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纜索系統防腐蝕

08-22 13:16:38  瀏覽次數:449次  欄目:結構設計
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纜索系統防腐蝕


    現代大跨度橋梁的纜索系統是斜拉橋和懸索橋的主要承重結構,也可以說是橋梁的生命索。一旦纜索系統發生腐蝕,后果是不可想象的。為了保證橋梁的安全和纜索結構的安全,必須對纜索進行防腐保護。
由于纜索系統引起的安全事故和經濟上的損失,是非常慘重的。

    1. 斜拉索案例

    過去的斜拉橋對于斜拉索采用很多種防腐蝕方法,但是并不能完全防止腐蝕的發生。

    德國漢堡的Kohlbrand Estruary橋,由于斜拉索腐蝕嚴重,建成的第三年就更換了全部的斜拉索,耗資達6,000萬美元,是原來造價的四倍。

    委內瑞拉的Maracibo橋,建于1958~1960年間,是世界上著名的預應力混凝土斜拉橋。由于當時的技術水平,拉索沒有進行鍍鋅,鋼絲用亞麻油作為防銹劑,纏絲后表面涂上紅丹底漆和云母甲板漆。涂漆層經不住風雨的侵蝕,上橫梁上錨頭處的罩蓋率先損壞,使得鋼索在與上錨箱的接口處發生銹蝕。總共192根的鋼索中有25根嚴重銹蝕。1979年2月21日,有一根拉索由于腐蝕而突然斷裂。從此開始了橋梁的換索工程,換索從192根變成了384根。新鋼索全部進行鍍鋅處理,并采用了含有鉛質的酚醛樹脂糊膏進行鋼索防護。

    我國廣州的海印橋,在1988年年底建成,1995年5月25日發生了9號索斷裂事故,后來發現15號索也有松斷現象。調查表明管道壓漿工藝未能保證拉索頂部的飽滿,造成拉索銹斷。為了防止事故的進一步發生,被迫進行全橋換索工程,耗資2,000萬元,工期半年。

    2001年11月7日,宜賓南門大橋倒塌,事故調查發現纜索已經嚴重生銹。

    2. 懸索案例

    美國在1903年建世界上第一座現代化長跨度懸索橋Williamsburg橋,由于當時技術原因和造價,沒有對鋼絲進行鍍鋅處理,而代之以亞麻油和石墨來涂覆鋼絲,建成后僅7年就發現鋼絲銹蝕斷裂。1922年將纜索補纏鍍鋅鋼絲。但是到了1934年,發現主纜內有水從錨碇處流出。10年后,從塔頂向纜索內注入400加侖的亞麻油,1968年又注入魚油和礦物酒清。但是所有這些措施都沒有能夠阻止銹蝕的發展。1992年,被迫進行為期3年的主纜維護工作,耗資7300萬美元。

    第一節  斜拉索的防護

    拉索結構是把若干根高強度鋼絲采用同心絞合方式一次扭絞成型,絞合角為2~4°。扭絞后在鋼絲索外面繞包高強度復合包帶,然后在鋼絲索上熱擠高密度聚乙烯防護層,這是斜拉索主要防腐蝕工工藝。拉索進行精確下料后兩端加裝冷、熱錨具進行預張拉或反頂,拉索以成盤、成圈方式包裝。國內最大規格的斜拉索為φ7mm×451絲,已應用于杭州錢塘江三橋。斜拉橋的拉索,有預制平行索和PC鋼絞線現場制索兩種方法。下面我們分別以荊州長江公路大橋和香港汲水門橋為例,來說明這兩種制索的方法。

    荊州長江公路大橋為一座主跨500m的雙塔雙索面預應力混凝土斜拉橋,共有斜拉索252根,總重量達2692t。

    拉索所用的高強度鍍鋅鋼絲技術指標如下:

    化學成分:C0.75-0.85%,Si0.12-0.32%,Mn0.60-0.90%,P≤0.025%,S≤0.025%,Cu≤0.20%

    直徑:7mm±0.03mm

    不圓度:不大于0.03mm

    抗拉強度;不小于1570MPa

    屈服強度:不小于1330MPa

    高密度聚乙烯塑料(PE)技術性能指標如下:

    密度:0.942-0.955g/cm2

    熔融指數:≤0.02%g/min

    屈服強度:不小于10MPa

    抗拉強度:不小于22MPa

    斷裂延伸率:≥600%

    耐環境應力開裂性:> 1500hrs

    抗沖擊強度:≥2.5N•m/cm2

    耐老化性能:經過100℃×7d空氣箱熱老化后,拉伸強度保留率≥85%,斷裂伸長保留率≥85%

    耐臭氧老化:在延展25%,溫度24℃±8℃,臭氧濃度0.01×10-6~0.15×10-6,暴露1h條件后,無異常變化。

    斜拉索的預制工序可以大致分為5道:下料、擠塑、制錨、張拉和成盤。

    其中擠塑是防腐處理的關鍵工序。擠塑機要提前3-5小時開始加溫。塑料顆粒要在烘干機內80℃下干燥4小時,然后加入擠塑機料斗。兩臺擠塑機分開啟動,要先把機體殘留的老化塑料擠出,看到機頭出口處的塑料內外壁光滑無氣泡密實后才能開啟主牽引,正式熱擠PE護套。錨頭在組裝并灌注環氧鐵砂,安裝好延長筒后灌注環氧膠漿,在安裝好擋板并完成養生后,最后還要壓鑄環氧樹脂密封膠。張拉檢驗結束后,在錨索連接處按圖壓鑄密封膠,纏PE防腐膠帶,檢查修補損傷的護套,包纏保護拉索護套的包帶。最后,裝卷成盤包裝出廠。
香港特區的汲水門橋采用的是現場制索的方法,88根拉索呈雙索面布置。拉索的構造見圖。構造性能如下:

    規格:符合標準BS 5896

    直徑:157mm(ø5mm×7)

    斷面:150mm2

    彈性模量:1.95×105MPa

    抗拉強度:1720MPa

    鋼絲鍍鋅:280g/m2(第一重防護)

    充填防銹脂(第二重防護)

    PE包裹1mm厚(第三重防護),再用兩個半圓形PE管將所有拉索包裹。

    汲水門橋采用了DSI(Dywidag Systems International)拉索套管體系,在現場對套管部和鋼索間進行環氧樹脂、水泥砂漿和石英砂的混合填料填充,這樣應力就可以很好傳遞。 
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