摘要：随着科学技术的进步，我国建造的大跨径桥梁越来越多，其中悬索桥是各类型桥梁中跨越能力最强的，而作为主要承重结构的主缆和吊索结构安全性能尤为重要。本文以柳州市鹧鸪江大桥为例讲述悬索桥吊索系统专项检测内容及结果分析，为此类结构桥梁专项检测提供经验及帮助。
关键词：悬索桥；吊索系统专项检测；线形测量；索力
1 引言
对于一个城市来说，桥梁的运营安全十分重要。然而由于施工工艺、工程材料老化、交通量增大和荷载增加等诸多因素，现有桥梁结构性能正在加速退化，因此对桥梁检测管理的要求也越来越高，准确及时掌握现有桥梁的运营状况，是桥梁检测管理中必须关注的重点问题。近些年也发生过一些悬索桥因主缆或吊索故障导致的桥梁坍塌事故，因此对悬索桥的吊索体系进行定期专项检测十分必要。
2 工程背景
2.1 桥梁总体概况
鹧鸪江大桥位于柳州市区北部，连接东环大道与北外环路，跨越柳江，目前该桥交通状况一般，有重车通行。
该桥共计35跨，全长1498m，主桥为单主缆斜吊索地锚式悬索桥，全长510m，跨径组合为：40m+430m+40m；引桥均为预应力混凝土连续箱梁桥，全长为988m。
该桥建成于2011年8月，由四川省交通厅勘察设计研究院设计、中铁四局集团有限公司施工，设计荷载等级为公路-I级，目前两端桥头设有轴重14t、总重55t的限载标志牌。为了解该桥目前的技术状况，特对该桥进行专项检测，为养护维修或加固提供技术依据。
2.2索塔及吊索系统概况
索塔为“A”字形钢结构塔，高104.811m，设两道横梁，塔柱高77.749m，截面为三角形构造。塔柱截面尺寸为：横桥向宽4.919~7.097m，顺桥向宽8.747~7.099m。塔冠高27.062m（含底板），整体形状为两个锥体，锥体底部横桥向宽7.995m，顺桥向宽8.614m。钢塔沿高度方向划分为15个节段。横梁共分为5个节段，在横梁上设置拉压支座及抗风支座加劲构造。
该桥设单根主缆，主缆由91股索股组成，单根索股为127A5.2mm镀锌高强钢丝，抗拉强度为1670MPa。主桥吊索均采用A7镀锌平行钢丝，其抗拉强度为1670MPa。除靠塔侧设有5对人字形吊索外，其余均为每处2根竖直吊索。吊索与索夹为耳板叉耳销接式，与钢箱梁为销铰式连接。吊索两端锚头采用叉形冷铸锚。竖直吊索最大长度约为33米，不设置减振架。
锚碇为重力式锚碇，锚碇底面位于底面以下22m，锚碇基础采用直径57m、厚度10m的实体结构。
2.3 构件编号及桥梁示意图
为便于说明，对该桥吊索构件进行编号：
（1）对主桥吊索由北向南依次编号为N1~N42对吊索，每对斜吊索按东、西侧区分为a吊索和b吊索，每对竖向吊索按北、南侧区分为a吊索和b吊索，如：N1a吊索表示由北往南数第1对东侧吊索，N7a表示由北往南数第7对北侧吊索；
（2）主缆索夹按跨由北向南依次编号为1#索夹、2#索夹、……。
图1 主桥立面示意图（单位：mm）
图2 主桥平面示意图（单位：mm）
3 吊索专项检测方法及分析
3.1外观缺陷检查
外观检查主要以目测为主，必要时需进行局部凿探观察，病害以数码相机和摄像机予以记录，同时利用钢卷尺、激光测距仪及记号笔等工具，对病害位置及其形状予以详细记录。
（1）索塔
经检查发现，①桥梁北主塔东侧塔底面及南主塔西侧塔底面均有积水，南主塔塔顶横隔板近主索鞍处有积水；②南主塔塔顶平台钢板局部积水、锈蚀，锈蚀总面积约为1.09m2，这是由于主塔平台处玻璃门密封不严，雨水渗漏所致；③南、北主塔底部裙板外表面焊缝处局部锈蚀，总面积约为3.2m2。
（2）主缆
经检查发现，①1#索夹与索鞍间的主缆外包防护套向下产生滑移，主缆钢丝外露，外露长度约0.2m，1#索夹下端的主缆防护套出现了明显的褶皱，这主要是由于1#索夹倾角较大且索夹预紧力不够，主缆外包防滑套在索鞍端部断开，在N1a和N1b吊索沿主缆方向的分离作用下，1#索夹与该段范围的主缆外包与主缆钢丝间产生了滑移；②主缆有多个索夹的防水帽缺失、开裂，防水帽坠落威胁桥面行车安全；③主跨5#~6#、25#~26#、27#~28#、41#~42#索夹间主缆防护涂层剥落，总面积约为3.2 m2，另外主缆防护涂层近主跨34#索夹处局部破损；④塔顶主索鞍技术状况均较好，未发现明显病害。
