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钢桥养护的问题 听中外专家怎么说

发布日期:2020-12-25 15:34:38浏览:0| 加入收藏返回列表

因外形漂亮,施工工期短等特色,钢结构桥梁近年来在国内备受喜爱,许多大跨径桥梁在建设中均选用钢结构。正交异性钢桥面板则具有自重较轻、承载力高、便于工厂化制作等长处,已成为长大桥梁首选的桥面板结构,在全球范围内得到运用。跟着交通流量的大幅上升,桥面每日所接受的荷载也在不断添加,钢桥面板的疲惫问题开端凸显。此外,结构的检测与监测、桥面铺装、修补加固及防腐蚀等问题都给钢桥面板的维护带来一系列的应战。

2020年7月16-17日,《桥梁》杂志社联合多家单位一起举行国际正交异性桥梁及钢结构桥梁线上论坛,就钢结构桥梁维护和办理的相关问题,本刊记者采访了几位在论坛上进行专题讲演的中外专家,并对他们的观念和主张加以整理,在此与读者共享。

揭开“疲惫开裂”之谜

自上世纪以来,正交异性钢桥面板逐步进入人们的视界。近年来,国内外展开了不少相关的研讨,获得一些效果。疲惫问题一向是此类桥面板最大的“软肋”,那疲惫问题又是怎么呈现的呢?

据日本东京都市大学校长三木千寿介绍:“正交异性钢桥面板较薄,当车辆等荷载在桥上通行时,桥面的位移和应力会发生杂乱的改变,因其结构重复接受车轮荷载分量,易发生变形,引发疲惫现象。”他还着重,“效果在车轮上的荷载是导致桥面板呈现疲惫现象的中心要素。”美国新泽西州交通厅桥梁及结构工程师程小华博士又作了具体阐明,她解释道:“钢桥面板的疲惫问题一般触及三方面的要素。首先是规划原因,即构件之间的衔接处和开洞处发生高变形和高应力,或运用疲惫强度低的结构细节等所形成的;其次,在加工制作过程中,因焊接要求不明确或质量操控未能满意规划要求,也或许因为无焊接查看规范或查看规范较低,使得产品带有内涵缺点而形成;最终则是在管养方面,例如对重型车辆数量或方位操控不力、桥梁和铺装定时查看不到位等状况亦会导致疲惫开裂。”

有关易于发生裂纹的部位,帕迪尔工程咨询有限公司首席履行官AminGhafooripour博士从力学视点,进行了描绘。他说:“当应力会集发生时,跟着荷载的效果,疲惫效应始现。首要是因为钢材的原子晶体办法呈现变形,才会发生裂纹。钢结构中任何不接连的结构会导致在焊缝处、衔接处及任一焊接构件中变形的原子晶体相连,该点若遭到荷载的效果,并呈现应力会集时,极易呈现疲惫裂纹”。

依据长沙理工大学土木工程学院院长李传习总结,六种方位简略发生疲惫开裂,一是顶板与纵向U肋焊缝方位;二是纵肋接头方位焊缝;三是U肋间桥面板与横隔板焊缝;四是U肋与横隔板衔接焊缝处;五是腹板笔直加劲肋与面板衔接焊缝;六是远离U肋焊缝下端的弧形切断起弧点邻近区域横隔板母材开裂。

钢桥简略疲惫开裂的部位

此外,经研讨发现,钢桥面板的焊接部分存在许多会发生疲惫的点,特别是焊缝等衔接处,其根部呈现焊接缺点的现象难以得到操控。

因为选用薄板规划,前期正交异性钢桥一般会在执役5-8年之后,呈现疲惫问题,如英国的赛文桥(SevernBridge)、德国的Polar桥等。东京都市大学校长三木千寿指出,日本较早运用正交异性钢桥,上世纪60年代建成的桥,一般在通车10年左右会被检测出第一条疲惫裂纹。美国加利福尼亚州交通厅产权答应作业室主任AjaySehgal谈到,美国对运用正交异性桥梁十分慎重,起先只在有限的几个州试建。密歇根州曾因一座用于实验的桥梁的桥面板开裂,从此在全州范围内制止再建该类桥梁;为安全起见,加利福尼亚州的钢桥面板厚度则不小于16毫米。美国的正交异性桥梁一般为开口肋桥面板办法,因其结构比较合理,有关部分又对重载车辆加以约束,故而较少呈现疲惫问题。1967年建成的圣马特奥-海沃德大桥,在主车道选用19毫米厚的桥面板,迄今未呈现严峻的疲惫开裂,算是一个奇观。

