斜拉橋斜拉索體系病害分析與處理方案

吳昊 周扣明

摘 要：橋梁是保證基本民生的重要工程，特別是跨海跨江等跨度大的橋梁建設，兩地隔著較寬的海域或者是河流，只能通過船舶的方式進行交流，船舶連接兩地的交流，不僅速度慢，不便利，而且安全性較差，隨著我國建筑業的發展，跨大水域橋梁的大量建設，為溝通兩地的交流與發展提供了很大的便利，在以往的斜拉橋的建造與使用中，存在著斜拉索體系病害的威脅，給橋梁的使用帶來巨大的安全隱患。因此，本文就關于斜拉橋斜拉索體系病害的防治展開研討，并提出相應的解決策略。

關鍵詞：斜拉橋;斜拉索;病害;對策

中圖分類號：U448.27 文獻標識碼：A

0 引言

近年來，我國的橋梁建設工程的實施有著很大的進步，特別是一些跨大水域的橋梁建設，在我國橋梁建設事業中有著很重要的位置。跨大水域橋梁的建設一般采用的是斜拉橋形式，這種橋梁的穩定性較好，適合跨大水域的橋梁應用。其中，斜拉橋的建造中，斜拉索的應用是確保橋梁穩定性的主要工程，通過斜拉索連接橋梁主體與承重支架，能夠確保跨大水域橋梁不倒塌，并且具有相當強的穩定性。目前為止，我國建造完成或者是正在施工的斜拉索橋梁有三十余座，僅次于德國和日本，現居世界第三名。但是，在斜拉橋的建造及使用中，斜拉索的危害給橋梁的安全性帶來了巨大的隱患，不僅是我們國家，世界上很多建造斜拉橋的國家都面臨這樣的問題。最近幾年，以往建造的斜拉橋使用壽命已經達到了臨界值，并且在現在正在建造的斜拉橋當中，怎樣更好的緩解斜拉索危害帶來的不利影響，成為現在斜拉橋建造所主要思考的問題，攻克這一難關，對我國斜拉橋的建造將會是里程碑式的意義。

1 斜拉索主要病害及成因

斜拉橋的使用壽命與安全性，主要是由斜拉索決定的，但是在以往的斜拉橋建造過程中，斜拉索在建造與后期的服役中存在諸多的問題，這也就造成了斜拉橋使用壽命縮短，使用期間安全隱患大等弊端。斜拉索的安全性已經上升到斜拉橋的安全性及微觀橋梁建筑安全性階段，因此，及時地發現斜拉橋及斜拉索建造當中的問題，并予以分析解決，是當前斜拉橋建造的主要任務，同時也是我國橋梁發展進程中不可缺少的一項重要工程。

1.1 化學腐蝕

造成斜拉橋上斜拉索病害的一個主要原因就是化學腐蝕，斜拉索的使用材料一般是鋼鐵等材料，雖然有著很強的硬度以耐磨性，但是在化學腐蝕面前，鋼鐵材料便顯得有些力不從心。斜拉索的使用壽命，直接影響著斜拉橋的使用壽命，但是斜拉索長期受到化學腐蝕，很容易給斜拉索造成嚴重的損傷，進而導致斜拉橋存在安全隱患，因此，在斜拉橋及斜拉索的建設過程中，解決化學腐蝕問題至關重要[1]。

斜拉索在使用期間長期裸露在自然界中，并且斜拉索的建造材料一般以鋼鐵為主，空氣當中的氧化成分或者是自然降水當中帶有的酸堿化學反應，會長期直接的腐蝕著斜拉索，進而造成斜拉索受到化學腐蝕，減少其使用壽命。

1.2 拉索疲勞

斜拉索在斜拉橋的應用中，主要的工作原理是受力拉扯，通過橋自身重量與橋梁承重柱的重力作用，由斜拉索進行橋梁固定。但是在斜拉橋的使用中，每天會過往大量的車輛，這些車輛產生的重力或者是共振力，會給斜拉索帶來嚴重的損傷。斜拉索每天都要承受著橋梁的重量及過往車輛的重量，久而久之就會造成拉索疲勞現象，這個現象的發生，斜拉索的拉扯能力會大幅度下降，處于一種拉索松弛的狀態。當拉索松弛了，橋梁自身的龐大身軀沒有作用力進行保護，隨時面臨倒塌的風險。因此，拉索疲勞也是斜拉索病害當中的主要問題。

1.3 鋼絲斷裂

鋼絲斷裂是由于斜拉索長期受到腐蝕以及拉索疲勞導致的直接后果，斜拉索在長期的腐蝕與拉扯下，斜拉索材料主要是鋼鐵材料，很容易發生斷裂。斜拉索鋼絲斷裂會對橋體的安全性帶來很大威脅，當鋼絲斷裂達到一定數量的時候，就可以判定為斜拉索失效，此時斜拉橋也必須進行拆除重建，不僅耗時費力，而且還存在一定的安全隱患。

1.4 施工及養護不當

造成斜拉索病害的另一個主要原因就是施工過程中操作不規范，以及后期保養不到位。斜拉索在施工建造過程中，施工方式存在問題，直接會影響到斜拉索的承重能力，進而會嚴重影響斜拉索及斜拉橋的使用壽命。后期的保養不到位，則會影響到斜拉索的抗化學腐蝕能力，長久性的保養不當，則會嚴重縮短斜拉索的使用壽命，進而給斜拉橋帶來安全問題，見圖1。

1.5 索力松弛退化

斜拉索自身是具有一定彈性的，我們稱之為索力松弛，索力松弛在應對強風或者是強水流的時候，能夠將力分散掉，避免由于強風、強水流等因素導致斜拉索斷裂，但是隨著使用年限的增加以及后期的保養不當，都會造成索力松弛，進而給整個橋梁帶來安全隱患。

