道路与桥梁检测方面的论文

道路桥梁，一般由路基、路面、桥梁、隧道工程和交通工程设施等几大部分组成。下面是我精心推荐的一些道路桥梁工程技术论文题目，希望你能有所感触! 道路桥梁工程技术论文题目篇一 1、论石灰土稳定天然砂砾路面基层的应用 2、二灰碎石基层的施工及质量控制 3、公路路堑边坡防护技术研究 4、强法处理湿陷性黄土路基工艺 5、浅谈高等级公路沥青砼路面机械化施工的几个方面 6、沥青混凝土混合料的组成设计 7、沥青混凝土场拌质量控制 8、石灰稳定的施工与病害防治 9、冲击压实技术在路基工程中的应用 10、浅析场拌二灰砂砾参破碎砾石质量控制 11、骨架密实型二灰碎石基层修筑技术研究 12、水泥稳定碎石基层收缩裂缝防治 13、解决高速公路桥头跳车的理论与施工 14、公路桥面铺装早期破坏原因及治理方法 15、市政工程现场施工与质量管理 16、关于风积沙路基施工的论述 17、论改性沥青路面施工技术 18、石质路堑路床整修带来的思考 19、二灰土底基层的施工 20、二灰碎石基层的施工 21、市政道路工程质量通病及防治 22、土工合成材料的应用 23、土方量计算方法 24、高填方路基沉降变形规律研究 25、公路路基压实质量控制 26、公路路基沉陷的处理技术 27、软土地基的加固措施 28、浅谈填石路堤的施工技术 29、路拌法水泥石灰综合稳定土的施工质量控制 30、SMA混合料的施工质量控制 31、粉喷桩在高填方软土地基中的应用 32、公路边坡植被防护技术 33、浅析滑坡形成机理及防治措施 34、大孔隙沥青混凝土路面 35、农村公路薄层水泥混凝土路面探析 36、喷播边坡防护技术初探 道路桥梁工程技术论文题目篇二 道路桥梁工程检测技术 摘要：道路桥梁工程检测技术的应用和探索，不仅能够起到保证桥梁运行安全、延长桥梁使用寿命的作用，还能通过对桥梁病害的及早发现，规避因整顿大修、关闭交通所带来的重大损失。介绍道路桥梁外观病害分析方法，总结几种道路桥梁的检测技术，可为相关检测工作提供参考。 关键词：道路桥梁 检测技术 外观检测 0、引言 近几年来，受车祸、超载和养护不当等人为因素，以及地震、洪水等自然因素的影响，道路桥梁出现了各种各样的关于其结构损伤、病害的问题，缩短了其使用寿命，为保证道路桥梁的运营安全，需要对其进行检测。道路桥梁检测技术应运而生，并快速发展起来。 1、当前道路桥梁在使用中常出现的问题 道路桥梁在使用过程中会出现各种问题， 导致道路桥梁的安全性遭到破坏。 当前， 道路桥梁病害原因大致分为以下几类： a) 缺乏科学合理的设计方案， 导致不明确的工程施工规划; b)在道路桥梁试运行期间或者试运行以后， 道路桥梁出现比较严重的病害， 从而在很大程度上影响道路桥梁的承载能力; c)道路桥梁在施工过程中 ，没有按照规范进行， 导致施工质量较差， 使工程完工时没有达到工程预先的设计要求; d)有些桥梁在施工建设时的施工质量比较好， 在试运行期间也达到了良好的状态要求， 但是在运行一段时间以后桥梁的承载能力达不到要求; e)对于大跨度桥梁的检测工作可能会存在检测不到位现象， 导致桥梁出现安全隐患， 这类桥梁需要更加高深的检测技术， 而现阶段我国的检测方式还不能达到要求。 2、道路桥梁外观病害分析法 2.1根据部位逐一进行检测 道路桥梁的结构组成可以分为上部、 下部以及其余附属结构。 鉴于不同的结构部位有不同的受力特征， 不同部位也会发生具有一些共性的病害， 对于出现的非常规病害， 检测人员要仔细 研究其病害发生原因， 同时按照不同部位发生的病害程度进行相应的质量评估， 然后更换损坏部件以维持正常运行。 2.2根据受力特征确定检测重点 通常情况下， 可以根据桥梁的类型确定检测重点， 这些重点主要集中在跨中区域的裂缝、 剪力缝、 挠度、 桥梁主梁连接部位的安全情况以及道路桥梁的外观质量等。 2.3对材料特性进行检测调查 随着新技术、 新产品的不断发展和桥梁结构日益多样化， 越来越多的材料和设计应用到桥梁的结构建设中来， 其中使用最广的仍然是钢筋和混凝土结构。 其中钢筋的强度常常是以设计施工中的相关资料为依据的， 检测人员如果发现钢筋质量出现问题或者资料不明确， 在施工前要采取一定的措施进行相关问题的材料试验。 2.4内部缺陷检测 在道路桥梁的混凝土构架中， 常常出现碎裂、 蜂窝、 分层、环境侵蚀以及钢筋锈蚀等缺陷， 如果单单靠外观检测不能及时发现这些缺陷， 因此要借助于其他的检测技术进行相关检测。 当前常用的桥梁检测方法有雷达检测技术、 声波检测法以及超声波探伤法。 2.5结构性能检测 在完成道路桥梁进行整体评价以后， 要根据相关的技术规范进行相应的验算工作， 在验算过程中的相关技术参数要以实际桥梁为准。 验算完成后， 对于未达到规范要求的桥梁可以考虑重建， 对于相对可以利用的可以进行更深一步的鉴定检测。 