桥梁施工图设计毕业论文

毕业设计指导书（桥梁工程设计）2007年4月I、毕业设计的目的毕业设计是教学计划中的一个重要的教学环节。要求学生综合运用所学基础理论、专业理论和基本技能（包括实践知识），按照任务书的要求，独立地解决常用桥梁的设计、计算及施工方案等方面的问题，目的在于：1. 巩固和系统加深已学到的理论知识和实践知识；2. 培养学生根据相应的设计规范、手册及参考书等进行设计工作的能力；3. 提高学生的运算能力和绘图的基本技巧。II、毕业设计的内容以下按毕业设计的内容进行说明。一、桥梁初步设计学生根据《设计任务书》的要求和具体情况，做第一阶段初步设计。初步设计需着重完成：桥梁的总体规划，初步拟定桥梁结构的主要尺寸、估算工作数量，提供主要材料的用量和全桥造价的概算指标等一系列工作。具体内容包括：（一）调查桥梁的使用任务、桥位附近的地形、地质、水文情况（此部分内容在《设计任务书》中有所反映），了解当地建筑材料来源和施工单位的技术水平与施工机械等情况。（二）选择桥位：一般地，桥位的选择，原则上应服从路线的总方向，路桥综合考虑。（三）桥梁纵、横断面设计：包括桥梁总跨径的确定，桥梁分孔、桥面标高与桥下净空，桥上及桥头的纵坡布置等。（四）选择墩、台及基础型式。（五）初步拟定上、下部结构各部分主要尺寸。（六）明确桥面构造措施。完成上述步骤后，即可绘制方案与编制说明书。初步设计方案图应按三视图绘制纵向立面图与横向剖面图，并加纵向平面图。其中纵向立面图与平面图的比例尺应相同，可采用1:1000～1:500；对于剖面图，为清晰起见比例尺可用大一些，如1:200～1:150，视图幅地位而定。1. 立面图中应标明：（1） 桥梁总长度；（2） 桥梁结构的计算跨度；（3） 台顶高度与桥台斜度；（4） 枯水位、常水位、通航水位与计算洪水位；（5） 桥面纵坡以及各控制点的设计标高，如基础标高、墩（台）帽标高、桥面标高、通航桥孔的梁底标高等；对于桥下有通航（或通车）要求的桥孔，需用虚线标明净空界限框图；（6） 注明桥台与桥墩的编号，自左至右按0、1、2……顺序编号（0号为左桥台）。2. 在横剖面图中应标明行车道宽及桥面总宽、主梁（或拱肋的间距、或墩台）的横向尺寸，横坡大小，并绘出桥面铺装与泄水管轴线等。3. 平面图中需注明主要平面尺寸（栏杆、人行道与行车道、墩台距离等），对城市道路桥梁还要求标明管线位置。初步方案图中还应列出各方案的主要材料数量，并加附注说明采用的规范名称与荷载等级。本桥进行设计的任务，编制初步设计方案的根据原则，孔径计算，工程材料估算及其依据，应及时整理成说明书，要求言简意赅，其中引用的文献资料名称以及冗繁的计算过程，均列附录备查。二、技术设计桥梁结构设计的一般方法是，首先凭借经验或修改已有设计作出初始方案，对于现行公路桥梁用得较多的普通钢筋混凝土或预应力混凝土结构，先应找出控制断面，求出各控制断面的内力并绘出包络图，然后进行配筋设计。接着是判别是否满足规范的要求，如不满足规范的要求则应修改设计。设计的过程是：设计、校核、修改设计、再校核，反复进行几次，直至较好地满足规范的要求。这部分的设计主要训练学生正确拟定结构构造，进行上下部结构的力学分析，构件截面设计与连接设计，进行刚度与稳定性验算，进一步了解与应用《桥涵设计规范》，查阅与应用有关参考资料，最后要求绘制结构施工图。技术设计大体上可按如下步骤进行：（1） 在初步设计方案的基础上拟定细部构造和尺寸；（2） 分组进行恒载和活载计算；（3） 内力分析以及内力组合；（4） 配筋计算；（5） 绘制施工图。具体的计算步骤需编程进行。设计计算完成后要求绘制施工图，内容包括：（1） 桥面板配筋构造；（2） 主梁（或拱肋）配筋和模板图，对预应力混凝土梁还须绘制预应力钢束构造图；（3） 横隔梁配筋图及连接构造详图（对桁架拱桥则为剪力撑配筋图）；（4） 墩（台）帽结构详图；（5） 人行道及栏杆构造图。