南京長(zhǎng)江二橋南汊大橋斜拉索撞擊后損傷檢測(cè)分析研究

魏海偉，吳忠振，霍翔

（1.中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100088；2.中國(guó)公路工程咨詢(xún)集團(tuán)有限公司，北京 100097）

斜拉索是斜拉橋的關(guān)鍵構(gòu)件，車(chē)輛或船只撞擊斜拉索很有可能導(dǎo)致斜拉索護(hù)套破損、阻尼器脫離、底座錨固松動(dòng)和斜拉索斷絲等，這將極大程度上威脅橋梁結(jié)構(gòu)安全[1,2]。2013年一輛渣土車(chē)撞向天興洲大橋斜拉索，8號(hào)斜拉索受損嚴(yán)重；2014年一輛空載掛車(chē)撞擊杭州灣大橋斜拉索，北塔下游側(cè)B11號(hào)斜拉索表面護(hù)套剮蹭嚴(yán)重[3]；2010年受1號(hào)臺(tái)風(fēng)影響,越南平橋被3艘因維修停留在海防港造船廠(chǎng)的貨船撞擊,有1艘貨船甲板上層建筑(船尾樓)撞上該橋主梁，兩根斜拉索受到嚴(yán)重撞擊[4,5]。隨著交通量的增加，斜拉索受到撞擊的風(fēng)險(xiǎn)概率也會(huì)越來(lái)越大，有必要針對(duì)撞擊事故進(jìn)行系統(tǒng)化程序化的檢測(cè)研究總結(jié)。

1 概況

南京長(zhǎng)江第二大橋（以下簡(jiǎn)稱(chēng)南京二橋）是國(guó)家“九五”重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目之一，位于現(xiàn)南京長(zhǎng)江下游11公里處，全長(zhǎng)21.197公里，由南、北汊大橋和南岸、八卦洲及北岸引線(xiàn)組成。設(shè)計(jì)速度100公里/小時(shí)；設(shè)計(jì)荷載：汽-超20，掛-120。南京二橋的主橋南汊大橋是一座雙塔雙索面五跨連續(xù)的鋼箱梁斜拉橋，主跨為628m，跨徑布置為（58.5+246.5+628+246.5+58.5）m。南汊大橋斜拉索采用空間雙索面扇形索布置，每個(gè)索面20對(duì)斜拉索，全橋共80對(duì)（160根）索。斜拉索在塔柱上的錨固間距為1.75～2.5m；斜拉索在梁上的錨固間距，在標(biāo)準(zhǔn)梁段為15m，塔下無(wú)索區(qū)為2×21.5m，輔助跨錨索間距12m。斜拉索與鋼箱梁采用套筒錨固，在塔上張拉。斜拉索采用直徑φ7mm高強(qiáng)度平行鋼絲外擠包高密度聚乙烯（即PE護(hù)套）形成拉索，最大索長(zhǎng)333.8m,重26.7噸。斜拉索按拉索直徑分類(lèi)共有φ112mm，φ120mm，φ130mm，φ141mm，φ150mm五種規(guī)格。為方便描述斜拉索位置，根據(jù)南京長(zhǎng)江第二大橋南汊大橋施工圖的編號(hào)規(guī)則，對(duì)每根斜拉索進(jìn)行編號(hào)，斜拉索編號(hào)格式如下所示：（索塔）-（塔側(cè)）-（上下游）-（編號(hào)），其中：索塔N表示北塔，S表示南塔；塔側(cè)A表示岸側(cè)，J表示江側(cè)；上下游S表示上游，X表示下游；編號(hào)面向塔側(cè)為小編號(hào)，背向塔側(cè)為大編號(hào)，依次為1～20。示例：NAX16表示北塔岸側(cè)下游側(cè)16號(hào)斜拉索。2016年1月，南京二橋南汊大橋發(fā)生多起車(chē)輛撞擊事故，其中一輛貨車(chē)偏離行車(chē)路線(xiàn)撞擊到編號(hào)為NAX16斜拉索，為全面反映該斜拉索損傷情況，南京長(zhǎng)江第二大橋有限責(zé)任公司委托中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司進(jìn)行了斜拉索撞擊后損傷檢測(cè)分析研究。