美国圣马特奥-海沃德大桥

检测与监测的无法

在日常的钢结构桥梁维护过程中,人们希望能尽早发现疲惫裂纹,才干采纳有用的补救办法。尽管结构检测和监测已逐步成为桥梁维护的新热门,但在几位专家眼中,人工巡检仍然是现在最有用的办法。

钢桥日常巡检

三木千寿坦言,对检测工程师进行训练,让他们了解疲惫裂纹的类型和首要呈现的方位,是十分必要的。但是,因为前期疲惫裂纹常常发生于正交异性钢板各种焊趾处,经过目测难以将其检测出来。他说:“日本现在运用许多无损检测办法,如磁粉检测(MT)、浸透检测(PT)和涡流检测(ECT)等,它们能检测出正交异性钢桥面板外表的一些裂纹,但关于桥面板内部一些躲藏的裂纹,效果并不抱负。”此外,他还特别指出,在桥面板和纵肋间的焊缝根部易发生疲惫裂纹,而因其并不在外表扩展,比较难以发现。他的团队在日本研讨运用增强型超声检测(PAUT)办法检测此类裂纹,获得必定发展。长沙理工大学土木工程学院院长李传习相同以为,关于钢桥面板而言,肉眼无法观测到的当地,则需凭借TOFT、相控阵等超声检测办法。但运用这些办法最首要的问题是,有必要将桥面铺装去除才干进行,对正在运营的桥梁而言,难度较大。

任教于美国普度大学莱尔斯土木工程学院的RobertJ.Connor告知记者:“在美国,除了人工巡检之外,磁粉检测、浸透检测等检测手法也较为常见。”但他又无法地标明:“无损检测的准确度现在尚难以保证,因为这与操作设备的检测人员密切相关。而关于增强型的超声检测,现在也难以断语,它优于传统的检测办法,其效果不只取决于仪器的技能水平,还触及技能人员的操作技能等要素。”当然,跟着无人机、智能机器人等技能的推行遍及,疲惫开裂的检测效果,将有或许发生质的腾跃。

钢结构桥梁智能监测系统的运用也处于初级阶段,遇到不少困难与应战。RobertJ.Connor以为,坚持系统运营的昂扬本钱和有用监测数据的匮乏,使监测作业的远景不容乐观,而关于传感器的运用效果,他也表达了一些困惑。“现在没有充沛的数据标明,一个身处比较恶劣环境下的钢桥传感器在装置10年后仍能正常地作业,并在有用范围内施行准确的监测,咱们又怎么坚信传感器能一向长时刻执役,它的数据收集系统一向正常作业,并且能和未来的技能系统兼容?”另据了解,三木千寿和他的日本团队研制了不同类型的传感器,用于监测正交异性钢桥面板的疲惫损害,因测验成果不尽善尽美,并未投入实践运用中。由此看来,关于钢桥面板疲惫开裂的监测仍然负重致远,需求进一步完善技能,注重研讨与运用的结合。

日本钢桥图

修补加固对症处治

正交异性钢桥面板结构呈现疲惫等病害后,一般管养单位采纳修补或加固的办法,国内外均不乏成功的事例,加固效果亦比较抱负。而关于在役桥梁呈现许多疲惫开裂的景象,程小华博士以为,首先要找到病害的真实原因再对症下药。她进一步剖析道:“正交异性钢桥面板的许多疲惫问题都是因为薄板相对变形而引起,疲惫损害加固应该从这方面下手,而单纯的钻孔修补仅仅临时性办法。从持久考虑,需求添加全体的刚度。现在在疲惫开裂处增贴新钢板加固或以焊接修正的办法比较典型,近年来运用钢纤维混凝土加销钉以加强桥面铺装的办法也恰当有用。”