1.6 斜拉索風振失效

斜拉索的風振能力，是斜拉橋抵抗強風，臺風等主要的能力，但是隨著橋梁的使用時間增加以及斜拉索的不斷被侵蝕等原因，會導致斜拉索的風振能力失效，這種情況直接導致斜拉橋抵抗強風的能力下降，給斜拉橋的使用帶來安全隱患，這也是斜拉索病害當中的一個重要問題[2]。

2 針對斜拉橋斜拉索病害的對策

這對上述的斜拉橋斜拉索在建造及使用中存在的病害，有關部門一定要予以重視，積極地尋求解決方式，以達到斜拉橋能夠更持久的，更安全的投入使用。

2.1 加強日常檢查與養護

斜拉索的使用壽命與使用中的檢查與養護有著直接的關系，斜拉索表面的抗氧化涂料會隨著風吹雨淋降低抗腐蝕能力，特別是對于化學腐蝕的抵抗能力，會隨著使用年限的增加而降低。因此，在斜拉索橋梁建設完成后，要定期對斜拉索進行檢查與養護。

斜拉索的后期使用中，定期檢查斜拉索主要檢查斜拉索有無斷絲現行，以及斜拉索的韌性或防腐蝕涂料是否減少，在檢查的過程中發現問題后要積極的進行記錄并解決。斜拉索橋梁建成后的使用過程中，檢查的主要環節分布在索套、減震系統、錨具和鋼索。通過定期對這些環節的檢查，能夠有效的排除掉斜拉索、斜拉橋在使用過程中存在的隱患。同時，在我國的技術發展趨勢下，我國對光纖應變檢測傳感技術進行了大量的研究，通過光纖應變檢測傳感技術能夠更加快速及準確地對斜拉索等部位進行檢查，能夠快速排除斜拉索當中存在的險情，在日常的檢測中有著重要的作用[3]。另外，對于斜拉索的保養方面，有關的工作人員要定期的斜拉索進行保養，主要是進行防腐蝕涂料及錨具的保養工作，定期的鋼索保養與錨具保養，能夠大幅度提高斜拉索及斜拉橋的使用年限。

2.2 對于斜拉索外形的研究

斜拉索的外形結構對于其抗風與抗強水流有著很重要的幫助，風力，風速對于斜拉橋的穩定性有著很大的影響，然而斜拉索主要處于風的橫截面上，受到的風力最直接，因此，斜拉索的外形研究對于提高斜拉索及斜拉橋的穩定性有著至關重要的影響。

在對斜拉索的外形研究中我們發現，采用V型凹槽形式的斜拉索外形能夠更好的抵抗強風，以及強降雨帶來的斜拉索震動情況，雨水及強風能夠順著斜拉索上的凹槽流過及經過，能夠更好的保障斜拉索的穩定性，進而保證斜拉橋的穩定性。另外，把索絲的外保護套做成帶矩形的突起，也能夠使斜拉索更好的抵抗強風與強降水，對于保證橋梁的正常使用有著積極的意義，見圖2。

2.3 對于斜拉索以及防護套管新型材料的研究

以往的斜拉索材料與防護套管用材，在很大情況下很難經得起長久性的化學腐蝕，長時間的腐蝕就會造成斜拉索索絲的斷裂或者是防護套管的損壞。防護套管一旦損壞，會直接威脅到斜拉索的抗腐蝕性，進而會影響整座斜拉橋的安全性。

在斜拉索的設計上，現階段廣泛采用耐腐蝕強度高、韌性強、質量輕的材料，通過改變斜拉索材料的方式，能夠在很大程度上降低橋體自身的重量，進而能夠減少斜拉索的負載重量，在很大程度上就會延長斜拉索的使用壽命。另外，斜拉索的材料選用新型的材料，在抗腐蝕能力上也有著突出的表現，通過兩方面的優化，能夠更大的延長斜拉索的使用壽命。

2.4 研究設計增加斜拉索的抗風能力

斜拉索往往處于橋梁的上端，對于風的感知能力極強，特別是強風天氣，會給斜拉索的穩定性造成十分不利的影響，長期的強風影響，嚴重的會導致斜拉索鋼絲斷裂，導致整座橋梁陷入維修當中。因此，要大力研發設計增加斜拉索的抗風能力，特別是在跨度較大的斜拉橋斜拉索的設計中，可以通過在主梁或塔柱上安裝阻尼器的方式降低風對橋梁的影響，減少共振給斜拉索帶來的破壞，進而增加斜拉橋的使用壽命。

3 結語

在目前階段，我國的斜拉橋斜拉索建造雖然處于世界領先地位，但是，在斜拉索的設計當中依舊存在諸多問題，如果這些問題得不到解決，則會直接影響橋梁的使用情況。因此，在長期的實驗與研究中，通過改變斜拉索的整體空間結構與改變斜拉索保護管套材質的方式，能夠更好的延長斜拉索的使用壽命。并且，在斜拉索橋梁的日常使用及維護中，相關的工作人員一定要加強檢查與維護，確保斜拉橋能夠更好的服務于人們的生活。

參考文獻：

[1]徐超，方海，劉偉慶，等.斜拉橋斜拉索防腐保護問題分析與建議[J].世界橋梁，2020，40（06）：87-91.

[2]王繼林，姚鵬勛.對斜拉橋換索工程的思考[J].中國水運（下半月），2012，12（06）：196-198.

[3]黃清.美國黑爾·博格斯橋評估、修復計劃及斜拉索更換設計[J].世界橋梁，2020，40（02）：63-68.