各结构施工图比例尺按图幅设计布置在1:100～1:10之间，大比例尺用于局部大样图。技术设计必须在绘图后及时整理一份设计计算说明书，最后连同结构施工图及初步方案设计说明书一起，呈交指导教师。要求计算准确，图面规范。III、毕业设计时间安排按学校的时间安排进行。如果学校没有时间安排，则按初步设计2周、技术设计8周、答辩准备及答辩共1周安排设计进度。IV、主要参考书籍资料1. 公路工程技术标准（JTG B01－2003）.人民交通出版社，2003.2. 公路桥涵设计通用规范（JTG D60－2004）.人民交通出版社，2004.3. 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62－2004）. 人民交通出版社，2004.4. 公路圬工桥涵设计规范（JTG D61－2005）.人民交通出版社，2005.5. 公路桥涵设计手册《基本资料》. 人民交通出版社，1985.6. 公路桥涵设计手册《梁桥》. 人民交通出版社，1994.7. 公路桥涵设计手册《拱桥》. 人民交通出版社，1994.8. 公路桥涵设计手册《墩台与基础》. 人民交通出版社，1994.9. 公路桥涵标准图（部分）.10. 范立础主编. 预应力混凝土连续梁桥. 人民交通出版社，1988.11. 匡文起等. 结构矩阵分析和程序设计. 人民交通出版社，1991.

关于桥梁工程施工质量问题及对策研究论文摘要：主要对桥梁工程施工质量存在的问题进行了研究，首先概述了质量评定标准，然后分析了桥梁工程常见的质量问题，最后探讨了桥梁工程中关键工程的质量控制措施。 论文关键词：桥梁工程；施工；质量；分析 1 桥梁质量评定概述 1.1 质量评定标准 桥梁建设具有投资大、造价高、技术复杂、机械化程度高等特点，所以工程检测和评定较为复杂，因此国家制定了相应的规范强化质量评定管理，目前有市政标准和交通部标准两套标准，市政标准为每一个工序都制定了检查项目，并对所有检查项目都进行了主要检查项目和非主要检查项目的分类，具体而言，工序可分为模板、钢筋、预应力筋、水泥混凝土、桩基、沉井基础、钢结构、构件安装、砌体、装饰等内容。每个工序首先要进行外观检查，外观检查合格后方可进行质量检测评定，同一工序的合格点数与该项目的检测点数之比乘以100%为该工序的合格率，主要检查项目合格率达到100%，非主要检查项目合格率达到70%以上时该项目可评定为合格，交通部的标准对桥梁施工质量的评定采用100分制，对于分项工程的质量检查项目包括基本要求、实测项目、外观鉴定和质量保证资料四个方面。基本要求和实测项目的满分为100分，如果外观鉴定、质量保证资料存在缺陷，则在前面的基础上扣分，如果最终分数小于70分则为不合格，介于70分到85分之间为合格，85分以上为优良。 1.2 质量评定的意义 加强质量评定有助于施工单位按照施工规范严格施工、保质保量的完成桥梁建设任务，桥梁工程的质量不仅影响着工程项目投资的成败，更重要的是会影响到国家财产和人民生命安全，所以通过施工项目的质量评定可以为工程质量提供最有效的保证，减少严重后果发生的可能性。 2 桥梁工程常见的质量问题分析 2.1 钻孔灌注桩的质量问题 钻孔灌注桩的质量问题主要体现在断桩上面，断桩是严重的质量事故，又必须要在施工时预防该事故的发生，一般来说，以下几个施工问题可能会产生断桩现象：（1）灌注时间过长或者导管在混凝土中埋入过深，都会导致混凝土在导管内外壁上初凝，造成混凝土与导管间摩擦阻力过大，上拔导管后混凝土不能及时填充，从而填入泥浆产生了断桩；（2）混凝土自身的原因，由于混凝土在拌和过程中不均匀或者在运输过程中产生离析现象，都会导致在灌注过程中出现粗集料集中的现象，造成导管堵塞而出现断桩；（3）如果在灌注过程中护筒底脚周围出现漏水或者由于缺乏施工经验，都有可能出现坍孔现象也会引起断桩；（4）在施工过程中，由于各种原因无法保证施工连续进行，比如导管进水、机械故障、停电等也会导致断桩的发生。 