日本东京都市大学校长三木千寿附和程小华的观念,亦主张在确认疲惫成因的基础上,拟定有针对性的修补或加固计划,设法消除裂纹。多年来,他带领团队对桥面板不同方位的裂纹进行了研讨,总结出一些有用的办法。“关于横肋和纵肋的截面呈现的疲惫问题,处理里边的裂纹并不简略。为了进步整个钢板的刚度,能够采纳添加横肋或纵肋数量的办法,或对它们进行加固;若桥面板的外表发生疲惫开裂,现在首要的修补办法便是经过重焊铲除裂纹,来进步疲惫强度,也能够考虑超声冲击的办法。”他谈道:“但是,要消除根部的裂纹,经过从头焊接进步疲惫强度的办法,较为困难,咱们正在研讨适宜的修补计划,测验经过激光复合焊修补源于根部并分散到桥面板以及呈现在焊缝内的裂纹,但现在还未得以运用。”

美国研制的无线传感器

智能化监测检测

为了有用地处理钢板的疲惫开裂问题,焊接机器人开端用于制作与施工中。“出产企业经过由焊接机器人运用先进的技能,高效地施行钢板的制作,在技能环节中还有必要包含牢靠度较高的测验流程,来保证桥面板和加劲肋之间的焊接衔接质量。此外,技能人员运用激光丈量和机器人焊接技能来处理开裂的底梁,而从肋终究梁的细部结构中需求防止选用内部隔板。”美国加利福尼亚州交通厅产权答应作业室主任AjaySehgal告知记者。

现在,国内正在鼓起有关正交异性钢桥面板疲惫加固研讨的高潮,在新资料和新工艺方面有所突破,关于按捺疲惫裂纹起到一些效果。长沙理工大学土木工程学院院长李传习给记者举例时谈到,湖北军山大桥顶板U肋裂纹处治选用的刚性铺装法(横铺钢板条+STC),佛山平胜大桥钢箱梁横隔板切断母材裂纹处治则运用张贴CFRP法,都是很好的测验,有较为抱负的效果。“在实践中有必要秉承辩证施治、对症下药的准则,挑选经过科学验证的加固补强或处治的办法,而关于张贴CFRP法,保证粘胶剂功能和加固工艺符合要求,是保证加固效果的要害。”

正交异性钢桥的修补加固作业,都已到达必定的施工规划,因每日经过桥梁的车流量较大,会使施工遭到限制,因而在制定施行战略时,应先了解桥梁可通行的车辆类型,有必要规划交通管控计划,以下降施工对正常交通的影响。

此外,在钢桥的修补加固过程中,还有一些问题应该予以注重。AminGhafouripour博士主张,在修正中不再运用任何新的焊接件。在他看来,怎么坚持适宜的焊接温度,并进行预热,以及履行规范的焊接与修正程序,都将使施工方面临一系列应战。大都状况下,最首要的应战则来自因修正程序所限,在修补或加固后会发生新的疲惫应力。因而,技能人员需求从头树立更为准确的有限元模型,得以在钢桥修正后发现新的疲惫热门。而依据三木千寿校长的观念,许多呈现在焊缝根部的疲惫裂缝,既不简略在前期发现,又难以在修补时完全铲除,因而在规划修正计划时,许多需求处治的裂缝等病害是要点考虑的要素。

裂纹补焊技能

铺装得法防腐有道

钢桥面铺装一向是国内大跨径桥梁维护的要点和难点。在交通荷载、杂乱气候等要素的影响下,钢桥面的铺装功能会继续退化,简略呈现网裂、坑洞、掉落,以及铺装层与桥面板别离等多种病害。现在钢桥面板的铺装资料以沥青混凝土为主,而选用双层铺装结构较为遍及。以泰州大桥为例,其“基层浇筑+上层环氧”结构系统为国际创始,通车8年来一向坚持杰出的执役状况。但该系统存在铺装基层沥青混凝土易于高温下变形,使上层发生应力会集的缺点,维护技能人员有针对性地树立了桥面系一体化联动感知系统,对其进行温度监测,经过每月一至两次的惯例检测,及时处理异物及化学污染品,并施行操控桥面温度等维护办法,根本杜绝了严峻开裂等现象。