（3）吊索
经检查发现，①N1a、N3a、N5a、N3b、N5b、N19b吊索下端和N4b、N38a（b）、N39a、N40a、N41a（b）吊索顶端防锈漆局部起皮、剥落，内层黑色PE防护层并未损伤；②N38a吊索及N39b吊索下端外防护层受局部外力作用而破损（见图7.1.19），但未对吊索内层护套构成损伤。其余吊索未发现明显病害。
（4）锚碇
经检查发现，南、北锚碇索股头、前锚面和预应力钢绞线未发现明显病害，南、北锚碇散索套未发现明显病害，状况良好。
3.2 主缆线形测量
本次主缆线形测量使用徕卡TS-30型全站仪，采用局部后方交会法对主桥进行主缆线形测量，以北边跨端部为坐标原点建立二维坐标系，桥长方向为横坐标，主缆高程为纵坐标，根据测量结果绘制主缆线形如图3所示。
图3 理论主缆线形与实测主缆线形
由上图可知，主桥实测主缆线形无明显下挠、变位，且与理论主缆线形基本一致。
3.3 恒载吊索索力测试
本次吊索力测试采用的是具有测试精度高、普遍应用于工程领域索力测试的振动频率法（频测法）测量悬索桥吊索力，其主要原理是利用弦振动理论求得吊索力与振动频率之间存在的对应关系，已知索的长度和分布质量时，可通过索的振动频率来计算吊索的拉力。
测试吊索振动频率有多种方法，但最方便的是环境随机振动法。吊索在风等环境因素的激励下，一直不停地作微幅振动，将高灵敏度的拾振器牢固地绑在吊索上，通过拾取吊索在环境振动激励下的振动信号，并经滤波、信号放大、A/D转换和频谱分析最终测出吊索的自振频率。
本次主桥吊索恒载索力测试于白天进行，天气状况为阴到多云，室外温度8℃~15℃。由于1#索夹产生滑移，业主单位先委托相关单位对全桥索夹进行紧固，并对1#索夹附近的几根吊索进行重新张拉，本次吊索索力测试及荷载试验在吊索重新张拉后进行的。图4为N1b、N39a吊索振动时程曲线及其自功率谱图。全桥各吊索索力吊杆索力实测值与理论计算值对比见图5。
图4 N1b（N39a）吊索振动时程曲线及其自功率谱图
图5 N1~N42吊索索力实测值及理论值对比图
由图5可知，目前主桥恒载状态下，吊杆目前恒载索力与理论计算值的差值在-9.9%~10.0%之间，值偏差不大，表明目前主桥吊索处于合理受力状态。
4 根据检测结果提出的维修处理建议
（1）主跨1#索夹与索鞍间的主缆外包防护套向下产生滑移，管养单位已委托相关单位对索夹进行了重新紧固，影响区域的吊索索力已进行了重新张拉，但主缆钢丝外露，建议采用原外包材料及相同工艺进行外包，并做好防水处理。若条件允许，建议更换主跨1#索夹，恢复至原设计状态。
（2）主缆索夹上的防水帽多处已掉落，形成了高空坠落安全隐患，建议对主缆索夹上所有的防水帽进行专项排查，对松动、开裂、缺失的放水帽予以更换、补齐，安装确保牢固，防止防水帽高空坠落，确保桥面行车安全。
（3）建议对N38a吊索及N39b吊索外层护套破损处，采用相同的PE材料，用热补方法进行修补，且应保证修补后的PE层表面光滑、平整、无裂痕；对吊索上下端防护漆剥落处，建议先对这些位置清理干净，再在表面重新涂刷表层防护漆。
5 结束语
桥梁检测是一项通过实践进行经验累积的工程，它始终都与桥梁实际运营状况和理论分析保持密切联系。随着时代的发展，悬索桥吊索系统会设计施工的更具有长期使用性能，其相应的专项检测亦会衍生更先进便捷的检测手段和检测理论。检测结果的分析经验累积与设计施工理论的相互印证和完善，使悬索桥能为社会经济的长足发展提供可靠的保证。
参考文献：
[1]《城市桥梁养护技术规范》（CJJ 99-2003）中华人民共和国建设部 2003.
[2]《公路桥涵养护规范》（JTG H11-2004）中华人民共和国交通运输部 2004.
[3]刘自明.悬索桥悬吊系统的检查和养护维修[J].桥梁建设，1999年第3期.
[4]鹧鸪江大桥竣工图（中国中铁四局集团集团有限公司，2011年8月）
论文作者:陈杰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/17
标签：吊索论文; 悬索桥论文; 桥梁论文; 缆线论文; 护套论文; 专项论文; 病害论文; 《基层建设》2019年第26期论文;