2.2 桥台处的质量问题 当桥头填土的沉降与桥台的沉降出现了差异，就有可能在桥台处形成台阶，该台阶不仅影响了行车安全，同时汽车轮胎也会给桥梁不断的产生巨大的冲击力，该质量问题可以通过规范施工来避免：（1）回填材料的选择，要选择压实性好和透水性好的回填材料，另外在施工过程中要严格压实，这样可以减少路堤填土的沉降量；（2）桩柱式桥台的施工应该先进行填方，然后在填方充分沉降后再修建桥台，这样做可以尽可能的减少结构物与填土之间的沉降差；（3）根据技术规范要求采用相应措施减少桥面铺装层的裂缝，另外要选择性能好的伸缩缝材料，以保证桥面伸缩缝处的平整度。2.3 钢筋施工的质量问题 钢筋加工的质量问题存在于多个方面，在材料选择方面，如果钢筋品种的规格、形状、尺寸不符合要求，或者钢筋有严重的腐蚀问题，都会影响到工程质量。在钢筋加工方面，钢筋的下料和成型尺寸的准确度差、钢筋骨架变形或者钢盘网变形都会造成结构构件的性能下降；在钢筋安装方面，安装位置偏差过大、钢筋少放或漏放、垫块位置固定方法不当、钢筋绑扎接头不正确等都会引起钢筋的严重错位；在钢筋焊接方面，钢筋焊接头的机械性能达不到施工规范的要求、焊条品种存在质量问题，性能不符合要求等都会存在问题。焊接过程中如果焊缝尺寸偏差过大、咬边焊缝与钢筋交接处有缺口、咬边焊缝与钢筋交接处有缺口、电弧烧伤钢筋表面等都会造成钢筋断面局部削弱，或对钢筋产生脆化作用，都会对钢筋的使用性能造成影响。 3 桥梁工程中关键工程的质量控制措施 3.1 承台及系梁 首先要对有可能出现断桩情况的桩进行重点监测，对于进行过故障处理的桩也要重点监测，对于所有桩都要进行无破坏检测，使所有桩最终都要达到无断层、无夹层，并且强度要符合设计要求。桩头混凝土要凿出密实的层面，并进行大面平整，要求达到无残留混凝土以及其他杂物，另外标高必须符合施工设计要求。需嵌入承台或系梁内的桩头及锚固钢筋长度要符合设计要求，在验收钢筋时，要注意重点验收钢筋骨架以及桩柱钢筋的焊接质量，桩顶锚固筋要与设计角度保持一致，并采用螺旋筋进行缠绕固定。砂浆垫层在平整度方面以及标高方面要符合要求，其尺寸必须满足支立承台、系梁模板的要求，模板板面之间要求不漏浆、接缝严密、支撑牢靠，其各项指标比如位置、几何尺寸、保护层厚度等数据都要符合设计要求。在浇筑混凝土之前，应该为模板涂刷脱模剂，外露面混凝土模板的脱模剂应采用同一品种，在涂刷过程中不能污染钢筋及混凝土的施工缝，这样才能够保证外露面美观，线条流畅。 3.2 墩柱与台帽 墩柱的质量控制重点要做好以下工作：首先要检查柱中心位置施工放样，验收墩柱钢筋笼，使其符合设计标准；然后对支模前接触面的松散混凝土进行凿除处理，如果有其他杂物则一并冲洗干净；接下来对立柱模板进行质量检查，要求接缝处必须圆滑平整，拼接严密，模板的定位精度、竖直度以及钢筋保护层厚度必须符合质量要求指标。脱模剂的涂刷一定要均匀，并且定位钢丝绳要求拉紧，以达到受力一致的要求；对混凝土施工的基本要求与承台或系梁施工要求相同，要求用串筒下料，串筒底部距浇筑的混凝土面不超过2米，浇筑完毕将柱顶混凝土面拉毛。台帽的质量控制重点有两个方面，分别是立模工序质量控制和混凝土浇筑工序质量控制，在检验模板时，要对模板的平整性、刚度、尺寸和角度进行重点检测，同时要看模板的支撑是否符合要求，另外还要观察模板接头处的处理情况。混凝土浇筑要求控制好混凝土的制作质量，主要包括原材料质量、混凝土配合比等，另外还要控制好振捣施工工艺，如果振捣时间太长则有可能出现混凝土分层与走模，而振捣时间不足则会出现混凝土的气泡不能完全排出，从而导致形成蜂窝、麻面等病害。 3.3 盖梁与箱梁 盖梁要检查柱顶中心及盖梁轴线，以及钢筋骨架放样，盖梁钢筋骨架在成型后要进行验收，验收时要特别注意检查焊缝质量及弯起筋位置，在安装盖梁钢筋后要对骨架定位进行检查，按设计角度调整柱顶锚固筋，好箍筋。另外还要检查查钢筋保护层厚度，预埋件、预埋筋位置是否正确，模板是否采取措施已加固牢靠，箱梁要检查底板是否清洗干净，接缝处是否用腻子打平，采用塑料板时，要求粘贴紧密、无破洞、无鼓包以及无皱折，伸缩缝梁端要注意设置楔形块，预埋支座钢板，腹板、底板钢筋重点检查正弯矩波纹管定位，确保混凝土浇筑过程中不移位，钢绞线须事先进行编束，整束穿过波纹管，并保证在管内不缠绕。