2 檢測(cè)方法

為全面客觀反映車(chē)撞事故對(duì)斜拉索基本性能的影響，斜拉索檢測(cè)采用多索交叉驗(yàn)證對(duì)比和多方法交叉驗(yàn)證對(duì)比。本次主要檢測(cè)項(xiàng)目為外觀檢查、索力檢測(cè)和索體鋼絲銹蝕斷絲檢測(cè)。外觀檢查主要針對(duì)受損NAX16斜拉索；索力檢測(cè)利用斜拉橋?qū)ΨQ(chēng)結(jié)構(gòu)特性，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)同一塔側(cè)的具有相同受力形式對(duì)稱(chēng)及鄰近斜拉索進(jìn)行索力檢測(cè)，同時(shí)與歷年檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比；索體鋼絲銹蝕斷絲檢測(cè)主要利用磁致伸縮導(dǎo)波傳感器對(duì)受損斜拉索及鄰近斜拉索進(jìn)行檢測(cè)。

（1）外觀檢查，用以判斷撞擊對(duì)斜拉索外觀的損傷，這是檢查的基本項(xiàng)目，通過(guò)目測(cè)來(lái)檢查索身護(hù)套是否有鼓包、銹包、開(kāi)裂、斷裂、膨脹及變形等現(xiàn)象，目測(cè)檢查減震阻尼器的防腐涂裝、連接螺栓、支架和底座外觀情況。

（2）索力檢測(cè)利用索力檢測(cè)儀在環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)激勵(lì)條件下測(cè)定斜拉索的索力。采用專(zhuān)用夾具將加速度計(jì)固定在斜拉索上，以測(cè)定拉索的橫向振動(dòng)，加速度計(jì)將索的隨機(jī)振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)經(jīng)放大器放大后送到FFT信號(hào)分析儀中進(jìn)行頻譜分析，得到拉索的橫向振動(dòng)頻率，再經(jīng)分析得到索力。

（3）索體鋼絲銹蝕斷絲檢測(cè)可借助磁致伸縮導(dǎo)波傳感器，由于該傳感器的提離距離可達(dá)幾厘米，在檢測(cè)過(guò)程不需要拆除PE，因此它尤其適用于帶PE保護(hù)層拉吊桿的在役檢測(cè)。平行鋼絲斜拉索缺陷預(yù)警門(mén)限設(shè)定為直通波幅值的5%，用以判斷斜拉索的局部腐蝕和斷絲缺陷，如缺陷回波高于紅線(xiàn)，則判斷該斜拉索可能存在明顯缺陷；錨固段腐蝕狀態(tài)評(píng)估門(mén)限設(shè)定為錨固端部回波小于直通波幅值的10%，用以判斷斜拉索錨固段的腐蝕狀態(tài)，如錨固端部回波信號(hào)小于該信號(hào)，則判定該斜拉索錨固段可能存在大面積腐蝕。

3 檢測(cè)結(jié)果

3.1 外觀檢查

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，該拉索主要病害為：拉索下部鋼護(hù)筒油污，鋼護(hù)筒劃傷與破損，阻尼器被撞壞、缺失，PE護(hù)套破損、開(kāi)裂等，斜拉索外觀病害見(jiàn)圖2，檢查結(jié)果匯總見(jiàn)表1。

表1 外觀檢查結(jié)果匯總表

3.2 索力檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)對(duì)南京二橋南汊大橋被撞擊的NAX16斜拉索和其同一塔側(cè)、具有相同受力形式的NAX15、NAX17、NJX15、NJX16、NJX17、NAS15、NAS16、NAS17、NJS15、NJS16、NJS17共計(jì)12根斜拉索進(jìn)行了索力檢測(cè)分析研究。還將本次索力測(cè)試結(jié)果分別與14年、15年測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果詳見(jiàn)表2和圖3。由圖表數(shù)據(jù)分析我們可以看出：