泰州大桥钢桥面铺装结构

作为一种新型资料,超高功能混凝土(以下简称UHPC)自面世以来,在阅历了许多的实验和多座桥梁的工程运用后,在处理钢桥面铺装和钢箱梁疲惫病害方面的效果得到专家的认可。

据了解,美国已运用混凝土桥面铺装系统对5座桥梁进行改造,所有这些改造施行还未超越10年,铺装的耐久性终究怎么,还有待时刻的进一步查验。据加利福尼亚州交通厅产权答应作业室主任AjaySehgal介绍,以钢纤维高功能混凝土替代沥青作为铺装资料,经实践证明,能够在某种程度上下降桥面板的应力数值,有用按捺疲惫裂纹的发生或扩展。

耐腐蚀功能差也是钢结构桥的首要缺点之一。特别在冷热、干湿替换的沿海地区,因海洋盐雾的含碱量较高,对钢材的腐蚀较为严峻,会危及桥梁的结构与运营安全。现在国内传统上选用环氧富锌和电弧锌铝合金加油漆的防腐工艺,近年来经过技能上的立异,钢桥的防腐蚀效果得到必定程度的改进。美国在防腐方面也积累了一些名贵的经历,加利福尼亚州交通厅产权答应作业室主任AjaySehgal标明:“一个开裂的桥面板,无论是选用混凝土资料,仍是用正交异性钢结构,都有或许发生腐蚀现象。大大都的正交异性桥梁都会在其结构外表运用涂料,镀锌则比涂料的耐久性更高。”任教于普度大学的RobertJ.Connor则把恰当的桥面铺装及运用可消除腐蚀的原料,作为钢结构桥防腐的抱负计划,而针对易腐蚀的环境,他也推荐在钢桥面板上涂喷不易生锈的金属的办法。程小华博士的几条主张则更为全面,一是着重钢桥面铺装及防水层类型的挑选与施工质量最为要害,能有用地防止其开裂脱落及漏水;二是桥面板结构构件运用耐候钢加三层涂层,能够延伸其防腐时刻;三是定时查看排水口和合理规划桥面排水系统的办法也能够防止积水,削减锈蚀的发生。

防腐处理

多管齐下治恶疾

作为现代陆路交通的首要特征,重载、高速和大流量,都会让钢结构桥的管养面临严峻的检测,亦使钢桥面板的疲惫问题益发杰出。程小华博士指出,面临这种局势,在规划阶段应对未来或许呈现的管养方面的问题加以全面考虑和权衡,结合正交异性钢板自身的特性,经过减小横隔板距离等办法,加大钢桥面板厚度和全体刚度,改进焊接细部的疲惫强度及制作质量,并充沛运用与混凝土的复合效果来加以处理。此外,她还给出了新的思路:“依据美国的经历,部分长大桥梁现在运用横梁纵梁加混凝土桥面板办法,并运用PPC和UHPC等资料,改进桥面板的铺装处理,延伸其运用寿命。正交异性钢板尽管具有不少长处,但在交通大流量的趋势下,桥面板亦可考虑其他的办法。”

跟着工程技能的不断进步以及钢材产能的适度开释,未来将有更多的钢结构桥梁运用于我国的公路和铁路交通中。与它杰出的长处相同,其缺点也十分显着,给后期的办理维护带来不少费事。结合国内外的经历来看,钢结构桥的维护应该是一项系统性作业。一方面,桥梁管养单位针对桥面板疲惫开裂、易受腐蚀等问题,运用新工艺、新资料、新技能,展开检测监测及施行修补加固等项对策;另一方面,规划、制作、交通法律等部分也有必要扮演好各自的人物,尽力补偿钢结构桥梁的缺点,为其充沛“减负”,才干让它坚持无缺的形状,在现代交通中发挥更为重要的效果。

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