（圖片與內(nèi)容無關(guān)）

1.1 人工檢測法

長期以來，人們對于大跨徑橋的索體的檢測主要采取人工檢測，主要是檢查索體是否腐蝕，各緊固件是否松動，定期對索體各部件涂刷防護(hù)漆，對已銹蝕的及時除銹，清查索腐蝕的鋼絲數(shù)量，判斷其腐蝕程度。

對于第三代纜索體系（PE防護(hù)拉索）目前多采用目測方法，先觀測護(hù)套的表面，再根據(jù)索體表面的情況確定是否需要打開錨固區(qū)或在某些部位鑿開護(hù)套，使鋼絲外露以了解銹蝕、斷絲等情況，在必要時對部分鋼絲取樣，并進(jìn)行相關(guān)的物理和力學(xué)試驗(yàn)，以確定纜索的狀態(tài)。

常規(guī)檢測方法主要是根據(jù)拉索腐蝕的程度等級來提出是否需要更換此索，其依據(jù)建設(shè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對纜索的安全性方面提出了定量的指標(biāo)：以斷絲面積2%或鋼絲總面積損失10%作為索橋拉索是否需要換索的閾值；對于懸索橋吊桿的更換，則只規(guī)定對“需要更換者”，應(yīng)進(jìn)行力學(xué)分析、制定更換方案。

（橋梁梁纜索結(jié)構(gòu)的常規(guī)檢測）

1.2  磁漏檢測法

無損檢測對于構(gòu)件銹蝕、裂紋等缺陷的檢測其方法日趨成熟，在眾多的無損檢測方法中磁檢測原理是最佳的無損檢測方法之一。

而磁漏法是無損檢測的主要手段，它通過測量被磁化的拉索表面泄露的磁場強(qiáng)度來判定缺陷的大小。

一旦拉索的表面有損傷或斷絲，一部分磁場將從拉索中泄露出來，外泄的磁場可被傳感器檢測。

當(dāng)拉索遇到里面或內(nèi)部缺陷產(chǎn)生的材料間斷時，磁力線將會發(fā)生聚集（畸變）從而引起可被檢測的磁漏或磁場變化。

根據(jù)磁漏技術(shù)的特點(diǎn)，該技術(shù)用于斜拉橋拉索及懸索橋吊索在錨固區(qū)外的部分的鋼絲銹蝕、斷絲等檢測是可行的，但對錨固區(qū)內(nèi)的檢測將難以進(jìn)行。

（鋼絲繩的商業(yè)化漏磁檢測儀器）

1.3 放射線檢測法

采用放射線法可以探測索體的多種損傷，射線主要包括X射線和γ射線，放射線法可以檢測索體內(nèi)部損傷和缺陷。

X射線的檢測原理是：當(dāng)射線通過被檢測物體時，有缺陷部位與無缺陷部位對射線吸收能力不同，一般情況是透過有缺陷部位的射線強(qiáng)度高于無缺陷部位射線強(qiáng)度，因而可以通過檢測透過被檢物體后的射線強(qiáng)度的差異，來判斷被檢物體中是否存在缺陷。

放射法不僅可以檢測損傷的存在，還可以以三維空間坐標(biāo)定位損傷。

射線檢測裝置主要由射線源、膠片和攝相裝置組成，為了屏蔽對人體的輻射，射線裝置往往比較大，但攜帶式X射線裝置可以用于現(xiàn)場拉索的損傷檢測。

表面的缺陷也會對底片上的圖像有影響，但通過現(xiàn)場對表面缺陷的觀察，可以剔除圖像上表面的缺陷，較準(zhǔn)確地得到索體及錨頭內(nèi)部的斷絲以及滑絲等損傷情況。

1.4超聲波測試檢測

美日等國曾在上世紀(jì)末對采用超聲波檢測斜拉索錨固區(qū)內(nèi)的鋼絲斷裂的技術(shù)進(jìn)行了研究，并應(yīng)用于美國Cochrane橋。