（1）本次NAX16斜拉索索力測(cè)試結(jié)果與14年測(cè)試結(jié)果相對(duì)變化為2.37%，與15年的測(cè)試結(jié)果相對(duì)變化為5.09%，索力測(cè)試誤差均在±10%以?xún)?nèi)，符合《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）的要求；

（2）其余斜拉索索力測(cè)試結(jié)果與14年測(cè)試結(jié)果最大相對(duì)變化-5.07%，與15年的測(cè)試結(jié)果最大相對(duì)變化為5.72%，索力測(cè)試誤差均在±10%以?xún)?nèi)，符合《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）的要求；

（3）NAX16斜拉索與同一塔側(cè)、對(duì)稱(chēng)斜拉索索力檢測(cè)結(jié)果對(duì)比，14年與其他索力比值最大偏差為8%、15年與其他索力比值最大偏差為12%、16年與其他索力比值最大偏差為8%，近三年的比值偏差均在15%以?xún)?nèi)，相近斜拉索索力變化穩(wěn)定。

表2 2014-2016年斜拉索索力對(duì)比表

表3 NAX16與對(duì)稱(chēng)斜拉索索力檢測(cè)結(jié)果對(duì)比表

3.3 索體鋼絲檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)對(duì)南京二橋南汊大橋被撞擊的NAX16和相臨近的NAX15、NAX17斜拉索進(jìn)行索體鋼絲銹蝕斷絲檢測(cè)研究。被撞擊的NAX16斜拉索的導(dǎo)波檢測(cè)信號(hào)如圖4（a）所示。從檢測(cè)信號(hào)圖我們可以看出：

（1）從信號(hào)波形看出7.3m附近存在下錨頭回波信號(hào)，經(jīng)計(jì)算，其距離傳感器7.28m，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)距離較吻合，且回波信號(hào)幅值高于紅色的錨固端部回波門(mén)限；

（2）從檢測(cè)波形看出無(wú)超過(guò)預(yù)警門(mén)限的回波信號(hào)或其他異常回波信號(hào)，通過(guò)檢測(cè)結(jié)果可判斷該斜拉索無(wú)銹蝕活動(dòng)或斷絲，斜拉索狀態(tài)為無(wú)銹蝕活動(dòng)或斷絲。

NAX15 和NAX17斜拉索的導(dǎo)波檢測(cè)信號(hào)如圖4（a）和（b）所示。通過(guò)信號(hào)分析，可以認(rèn)為NAX15和NAX17斜拉索無(wú)銹蝕活動(dòng)或斷絲，斜拉索狀態(tài)為無(wú)銹蝕活動(dòng)或斷絲。

4 結(jié)論

對(duì)南京二橋南汊大橋被撞擊的NAX16斜拉索進(jìn)行損傷后檢測(cè)分析研究，主要結(jié)論如下：

（1）NAX16斜拉索被撞擊后，導(dǎo)致斜拉索被撞部分出現(xiàn)鋼護(hù)筒劃傷與破損，阻尼器被撞毀缺失，PE護(hù)套破損、開(kāi)裂等病害；

（2）對(duì)NAX16和相鄰斜拉索及其它對(duì)稱(chēng)部位的斜拉索進(jìn)行了索力檢測(cè)對(duì)比，測(cè)試結(jié)果與14年、15年測(cè)試結(jié)果相對(duì)變化測(cè)試比較誤差均在±10%以?xún)?nèi)，可認(rèn)為NAX16斜拉索索力均未出現(xiàn)明顯異常；

（3）經(jīng)過(guò)相應(yīng)的無(wú)損檢測(cè)，NAX16斜拉索被撞擊后索體鋼絲未出現(xiàn)斷絲，索體鋼絲也未出現(xiàn)明顯銹蝕；相鄰的NAX15、NAX17斜拉索通過(guò)檢測(cè)對(duì)比，狀態(tài)均為無(wú)銹蝕活動(dòng)或斷絲；

（4）本次檢測(cè)可為類(lèi)似纜索橋梁拉索撞擊后損傷檢測(cè)分析提供重要參考。