索结构在桥梁工程中的应用及基本防腐处理措施 摘要:研究目的:索结构在桥梁工程中得到了日益广泛的应用,其主要应用桥型范围是悬索桥、斜拉桥、拱桥、系杆拱桥等,索的构造也相应分为缆索、拉索及吊索等多种类型,根据桥梁索结构所处的环境条件,相应对其提出了很高的防腐性能要求。研究结论:索结构由于其优异的材料性能特点,在桥梁等多种工程中得到广泛应用,为保证长期安全使用,对索结构的防腐应采取综合工程措施。目前对构成索结构的材料采取的基本防腐处理措施主要为热浸镀锌和环氧喷涂处理。关键词:桥梁工程;索结构应用;腐蚀特点;防腐措施;热浸镀锌;环氧喷涂随着我国桥梁建造水平的提高,在对桥梁与运输服务的综合效益、与周边环境相协调的景观要求、与结构使用寿命相一致的耐久性设计等方面都提出了更高的要求,悬索、斜拉等桥型结构的应用日趋普遍,对索结构的防腐处理提出了新的要求与课题。1索结构在桥梁等工程中的应用特点索结构在桥梁工程中得到了日益广泛的应用,根据索的应用部位、结构受力及变形特点,主要包括缆索、拉索及吊索等多种类型,索的材料主要由钢丝束、钢绞线、钢丝绳等柔性构件构成,同时部分有类似功能要求的构件也可采用圆钢等(如小跨度吊桥的吊杆等),索结构在桥梁工程中的主要应用桥型结构范围是悬索桥、斜拉桥、拱桥、系杆拱桥等,其中包括悬索桥的主缆索和吊索、斜拉桥的斜拉索、拱桥及系杆拱桥的吊索、水平拉索(明索)等,对于一些桥梁结构的特殊处理(包括施工过程中的临时受力需要)及旧桥加固等有时需采用体外索的处理形式,也属索结构在桥梁工程中的应用范围。另外,也有一些诸如预应力锚索等也在包括桥梁等很多工程中得到日益广泛的应用,特别在水电、高挡墙路基、桥梁以及其它各种加固工程等应用十分广泛,对保证工程安全、有效控制工程投资发挥了重要作用,尽管有些严格从结构特点上判断不属于索结构,但从防腐处理考虑则很多具有类似的技术要求。对不稳定的岩(土)体采用预应力锚索体系进行整体加固已成为目前基本选择和常规做法,工艺上也具备愈加成熟的特点,在道路工程设计施工中也常常面临高路基工程,从满足受力要求、节省工程量、节约占地需求、降低工程投资、改善外观效果等方面考虑,自立互锚(或半自立锚固)混凝土挡土墙也应用较多,山区地形条件更是如此,桥梁工程中也有较多应用工程实例,以切实保证结构安全及设计合理,如在万州长江二桥的锚碇结构设计中,根据工程地质条件,为保证结构安全及有效控制工程量,锚碇前端采用了预应力岩锚体系。目前,从桥梁跨度、桥型构造特点、结构美观、施工条件等各种因素综合考虑,索结构在桥梁工程中的应用前景十分广泛,包括永久工程及临时工程等,尤其是钢索的柔性结构特点对施工可以带来很大便利,而随着材料科学的不断发展,用于索结构的主要材料钢丝、钢绞线、钢丝绳等材料强度不断发展、规格系列越发齐全、防护水平显著提高,同时设计计算分析水平及施工操作水平也迅猛提高,以上各种条件变化为索结构在桥梁工程中日益广泛的应用创造了良好条件。根据腐蚀条件及长期使用经验,对包括桥梁用各类索结构的防腐处理引起工程界愈加高度的重视,成为衡量桥梁工程设计施工质量、保证结构耐久性关键控制因素之一,结合有关防腐处理研究部门及相关生产厂家的共同努力,其防腐处理的工艺及技术水平也有了很大提高,除对索结构的基本材料钢丝、钢绞线等本身外表面必须进行必要的防腐处理,通常采用热镀锌或环氧涂层防护等处理措施,还需对成型后的缆索或索股等采用其它防护处理措施,为切实保证其有效防护使用年限要求、提高整个工程的使用性能条件提供良好保证。