智能型拉索传感器技术通讯技术-管理系统传感器技术管理系统通讯技术适应性长效性能长期在线监测实时健康评估实时远程管理无线通信InternetGPS磁通量传感器光纤光栅传感器FRP 拉索纤维增强塑料(FibreReinforcedPlastics)，碳纤维 -CFRP玻璃纤维-SFRP芳纶纤维-AFRPFRP 特性高强-抗拉强度大于2000MPa耐腐

22、蚀 -非金属材料轻质-容重约为钢材的1/51/4力学性能-应力应变呈线性疲 劳极限高达静载强度的70 80% 破断前有明显的变形征兆 CFRP的E值高于钢材电磁性能-中性FRP棒材已加工完成的CFRP管杆件FRP筋、索的锚具CFRP筋锚具非金属CFRP绞线锚具金属CFRP绞线锚具金属CFRP筋束锚具CFRP筋锚具已开发的FRP筋锚具FRP筋的挤压锚固体系FRP筋的树脂粘结锚固体系FRP筋锚具图25 粘结型锚具简图粘结型锚具简图图26夹片型锚具简图夹片型锚具简图 图27 金属粘结型锚具成品金属粘结型锚具成品 陶瓷材料锚具 混凝土材料锚具1 混凝土材料锚具2FRP筋锚具日本研制的单孔和多孔夹片式金

23、属锚具 加拿大研制的单孔金属锚具及张拉试验品 CFRP斜拉索桥梁1996年FRP桥梁体系最著名的一座于1991年在英国建成。这是一座全复合材料人行桥，采用斜拉结构，总长113m，到2001年2月已经在苏格兰严酷的气候条件下安全运行了近10年，一切正常，显示出复合材料桥的一系列优点。 桥梁预应力体系应用年份 位置及桥名 桥梁概况 力筋类型 1986德国杜塞尔多夫乌仑堡街道桥两跨两车道后张预应力混凝土连续梁跨度为21.3m+25.6m，桥宽15m，梁高1.75m(梁内仍用普通非预应力筋)每跨有59束纵向GFRP197.5mm棒筋，每束工作荷载为600kN(0.47Pu)，配有光纤传感器及其它埋入式传感器，进行长期监测1987德国多尔马根重型公路桥两跨10m+10m预应力混凝土桥，用以更换在氯化物蒸气下，严重腐蚀的旧桥GFRP-HLV力筋，工作荷载600kN续上表1988日本石川县新宫桥 一跨5.76m，桥长6.1m，桥宽7.0m 8-CFRP绞线1712.5mm，6根用于下翼缘，2根用于上翼缘1