圖3所示為在實(shí)橋采用超聲波檢測斜拉索錨固區(qū)內(nèi)鋼絲斷裂的情況。

據(jù)報道，當(dāng)頻率在5~10MHz時，超聲波可檢測錨固區(qū)2~5m長度內(nèi)纜索的斷絲。顯然這項(xiàng)測試技術(shù)不失為一種選擇，但在檢測斜拉橋拉索及錨固系統(tǒng)和懸索橋吊索系統(tǒng)時要使結(jié)果理想必須事先進(jìn)行嚴(yán)格標(biāo)定，盡管理論上可測定索的非規(guī)則性和斷面損失，但實(shí)踐中還有較大困難；

另一方面，超聲波測試技術(shù)對錨固區(qū)外纜索的檢測仍有較大難度。

（采用超聲波檢測Cochrane橋拉索錨固區(qū)內(nèi)的鋼絲

1.5  磁伸傳感技術(shù)檢測法

磁伸傳感技術(shù)采用兩個磁伸傳感器進(jìn)行測試，其中一個作為發(fā)射器，另一個作為接收器，兩者均由一個線圈和一個偏磁場構(gòu)成。

磁伸技術(shù)可用于纜索的斷絲、銹蝕和其它原因引起的斷面損失的檢測。

國外已對49絲拉索進(jìn)行過試驗(yàn)研究，證實(shí)了其有效性。

對長為100m，直徑F15mm的鋼鉸線進(jìn)行的試驗(yàn)表明磁伸傳感可檢測2%以上的斷面損失。

但與磁漏傳感技術(shù)相似對錨固區(qū)內(nèi)的檢測仍不易進(jìn)行。

（纜索檢測的磁伸傳感技術(shù)示意圖）

1.6 電反射技術(shù)

電反射技術(shù)（包括電時域反射/ETDR和電頻域反射技術(shù)/EFDR），電時域反射系統(tǒng)又稱為“閉環(huán)”雷達(dá)，并在輸電線的檢測中廣為應(yīng)用，同時在巖土工程中亦有應(yīng)用。

電時域反射系統(tǒng)的工作原理是：系統(tǒng)對電纜發(fā)送高頻電脈沖，電纜沿線阻抗的非連續(xù)和非匹配將會反射部分脈沖，而系統(tǒng)可將對該反射脈沖進(jìn)行記錄，并根據(jù)阻抗的變化情況分析電纜沿線材料的物理特性。

電頻域反射技術(shù)將反射信號在頻域進(jìn)行處理，其分析比時域結(jié)果將更為簡潔和明確，并更易除去噪聲的影響。

對斜拉橋拉索及懸索橋吊索進(jìn)行檢測時，電反射系統(tǒng)可利用纜索本身的鋼鉸線或平行鋼絲索作為電纜，同時并行其布置另一條附件的電纜作為地線。

（纜索電反射檢測技術(shù)示意圖）

此外無損檢測還有磁彈性傳感器技術(shù)；脈沖渦電流技術(shù)；非線性聲振技術(shù)；聚能探地雷達(dá)技術(shù)等。

但這眾多的檢測技術(shù)使用起來都有各自的工況和使用條件，就纜索檢測的工況和使用條件分析，采用上述哪一種技術(shù)檢測都不能完全覆蓋，必須復(fù)合解決。

2.1 聲發(fā)射監(jiān)測法

聲發(fā)射監(jiān)測是一種“被動”型監(jiān)測，其基本原理是：

當(dāng)固體材料內(nèi)部缺陷的發(fā)生和擴(kuò)展，以彈性波的形式釋放能量，并向四周傳播，缺陷便成為聲發(fā)射源。

對于索體的檢測就是當(dāng)索體處于高拉應(yīng)力的纜索鋼絲出現(xiàn)裂紋、腐蝕或斷絲時，其局部高應(yīng)力的釋放將產(chǎn)生特定的應(yīng)力波，這種應(yīng)力波可以被聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)捕捉到，并用于分析其表征的物理過程。