对由平行钢丝或钢绞线构成的各种拉索、吊索等构造,其成型规格尺寸通常不是很大,一般外表面采用热挤PE进行防护,应在工厂进行专业化施工,同时PE材料也具备较好的现场修补条件,热挤PE有单层或双层构造,外层有多种色彩选择,可以满足防护及景观效果等多方面要求;悬索桥主缆在成桥后需对其采取综合防护处理,有较高技术要求;对于由钢丝绳构成的索结构通常可采用涂装或油脂防护;此外,对索结构的锚固与其它构造的衔接处理也高度重视,采取了一系列工艺改进措施。2桥梁索结构应用中存在的主要问题由于索结构基本为体外构造,暴露于大气环境之中,处于十分不利的腐蚀环境条件,因此,用于桥梁工程时必须充分考虑其很高的防腐性能要求,不仅包括索的自身防腐处理,对其与相关构造的衔接处理也需予以高度重视,且在很多情况下成防腐薄弱环节及影响结构安全的控制因素,必须采取有效措施切实保证其耐蚀性要求,为确保结构整体安全创造有利条件。在以往国内外桥梁工程设计施工中,尽管针对索的防护重要性有一定认识,通常也都采取了相应的防护处理措施,但由于受当时防护处理技术水平、认识水平及重视程度不够的制约影响,因而由于对索的防护处理不力、影响工程正常使用及需要进行返工处理的工程实例很多,而进行相应事故的处理投资费用很高,且费工费时,对正常交通一般也会造成很大影响,个别严重的还会造成工程报废,所造成的影响及损失更大,从结构特点及以往工程实例特点分析,其中斜拉桥出现的问题更多一些,由此造成了很大的直接及间接损失,拱桥的吊索也很容易发生类似问题。针对悬索桥结构而言,对其主缆的防护历来十分重视,通常除对材料本身进行必要的防护处理外,对成型后的缆索外表面通常还会采取一系列其它防护处理措施(结构封闭及涂装处理),使之缆索处于相对封闭状态,同时主缆的受力特点也决定了其受力条件较为均匀,应力幅度变化相对不大,两端连接锚头基本采用工艺成熟的热铸锚工艺,材料性能匹配较好,通常不会出现腐蚀局部薄弱环节,基于以上特点,悬索桥由于主缆防护处理不利出现重大工程事故的不多,因而就主缆防护存在一定的重视不够或认识不足之处,在较长一段时间就此方面的技术发展进步相对不大,但并不表明其缆索的的防护处理就不存在技术问题。由于大跨度悬索桥对主缆索进行了封闭处理,进行相应检查较为困难,有些问题不能及时发现和暴露出来,但近年来美国、日本等国家对以往修建的大跨度悬索桥主缆索进行的相关检查(拆除外表面涂装及缠丝后)中发现,其主缆钢丝的锈蚀现象较为严重和普遍,主要原因是虽然对钢丝自身及缆索外表面进行了相关的防护处理,但外表面防护处理仍难以完全避免外部水汽浸入,防护涂层的龟裂及索鞍、索夹等防水薄弱环节的存在是主要原因,而水汽一旦浸入则很难顺利排出,由此形成主缆内部湿度很大,严重恶化了其腐蚀环境,造成钢丝锈蚀,因而近年来除该改进缠丝材料构造及工艺、采取进一步的封闭措施外,还考虑采用必要的除湿设备,当然工程投资会有所增加,但考虑长期使用目的仍是必要的。我国进行现代意义的大跨度悬索桥建设时间不长,各桥梁工程对主缆也尚未进行相关检查,有些可能出现的问题也尚未暴露出来,但借鉴国外经验,对主缆防护采取各种加强措施仍是十分必要的。国内外桥梁工程由于对索的防护处理不利造成较大影响及损失的主要工程实例有:德国汉堡的Kohl-brand Estruary桥,由于斜拉索腐蚀严重,建成的第三年就更换了全部的斜拉索,耗资达6 000万美元,是原来斜拉索造价的4倍;委内瑞拉的Maracibo桥,建于1958~1960年间,受当时技术水平制约,其斜拉索没有进行镀锌处理,采用一般的涂漆防护,经过不断的风雨侵蚀,斜拉索锚头处的锚箱罩盖率先损坏,进而使得斜拉索与上锚箱的接口处发生锈蚀,且相当一部分锈蚀十分严重, 1979年发生个别斜拉索断裂,因此决定对全桥斜拉索进行更换,全部进行镀锌处理,并采用了含有铅质的酚醛树脂糊膏进行表面防护,且换索后拉索根数增加一倍;我国广州海印大桥于1988年年底建成, 1995年起陆续发生索股断裂及松断事故,调查表明产生的主要原因是管道压浆工艺未能保证拉索顶部灌注饱满,造成拉索直接与空气接触进而发生锈断,为防止事故的进一步发生,被迫进行全桥换索工程,耗资大量资金及时间; 2001年11月7日,宜宾南门大桥(拱桥)倒塌,事故调查发现拉索已经发生严重生锈;此外,国内外还有许多斜拉桥建成后陆续进行了局部换索或其它处理。