拉吊索结构耐久构造与可检修易更换技术的研究

《拉吊索结构耐久构造与可检修易更换技术的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《拉吊索结构耐久构造与可检修易更换技术的研究（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、西部交通建设科技项目 交通编号： 合同号： 2006 318 223 02-05 单位编号： 密 级： 分 类 号： 拉吊索结构耐久构造与可检修拉吊索结构耐久构造与可检修 易更换技术的研究易更换技术的研究 报告简本报告简本 交通运输部公路科学研究院交通运输部公路科学研究院 同济大学同济大学 大连理工大学大连理工大学 中交公路规划设计院有限公司中交公路规划设计院有限公司 江苏法尔胜新日铁缆索有限公司江苏法尔胜新日铁缆索有限公司 2011 年年 05 月月 拉吊索结构耐久构造与可检修易更换技术的研究 报告简本 1 1 引引言言 1.1 项目概况项目概况 “拉吊索结构耐久构造与可检修易更换技术的研究

2、”项目为 2006 年交通部西部交通建设科技项目，与其他 9 个桥梁耐久性问题相关科研项目的研究成果进行集成，形成“桥梁耐久性关键技术”。本项目由交通运输部公路科学研究院牵头，参加单位包括：同济大学、大连理工大学、中交公路规划设计院有限公司、 江苏法尔胜新日制铁缆索有限公司。 研究年限为 2006 年 11 月至 2010年 12 月。 本项目共设六个专题： 专题一：索结构构造调查研究与合理耐用性分析 专题二：拉吊索结构耐久性评价与安全使用期确定方法 专题三：索结构耐久构造的试验与改进方法研究 专题四：拉吊索结构应力与锈蚀检测方法研究 专题五：可检修、易更换拉吊索结构体系设计方法的研究 专题六

3、：拉吊索结构更换技术 1.2 提交成果提交成果 拉吊索结构耐久性调查与合理耐用性分析 拉吊索结构耐久性评价与安全使用期确定 拉吊索结构耐久构造与改进方法研究 拉吊索结构应力与锈蚀检测方法研究 可检修、易更换拉吊索结构体系设计方法的研究 拉吊索结构更换技术研究 济宁市京杭运河大桥吊杆检查及更换分析 武义温泉桥吊杆检查及更换 嘉会大桥系杆病害处治技术研究 可检修、易更换拉吊索结构体系设计指南 拉吊索结构耐久构造与可检修易更换技术的研究 报告简本 2 拉吊索结构更换施工技术指南 “拉吊索结构耐久构造与可检修易更换技术研究”查新报告 “拉吊索结构耐久构造与可检修易更换技术研究”报告简本 拉吊索结构耐久

4、构造与可检修易更换技术的研究 报告简本 3 2 项目研究项目研究目标目标 本项目的研究主要针对我国拉吊索桥梁突出存在的耐久性问题，在借鉴消化吸收国内外已有科研成果和应用技术成果的基础上，结合我国公路桥梁领域在有关耐久性问题方面的立题研究情况，通过组织国内有关单位进行协作攻关，力求在设计、施工和养护各个方面实现桥梁拉吊索耐久性关键技术的突破，为交通事业的健康和可持续发展奠定基础。 拉吊索结构耐久构造与可检修易更换技术的研究 报告简本 4 3 主要科技成果主要科技成果 3.1 在用桥梁拉吊索结构构造调查研究与合理耐用性分析在用桥梁拉吊索结构构造调查研究与合理耐用性分析 拉吊索构造形式调查拉吊索构造

5、形式调查 收集大量相关文献，共调查拉吊索桥梁 150 余座，现场调查 36 座，专项检测 24 座，经分析得到结论如下： 归纳出拉吊索索体形式。我国常用形式主要为平行钢丝索和钢绞线拉索。 归纳出拉吊索锚具形式。我国常用形式为冷铸锚和夹片锚。 归纳出我国常用的索体防护形式。 归纳出拉吊索与锚具的组合形式，最为常用的形式有：平行（半平行）钢丝索冷铸锚（冷铸镦头锚） ，平行（半平行）钢绞线索夹片式群锚。 拉吊索病害总结及成因分析拉吊索病害总结及成因分析 总结出我国拉吊索的典型病害及成因 （典型拉吊索病害如图 3-13-6 所示） 。如下： PE 套管（或钢管套管）水泥浆防护的拉吊索主要病害为 PE