在使用時，聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)必須不間斷地工作，一旦出現(xiàn)某種應(yīng)力波（聲波）出現(xiàn)，則將其記錄下來。

2.2 振動法

振動法既可以用于拉索內(nèi)力的檢測，也可以用于拉索內(nèi)力的監(jiān)測。

振動測試法是目前應(yīng)用最廣的索力測試方法，振動測試法的前提條件是索纜的長度、線密度、邊界條件清楚，纜索不過短、過長、過粗或有中間支撐等。

在這些前提條件下，只要使用得當(dāng)，且在測試前對索力和頻率的關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定，則振動法能準(zhǔn)確地測定索纜的靜張力。

為突破傳統(tǒng)振動法的使用限制，振動法本身也在不斷發(fā)展。

振動法的發(fā)展還包括拾振技術(shù)（如采用激光、電磁感應(yīng)等方式進(jìn)行非接觸式的振動測試）和信號處理技術(shù)的進(jìn)步等。

振動測試采用的傳感器主要有兩類，一類是加速度傳感器。

另一類是壓力傳感器，主要通過在纜索端部安裝穿心式壓力傳感器來實(shí)現(xiàn)。

目前適合纜索使用的壓力傳感器有鋼鉉式和應(yīng)變式兩種，其中鋼鉉式壓力傳感器長期穩(wěn)定性較好，但只能用于測試?yán)|索靜張力；應(yīng)變式壓力傳感器長期穩(wěn)定性差，但對纜索靜張力和動張力均可測試。

（斜拉索振動傳感器）

述檢測和監(jiān)測方法原理不同，使用的儀器不同，測量的結(jié)果也不同，同一根索用不同的方法檢測，測出的結(jié)果往往差異較大。

橋梁的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受力也很復(fù)雜。橋梁工作幾年后，現(xiàn)實(shí)的狀態(tài)和設(shè)計(jì)狀態(tài)，成橋狀態(tài)發(fā)生了很大的變化，索力會重新分布。

如何根據(jù)索力檢測結(jié)果對索纜的安全性進(jìn)行準(zhǔn)確分析，是一個相當(dāng)復(fù)雜的問題。

索力應(yīng)力增高，是結(jié)構(gòu)變形引起的還是鋼絲斷面減少引起的。

鋼絲斷面減少是疲勞短絲引起的還是銹蝕引起的，往往很難判斷很難分清楚。

尤其是當(dāng)索纜銹蝕相當(dāng)嚴(yán)重，但還未發(fā)生斷絲的情況下，它的檢測結(jié)果往往給人以虛假的安全感，令人擔(dān)心。

即使知道有了斷絲，索纜的有效斷面有了縮小，要弄清斷絲的原因，也只能采用最原始的辦法，把錨固區(qū)打開直接觀測斷絲情況。

采用上述方法，雖然直接可靠操作性強(qiáng)。

但是要打開索纜的防護(hù)層（包括水泥沙漿或者硫磺沙漿；金屬外套或者PE外套），費(fèi)時、費(fèi)事、工期長，對交通影響大；打開部位重新恢復(fù)后的可靠度也值得考慮。

 因此對橋梁纜索的檢測和監(jiān)控和是一個復(fù)雜的過程，影響因素較多，目前的無損檢測技術(shù)沒有一種可以同時適合錨固區(qū)內(nèi)和錨固區(qū)外纜索的檢測，只能通過組合的方式組成一個系統(tǒng)來解決，對這個系統(tǒng)所涉及技術(shù)、使用條件、工藝要求、數(shù)據(jù)的處理和分析以及結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性都需要進(jìn)行深入的研究和試驗(yàn)，以便對纜索能否安全運(yùn)行作出準(zhǔn)確評價。

懸索橋主纜防腐

一、懸索橋簡介

懸索橋，因其優(yōu)美的線型和出眾的跨越能力，受到工程界的青睞，而改革開放以后我國也開始大量的建造懸索橋，從主跨452米的汕頭海灣大橋，到主跨1688米的南沙大橋坭洲水道橋，再到主跨1700米的楊泗港大橋以及規(guī)劃中主跨2300米的張皋過江通道，我國建造的懸索橋跨徑正在不斷的被刷新記錄。