美国在1903年建世界上第一座现代化长跨度悬索桥W illiamsburg桥,受当时技术水平和造价制约,没有对钢丝进行镀锌处理而采用一般防护,建成后仅7年就发现钢丝锈蚀断裂, 1922年对缆索补缠镀锌钢丝,但1934年又发现主缆内有水从锚碇处流出,虽陆续采取了多种处理方案,但都没有能够阻止锈蚀发展, 1992年开始被迫进行为期3年的主缆维护工作,耗资7 300万美元。3索结构的腐蚀特点索结构在桥梁工程的应用环境特点基本处于高空之中,主要的腐蚀环境是大气环境腐蚀,在高纬度地区,对悬索桥主缆索通常还要考虑到积雪对缆索的影响。目前构成桥梁索结构的材料基本为高强度钢丝或钢绞线组成,另外钢丝绳在悬索桥吊索中也有较多应用,而钢绞线或钢丝绳也是由不同直径的钢丝在工厂再加工而成,因此高强度钢丝是桥梁工程中索结构的最基本材料,属冷拨碳素钢,包括强度等各项技术指标不断取得提高,目前在不进行镀锌处理等条件下其标准强度多为1 860MPa,而2 000MPa及以上标准是今后的发展方向,且多采用低松弛系列,能够更好地适应工程实际需要,同时,在对钢丝进行镀锌处理过程中,钢丝表面会有一定损伤,因此镀锌钢丝(或钢丝绳)的抗拉强度等有所降低,目前相关标准中通常采用1 600~1 700MPa。由于钢丝的含碳量较高,通常在0. 75% ~0. 85%之间,因此塑性条件相对较差,在没有进行防护的条件下其抗腐蚀性很差,造成钢丝自身腐蚀的主要原因包括应力腐蚀及疲劳腐蚀:应力腐蚀是材料在一定环境中由于外加或本身残余的应力,加之腐蚀的作用,导致金属的早期破裂现象,金属的应力腐蚀破裂主要是对应力腐蚀较为敏感的合金上发生,纯金属很少产生,合金的化学成分、金相组织、热处理对合金的应力腐蚀破裂有很大影响,处于较高应力状态情况下,包括材料内部各种残余应力、组织应力、焊接应力或工作应力在内,且基本为拉应力影响,可以引起应力腐蚀破裂,防止应力腐蚀破裂的主要方法是消除或减少其应力状况,并且通过改变介质的腐蚀性(添加缓蚀剂),选用耐应力腐蚀破裂的金属材料,从而避免相关腐蚀的出现;疲劳腐蚀是钢铁在交变应力作用和腐蚀介质的共同作用下产生的一种腐蚀现象,同时也是在桥梁工程的索结构中发生较为普遍、概率较大的腐蚀现象,减少疲劳腐蚀的主要方法是选择适应相关腐蚀环境的抗腐蚀的材料,同时对材料表面进行镀锌、涂漆等方法减轻疲劳腐蚀的作用。桥梁工程设计施工过程中,针对索结构的应用,从保证其使用安全考虑通常都留有相对较大的安全系数,不同的索结构及材料类型对相应的安全系数有具体要求,尽管如此,各种索结构通常仍是在较高的应力状态下工作的,虽然对于工作疲劳应当没有影响,但是在高应力状态下,腐蚀介质和应力的相互发生作用,如果不进行合理有效的防护处理,其腐蚀是非常容易发生的,腐蚀发生将会大大影响钢丝的受力性能,同时从桥梁工程的构造特点考虑,索结构与其它构造的衔接部位通常也是最易受腐蚀的薄弱的地方,同时悬索桥的主缆索在锚碇范围是通过散索鞍后散开在锚室内进行锚固,而锚碇为地下结构,无论采用何种锚碇构造,锚室内的空气湿度通常都很大,对包括缆索及各种连接构件的防腐都十分不利,目前,在锚碇洞室内通常还需设置排水及除湿设备,以改善洞室内的腐蚀环境条件。1967年12月,美国西弗吉尼亚州和俄亥俄州之间的俄亥俄大桥突然倒塌,事故调查的结果就是因为应力腐蚀和腐蚀疲劳产生的裂缝所致。4钢丝的热浸镀锌处理热浸镀锌工艺在桥梁工程中得到了广泛应用,尤其是在各类索结构的防腐处理中应用更是极为普遍,是目前对钢丝防腐处理的常规工艺方法,对钢丝进行热浸镀锌可以有效防止或减小索结构在制造、运输、架设以及使用过程中的锈蚀,结合其它合理的防腐处理措施,切实保障其耐蚀要求,进而为整个工程的安全长期使用提供良好条件。