6、套管（或钢套管）开裂、破损，雨水渗入水泥浆内部，或 PE 套管（或钢套管）内上部水泥浆填充不密实、水泥浆体有浮浆或不凝固，吊杆拱桥下端预埋管存在积水和冷凝水，给索体的锈蚀提供潮湿环境。 铝套管水泥浆防护的拉吊索主要病害为套管内灌水泥浆与铝套管发生化学反应体积膨胀， 造成铝套管涨裂、 破损； 及铝套管内上部水泥浆填充不密实、水泥浆体有浮浆或不凝固，给索体的锈蚀提供潮湿环境。 镀锌钢丝（钢绞线）防腐油脂热挤 PE（或 PEPU）防护的拉吊索的主要病害为热挤 PE 防护老化开裂、 破损， 与锚具连接部位钢丝裸露或密封失效，导致雨水渗入。 钢绞线夹片群锚的拉吊索的主要病害为钢绞线张拉锚固施工过程中，

7、由于存在张拉误差或是操作不当，造成各根钢绞线松紧不一，受力不均；或后期运营过程中，由于汽车荷载、风载等的作用，桥梁长期处于振动状态，造成夹片松拉吊索结构耐久构造与可检修易更换技术的研究 报告简本 5 动、钢绞线滑移等现象。 设计施工的不足、新材料及新工艺的不成熟、超限超载、材料自然老化、管养措施不力、不可预见自然灾害等也是影响拉吊索结构耐久性的病害因素，这些因素均导致拉吊索防护破裂进水，引起钢丝锈蚀。 图图 3-1 济南黄河公路桥拉索端保护套开裂济南黄河公路桥拉索端保护套开裂 图图 3-2 济南黄河公路桥下锚头有锈蚀济南黄河公路桥下锚头有锈蚀 图图 3-3 乐山犍为大桥钢丝锈蚀乐山犍为大桥钢丝

8、锈蚀 图图 3-4 乐山犍为大桥索夹处乐山犍为大桥索夹处 PE 破损破损 图图 3-5 天津永和大桥镦头钢丝锈蚀天津永和大桥镦头钢丝锈蚀 图图 3-6 天津永和天津永和 PE 护套开裂护套开裂 拉吊索结构耐久构造与可检修易更换技术的研究 报告简本 6 拉吊索合理耐用性分析拉吊索合理耐用性分析 截至 2010 年底，全国已有 22 座斜拉桥、34 座吊杆拱桥更换了拉吊索，通过对换索桥梁的分析，得到结论如下： 换索时间在建成通车后 317 年， 换索桥梁的拉吊索平均使用寿命为 11.8年，最短 3 年，最长 17 年。拉吊索耐久性降低的主要表现形式为索体防护破损进水，导致钢丝锈蚀、断裂。 我国拉吊

9、索防护体系发展可大致分为 3 个阶段，第一阶段（19751983） ：苯乙烯玻璃丝布，钢丝网水泥套，聚氯乙稀套管灌黄油，玻璃钢套管，铝套管灌水泥浆，冷制沥青胶等防护。该防护下换索最短使用年限为 7 年，最长使用年限为 22 年， 平均使用寿命为 13.5 年， 目前基本已被淘汰。 第二阶段 （19831988） ：套管内灌注水泥浆的防护，特别是采用了 PE 管内灌注水泥浆的方法。该防护下最短使用年限为 7 年，最长使用年限为 19 年，平均使用寿命为 11.71 年。第三阶段（1988 至今） ：热挤 PE 防护套防护，该防护下最短使用年限为 7 年，最长使用年限为 17 年，平均使用寿命为

10、9.21 年。 从地域上看，桥梁拉吊索更换拉索主要集中在四川、云南、广东、广西，其主要原因是这些地区气候湿热，大气及降水含有较强的腐蚀成分，空气中含腐蚀性 Cl-离子等成分较多，导致拉索锈蚀严重。 国内采用现场制索的广东南海市九江大桥和四川嘉陵江石门大桥， 分别在竣工后 10 年、17 年后换索，表明现场制索难以保证拉索防护质量。目前工厂化拉索工艺较成熟，然而由于运输、吊装、起吊、拉拽等环节易造成 PE 损伤，如不能及时修补，随着时间的推移，拉吊索安全将受到威胁。 拉吊索耐久性设计与防护建议拉吊索耐久性设计与防护建议 拉吊索钢丝镀锌与环氧涂装防护是目前常用的防护措施， 能有效提高钢丝耐锈蚀能力