圖 1南沙大橋?qū)嵕皥D

圖 2張皋過江通道效果圖

國內(nèi)懸索橋的設(shè)計(jì)壽命一般為100年，如何保證橋在建成后的100年里屹立不到，甚至超期服役，這取決于懸索橋結(jié)構(gòu)的方方面面，比如主纜，吊索，主塔，索鞍，錨碇，加勁梁以及橋面系等。上述結(jié)構(gòu)中，主塔，索鞍，錨碇屬于永久性結(jié)構(gòu)，在橋梁服役期間發(fā)生損壞的機(jī)率較小。吊索，橋面板和加勁梁均為可更換部件，成功更換的案例已十分常見。唯獨(dú)懸索橋的主纜，其作為懸索橋的主要受力部件，起到承托梁體及橋面荷載的作用，如防腐不到位主纜內(nèi)部的鋼絲容易出現(xiàn)裂紋甚至銹斷，由于迄今為止尚無懸索橋主纜成功更換的案例，因此從某種程度上說主纜的壽命直接決定了懸索橋的整體壽命，因此主纜的防腐保護(hù)對于懸索橋來說尤為重要。

二、懸索橋主纜

國內(nèi)大型懸索橋多為平行鋼絲型主纜（個別小型懸索橋可能為平行鋼絞線主纜），其架設(shè)過程一般采用PPWS預(yù)制平行鋼絲索股法（AS空中紡絲法在國內(nèi)比較少見），即先在工廠內(nèi)按照一定的規(guī)律將91或127根鋼絲編成如圖 3所示的正六邊形結(jié)構(gòu)，然后打卷成盤狀以方便運(yùn)輸。

圖 3主纜索股編制方法示意圖

圖 4主纜索股盤卷示意圖

將整盤預(yù)制好的索股運(yùn)往施工現(xiàn)場后，使用貓道上臨時架設(shè)的索股拽拉系統(tǒng)沿著貓道上放置的引導(dǎo)輪進(jìn)行主纜架設(shè)，最后按照預(yù)先編好的順序?qū)⑺鞴梢迫胨靼皟?nèi)并進(jìn)行錨固張拉。

圖 5懸索橋主纜架纜現(xiàn)場

圖 6懸索橋主纜編纜及緊纜示意圖

全部索股架設(shè)完畢后，使用緊纜機(jī)對主纜進(jìn)行整圓壓實(shí)處理，使得主纜截面由原先的不規(guī)則形狀變成標(biāo)準(zhǔn)的圓形且內(nèi)部形成合理的空隙率，根據(jù)纜徑的變化情況，緊纜過程可能需要反復(fù)進(jìn)行幾次，緊纜過程如圖 7所示。

圖 7懸索橋緊纜過程

緊纜工作結(jié)束后就可以開始安裝索夾和吊桿以及進(jìn)行加勁梁的架設(shè)。

圖 8懸索橋安裝索夾

圖 9懸索橋架梁

圖 10懸索橋架梁完畢

纜徑隨著架梁工作的進(jìn)行會逐漸變小，在對索夾螺栓進(jìn)行多次補(bǔ)張拉之后，就可以開始進(jìn)行主纜纏絲及防腐涂裝等收尾工作了。

圖 11主纜纏絲

圖 12主纜刮膠密封

圖 13主纜防腐纏包

三、存在的問題

正如前文所述，懸索橋設(shè)計(jì)壽命100年，如何保證主纜鋼絲在這100年不發(fā)生銹蝕，這是一個世界級的難題。國內(nèi)外懸索橋開纜檢查的結(jié)果顯示，服役不到50年的英國福斯公路橋主纜內(nèi)部發(fā)現(xiàn)了大量斷絲，大橋主纜安全系數(shù)折減嚴(yán)重，已經(jīng)嚴(yán)重威脅到了大橋結(jié)構(gòu)安全。與此同時，國內(nèi)也陸續(xù)開始對早期建成的懸索橋進(jìn)行開纜檢查。