热浸镀锌工艺已有较长的发展历程,用于钢丝防护主要是随着现代悬索桥的建设而得到发展并逐步扩大其应用范围,美国是世纪上建造现代悬索桥最早的国家,在20世纪30年代就开始在悬索桥上使用主缆及吊索系统用镀锌钢丝,比如世界闻名的金门大桥,而一些没有使用镀锌钢丝的桥梁多因应力腐蚀或腐蚀疲劳而不得不后期进行换索加固。热浸镀锌即是把钢铁浸入温度达440~465℃或者更高温度的熔化锌中进行处理的过程,铁基体与熔锌反应,形成铁-锌合金层覆盖在整个工件表面,镀锌表面有一定的韧性,可耐很大的摩擦及冲击,同时与基体有着良好的结合,钢丝热浸镀锌的基本工艺流程为:除油→水洗→酸洗→水冲洗→熔剂处理→烘干→热镀锌→后处理→收线→成品。热浸镀锌的镀层厚度通常在50~250μm,对于钢丝要求其锌层重量控制在300g/m2以上,同时对附着力按有关要求进行严格的检查控制,镀锌质量保证主要的控制因素包括表面基材处理效果、助熔方式、镀锌时间、引出方式、引出后的处理(锌层均匀性及表面效果)等。5环氧树脂涂层处理5. 1基本材料特点及应用条件环氧树脂是由环氧氯丙烷和双酚基丙烷在碱作用下缩聚而成的高聚物,含有极性高而不易水解的脂肪基和醚键,涂膜的耐化学性好,其结构是刚性的苯环和柔性的烃链交替排列,物理机械性能良好,同时其固化时体积收缩率低,可避免由于内应力的产生影响附着力,由于环氧树脂属热固性树脂,其固化后形成的三维交联的主体结构会导致其很少有分子键滑动,因而使用中需增加其韧性指标,通常可采用胺类固化剂,有机多元胺在常温条件下能与环氧树脂交联固化,所形成的涂膜具有良好的附着力及硬度指标,同时具有耐脂肪烃溶剂性、耐稀酸(碱)性和耐盐水性,防腐性能十分理想。当需要防护处理的金属结构等处于较为特殊的使用环境条件(如埋于地下土层当中等),根据其腐蚀特点及对防腐材料的性能特点要求,可针对配方作进一步改进以满足相关的使用要求。由于煤焦沥青含有环烃结构,如酚或塞酚之类具有很好的抗腐蚀细菌功能,同时具有很好的水下不渗透性,因此,在环氧树脂防腐体系里加入煤焦沥青可使其具有一般环氧树脂所不具有的特性,可以有效提高涂层在土壤中的抗水渗透性及抗细菌腐蚀性能等,其涂料配方由环氧树脂、溶剂、固化剂、填料等组成。根据实际使用环境条件的不同,钢铁等金属材料的腐蚀过程及腐蚀类型较为复杂多样,主要为化学腐蚀及电化学腐蚀等,为保证其使用耐久性及结构安全,必须进行防腐处理,对涂膜的基本质量要求包括涂膜厚度的合理选择、附着力、耐皂化性能、化学耐久性、耐冲击性等。采用环氧树脂涂层防护处理对工艺设备的要求很高,其应用于桥梁等工程的防护处理在美国、日本等国家发展起步较早,国内近年来也发展很快,由于需进行专业化生产的特点,已有部分生产厂家引进了必要的技术和设备,通过消化吸收具备了相应的生产能力。目前在桥梁等工程上应用最多的是环氧喷涂钢绞线(简称SC钢绞线),由于工艺处理复杂,技术要求高,因而其造价相对较高,但由于其优良的防腐性能条件和技术优势使之具备广阔的发展应用前景,主要应用于斜拉索、吊索、桥梁体外索加固、岩(土)体加固及一些地下工程等对防腐性能要求很高的工程,也可用于常规工程,用于桥梁等工程后防腐年限大幅度提高,结构安全更有保障,同时可以有效避免或减少后期损失,如斜拉桥曾较多地发生断索等工程事故需要进行更换处理,其换索施工不仅对正常交通造成很大影响,而且所需费用十分昂贵,各种损失巨大。5. 2SC钢绞线主要技术特点随着高强度预应力钢绞线在包括桥梁等许多工程中日趋广泛的应用,特别是根据各类索结构的构造形式、应用环境特征、腐蚀特点,同时考虑在保证工程整体寿命及结构安全方面的重要作用,对其防腐效果及耐久性提出了越来越高的要求,防腐处理技术的相应发展是其关键,为从根本上有效解决钢绞线的防腐耐久性问题,环氧树脂涂层预应力钢绞线(英文名称Sur-passCoa.t Strand,故简称SC钢绞线)技术得到了很快的发展及应用,从涂装操作特点考虑属粉末涂装法,常用的粉末涂装主要有流动浸渍法和静电喷涂法, SC钢绞线系采用高压静电喷涂法将环氧树脂粉末喷射于钢绞线各根钢丝上,然后加热熔融、固化、冷却,从而在组成钢绞线的各根钢丝外表面形成一层致密的环氧涂膜,为实现这一目标,喷涂前需将钢绞线各根钢丝暂时打散,喷涂后再将其复扭成型。