11、。 钢丝与防护材料变形不协调是引起防护材料开裂的重要原因， 新型拉吊索双层无粘结聚乙烯护套，通过现有的高强钢丝 HDPE 护套外再加一层 HDPE 护套，在内外层护套之间设置隔离层，使外层护套不出现拉应力。 不论防护材料在何处开裂，最终积存的水都将汇集到下锚头，通过在锚头拉吊索结构耐久构造与可检修易更换技术的研究 报告简本 7 内灌注油脂或聚氨脂泡沫塑料充填的方法，可阻断水与锚头的接触，达到锚头防腐的效果。 拉吊索下导管未伸到桥面以上，当保护罩破损后，桥面的雨水容易进入。通过导管适当伸长，伸出桥面 100150mm，防止雨水流入。 介绍了拉吊索全段防腐设计的新型防腐低应力拉索构造形式（图 3-

12、7） 。 图图 3-7 全防腐全防腐拉索结构图拉索结构图 3.2 在用桥梁拉吊索结构耐久性评价与安全使用期确定方法在用桥梁拉吊索结构耐久性评价与安全使用期确定方法 拉吊索结构耐久性影响因素研究拉吊索结构耐久性影响因素研究 国内拉吊索主要采用的两种索型中， 半平行钢丝索的防蚀质量高于钢绞线索。 确定 HDPE 护套耐久性主要参数有：拉吊索护套环境的年平均温度 T 和拉吊索护套环境的年均总辐射剂量 Q。 确定钢丝参数有：钢丝在拉吊索环境中第一年的腐蚀速度 C1、拉吊索环境下钢丝的腐蚀常数 n、以及镀锌钢丝的镀锌层厚度 d。 桥梁拉吊索结构耐久性评定方法研究桥梁拉吊索结构耐久性评定方法研究 护套耐久

13、性评定计算公式：ooBloglogADlogQT ，其中：为某一性能指标达到某一定值的时间，T 为户外暴露试验地点的年平均温度，Q 取户外暴露试验地点的太阳年均总辐射量。 钢丝耐久性计算公式：nttCC)(01，其中：C 为总腐蚀深度；C1为第拉吊索结构耐久构造与可检修易更换技术的研究 报告简本 8 一年的腐蚀深度；t 为腐蚀持续时间，以年为单位；t0为镀锌层耗尽需要的时间；n 为与腐蚀材料与环境有关的常数。 以石门大桥为研究对象，研究全截面周向锈蚀与径向锈蚀规律、索长方向锈蚀规律等（图 3-8图 3-10） ，建立锈蚀分布模型)/()(0min,0min0ddddR，其中 R 为锈蚀比率；d

14、0为钢丝的公称直径；dmin为截面上其余位置钢丝的最小直径；dmin,0为基准钢丝的最小直径，基准钢丝在截面径向上为表层钢丝，在截面表层周向上为护套破口处的钢丝。 雨 水 聚 集 处护 套 破 损 位 置图图 3-8 拉索截面周向锈蚀分布拉索截面周向锈蚀分布 图图 3-9 钢丝径向锈蚀检测钢丝径向锈蚀检测 图图 3-10 拉索沿索长方向锈蚀分布拉索沿索长方向锈蚀分布 以石门大桥为研究对象，在已知拉吊索检测方法、拉吊索模型及拉吊索的锈蚀规律的情况下，计算锈蚀拉吊索的极限承载力。按偏安全的判据拉吊索极限承载力是否低于拉吊索最大荷载作为拉吊索的失效判据进行拉吊索耐久性评定。拉吊索极限承载力计算步骤如

15、图 3-11。 拉吊索结构耐久构造与可检修易更换技术的研究 报告简本 9 根据钢丝损伤演化模型计算钢丝单元的 力学性能，并将其等效为钢丝的力学性能根据钢丝等伸长模型 计算拉索极限承载力找出每根钢丝中锈蚀 程度最高的那根钢丝单元按索长划分钢丝单元根据锈蚀分布确定 钢丝单元的锈蚀程度根据拉索疲劳荷载修正 那钢丝单元的裂纹深度a图图 3-11 拉吊索极限承载力计算步骤拉吊索极限承载力计算步骤 桥梁拉吊索结构安全使用期预测桥梁拉吊索结构安全使用期预测 假设：拉吊索的损伤演化过程模拟起始于拉吊索病害检测，检测前的拉吊索损伤演化过程不必模拟；通过检测，所有护套开裂以及开裂处钢丝的锈蚀等级都被记录，在新开裂处钢丝的锈蚀时间较短，