圖 14國外懸索橋主纜開纜檢查

圖 15國外懸索橋主纜開纜檢查發(fā)現(xiàn)斷絲情況

圖 16 國外某懸索橋斷絲外觀形態(tài)及斷面情況

圖17 美國534指南對鋼絲的分類法

圖 18 懸索橋主纜表層鋼絲銹蝕情況1

圖 19懸索橋主纜表層鋼絲銹蝕情況2

經(jīng)過對各懸索橋開纜檢查的結(jié)果進(jìn)行對比分析可以得出以下規(guī)律:

1、從整座橋來看，主纜跨中最低點(diǎn)附近的銹蝕情況要比其他部位嚴(yán)重；

2、主纜表層鋼絲銹蝕情況比內(nèi)層鋼絲要嚴(yán)重；

3、通車時間接近的若干懸索橋開纜檢查對比發(fā)現(xiàn)：使用了“底漆+不干性膩?zhàn)?纏絲+密封膠”的主纜鋼絲銹蝕情況要比其他使用“紅丹+亞麻油+纏絲+油漆”或者“干性膩?zhàn)?纏絲+密封膠”的橋情況要輕一些。

四、原因分析

首先，主纜內(nèi)的濕氣為主纜鋼絲銹蝕提供了必要的條件，主纜內(nèi)部濕氣主要來源兩個方面：其一，主纜架纜過程中遇到下雨天直接流入主纜并吸附在主纜內(nèi)部的，由于主纜內(nèi)部具有15%-20%空隙率（見圖 3），這也為水分的吸附提供了先天性條件，該部分水分會隨著主纜防腐密封的完成，被牢牢鎖死在主纜鋼絲內(nèi)部，持續(xù)導(dǎo)致腐蝕發(fā)生。其二，主纜建成后因主纜涂層的病害如開裂，破損或索夾滑移等原因，源源不斷的滲入到主纜內(nèi)部的水分。

圖 20主纜密封前裸露的主纜鋼絲

圖 21主纜防腐層病害

其次，橋梁建設(shè)期內(nèi)，主纜表層鋼絲因索股牽引時的摩擦，索夾安裝時的碰撞，架梁過程中的擠壓，纏絲過程中的摩擦及纏絲焊接時飛濺的火花灼燒等原因，導(dǎo)致主纜鋼絲鍍鋅層的被損壞，甚至直接裸露出高強(qiáng)鋼絲本體，在潮濕環(huán)境下，上述鍍鋅層損傷部位優(yōu)先發(fā)生腐蝕，后續(xù)發(fā)展成點(diǎn)蝕、坑蝕或者裂紋，直接危害主纜安全。

圖 22主纜高強(qiáng)鋼絲鍍鋅層破裂

圖 23主纜高強(qiáng)鋼絲鍍鋅層破損

圖 24主纜高強(qiáng)鋼絲鍍鋅層被焊接火花灼燒

圖 25主纜纏絲鍍鋅層被大量破壞

再者，空氣中的酸性氣體，氯離子，氧氣等不利于主纜防腐因素通過上述途徑進(jìn)入到主纜內(nèi)部，與濕氣共同作用對主纜鋼絲產(chǎn)生持續(xù)的電化學(xué)腐蝕，逐漸耗盡主纜鋼絲表面的鍍鋅層，最后傷及鋼絲本體，腐蝕機(jī)理如下圖所示。

圖 26主纜鋼絲銹蝕、氫脆等病害的發(fā)生機(jī)理

五、解決方案

• 下一期將與大家探討：更細(xì)致的被動防腐方案（重點(diǎn)探討JT/T 694-2007標(biāo)準(zhǔn)與主纜纏包帶的各自的優(yōu)缺點(diǎn)）以及主纜除濕系統(tǒng)主動干預(yù)的原理與方法。

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圖 27 纏包帶+主纜除濕系統(tǒng)

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  圖 28主纜除濕系統(tǒng)原理圖