以前对钢绞线的防腐处理通常采用镀锌钢绞线、外表面整体进行树脂填充及涂装环氧层、普通钢绞线外侧设热挤PE防护层等处理方法,而SC钢绞线则是对组成钢绞线的各根钢丝外表面都进行环氧涂膜处理,要求环氧涂膜层有良好的致密性及厚度均匀,因此称之为全涂装钢绞线。SC钢绞线系与其它防腐处理类型的钢绞线的主要区别是由于所用的防腐材料与工艺上的不同,从而造成其防腐效果及钢绞线机械性能方面的较大差异,一般钢丝或钢绞线经镀锌处理后,由于镀锌过程对钢丝表面不可避免地产生一定损伤,因而机械性能均有所下降,体现在设计中的影响主要是强度指标需要降低,另外,镀锌钢绞线表面锌层被刮伤后,刮伤处会产生阴极电化学反应,从而加快腐蚀的发生,其它防腐处理方式也存在一定的薄弱之处,包括防腐效果、物理特性变化、锚具要求、与混凝土的附着效果、对施工操作的影响等方面, SC钢绞线主要技术特点如下:5.2.1对构成钢绞线的各根钢丝都进行了充分的表面材质调整,各根钢丝一边旋转一边进行涂装处理,与其它涂装法比较,其膜层厚度较薄(平均120 ~180μm)且均匀,同时致密性好,耐磨性强,可靠性高,具有良好的耐离子渗透、耐化学品、耐电压、耐紫外线辐射、耐疲劳性能等基本特点,综合防腐效果十分理想,应用前景广阔。5.2.2与涂装前的普通钢绞线相比, SC钢绞线的强度及柔软性没有降低,同时,由于涂装处理时的温度不高,不会出现镀锌处理造成的强度损失较大的特点,其强度指标与不涂装钢绞线基本没有区别,松弛率也可保证,十分有利于设计施工控制。5.2.3普通钢绞线即使出厂不久,局部仍易产生锈蚀或浮锈,而在存放时间较长、保护措施不利条件下或由于施工养护等方面的原因,极易发生较为严重的腐蚀现象,甚至导致报废,而SC钢绞线在制造时需在打散情况下对各钢丝进行表面防腐处理,成型后不会出现防腐蚀薄弱部位,不会发生锈蚀现象,合理的操作可充分保证其涂膜质量。涂装处理后的SC钢绞线较原基材外径变化很小,目前所用的常规锚具、夹片仍可适用,无需另行采用专用锚具,有利于方便施工、合理控制投资。由于膜层厚度相对较薄, SC钢绞线的涂装材料用量较少,有条件作到价格更为合理,现场施工通常不会另行增加费用,目前主要在于出厂价格相对较高,其主要原因在于对设备、技术及操作工艺要求很高等方面因素,同时国内能够生产的厂家也有限,随着普及率的不断提高及各方面条件的不断改善,其价格也会相应降低。6结论(1)索结构由于其优异的材料性能特点,在桥梁等多种工程中得到广泛应用,同时,随着设计施工技术及材料工艺不断发展,其应用范围日益扩大,在工程建设中发挥着极为重要的作用,特别在大型工程建设中具有难以替代的作用。(2)为保证制造质量及精度要求,降低现场工作量及难度,进行工厂化生产制造是主要应用发展方向,应根据工程特点进行合理选择,包括合理的锚固连接构造。(3)根据材料自身及使用环境特点,为保证工程长期安全使用,避免或减少各种损失,对索结构的防腐必须高度重视,采取相应工程处理措施。(4)对索结构的防腐应采取综合工程措施,随着技术进步及认识程度的不断提高,在此方面已取得很大发展。除对索体材料自身进行必要的镀锌、环氧喷涂等措施外,对成型后的索体结构进行热挤PE及其它防护处理措施,可取得良好防腐效果。参考文献:[1]中华人民共和国交通部.公路悬索桥设计规范(报批稿)[S].[2]JTJ 027—96,公路斜拉桥设计规范(试行)[S].[3]GB/T 21073—2007,环氧涂层七丝预应力钢绞线[S].[4]唐清华,郑史雄.斜拉桥与悬索桥的防腐[ J].四川建筑, 2005(1): 125-126.