2.6桥梁钢筋锈蚀测评 由于混凝土的密实度、 碳化深度、 含水量以及保护层厚度不足或者开裂损伤等原因而导致钢筋锈蚀的， 可以通过外观检测、敲击检查等简单易行的操作对钢筋锈蚀程度进行检测。 3、道路桥梁检测技术 3.1超声波检测技术 超声法检测道路桥梁缺陷的基本原理是利用超声波检测仪以及声波换能器， 测量并分析超声脉冲在道路桥梁中的传播速度、波幅、 主频率等参数， 然后以这些参数以及相应的变化为依据，判断道路桥梁出现的缺陷。 3.2地质雷达检测技术 地质雷达技术又称探测雷达技术， 是一种高精度、 无损检测、 直观、 经济快速的高科技检测技术。 该技术主要通过地质雷达向物体内部发射高频电磁波，然后接受由物体产生的相应反射来判断物体内部的情况。 地质雷达技术是一项精度较高的物理探测技术， 主要应用于工程地质、地基工程、 文物考古、 道路桥梁以及混凝土结构探伤等检测领域。 利用地质雷达仪器进行检测的主要流程为： a)检测人员利用笔记本电脑对控制单元发出指令信息; b) 控制单元在接受指令以后， 向发射天线和接收天线发射出信号; c)当发射触发信号以后， 向地面发射高频电磁波; d)当探测位置为不均匀介质时， 电磁波就会遇到不同电性的目标和界面， 导致部分电磁波被反射回地面， 然后接收天线接收信号， 并以数据的形式传到控制单元， 返回到笔记本中， 以图像的形式显现出来; e) 通过对图像进行分析处理， 就可以检测出被检测物的内部情况。 3.3声发射法检测技术 由于材料内部结构不均匀或者存在不同性质的缺陷， 局部应力的集中会导致不稳定的应力分布， 材料在产生裂缝、 发生塑性变形以及断裂过程中， 会释放出部分应力， 使之以应力波的形式向四周扩散， 即为声发射。 道路桥梁中的混凝土结构在荷载作用下发生变形， 当变形超出设计要求时， 就会出现裂纹，以波的形式释放能量。 运用声发射法对道路桥梁进行检测时， 将声发射器放置在需要检测的部位， 通过检测不同位置收到的声波时间差， 就可以明确缺陷的发生位置。 运用声波发射法进行检测可以详细、 准确、 快速地了解桥梁内部结构的变化。 在分析研究缺陷位置以后， 裂纹的种类、大小、 开裂速度等都可以比较详细地分析出来。 由于此种检测方法容易受到周围噪声的影响， 会导致检测精度的下降; 另一方面， 此种方法是利用道路桥梁内部缺陷，因此可以进行连续的动态检测。 3.4冲击回波法检测技术 冲击回波法检测技术是检测仪器通过机械冲击器向被检测物体表面发送应力脉冲波， 当压缩波在物体内传播遇到内部缺陷时， 冲击波就不能穿透而发生反射， 当波速固定且选择正确的冲击器时， 就可以通过测试准确地测得缺陷位置， 即便没有缺陷也可以测得物体的厚度。 冲击回波法检测技术常为单面反射测试技术， 在检测完一点以后就可以判断出此处是否有损伤， 因此该方法具有方便、 快捷， 测试结果比较直观的优点。此方法广泛应用于道路桥梁混凝土或者混凝土结构内部裂纹等缺陷的测定。 另一方面， 此种方法虽然检测简单， 但属于单点测量， 其检测的结果存在不全面的缺点， 实际应用也比较少。 3.5红外热像检测技术 红外线热像检测技术就是运用红外线热像探测仪器检测物体各部分发出的红外线能量， 然后根据物体表面温度场分布情况，直观地显示物体材料及结构上存在的不连续缺陷。 红外热像检测技术是非接触性无损检测技术。 红外热像检测技术具有以下优点： a)红外热像检测技术的探测焦距可以从20cm到无穷远， 因此更加适合具有非接触性及大范围性无损检测; b)红外热像探测仪只对红外线产生反应， 因此只要道路桥梁的温度高于零度， 就可以用红外热像检测技术进行检测; c)由于红外热像检测仪可以取得很高的检测精度， 其温度分辨率可以达到0.1℃; d)检测模式更加灵活， 其摄像速度从1～30帧/s之间变化， 既适合静态检测又适合动态检测。 4、结语 对于道路桥梁进行相关内容的检测已经成为了目前道路桥梁日常维护管理过程中重要的组成部分之一。所以必须建立一套适用于道路桥梁试验相关的检测系统，并且实现对道路桥梁使用安全有效的保障，并且还需要具有一定的系统性以及智能化，这样就要求了相关的工作人员本身必须拥有较为丰富的实践经验，与此同时还必须对相关的理论知识有一个详细的了解，积极有效地将理论实际进行有效的集合，并且对每一项具体的检测数据进行有效地获取、分析，并且对整个道路桥梁进行准确细致的评估，同时及时有效地将安全隐患进行消除。 看了“道路桥梁工程技术论文题目”的人还看： 1. 道路桥梁工程技术论文 2. 道路桥梁工程论文 3. 道路桥梁施工技术论文 4. 道路桥梁工程检测技术论文 5. 道路桥梁论文范文

关于对高等级公路中小跨径桥梁设计分析论文关键词:墩台；设计；耐久性；结构； 斜交桥 论文摘要: 一般公路中的桥梁常以正交布设为主,但为了满足公路技术标准,应使路线线形流畅、连续,部分桥梁须服从路线走向,不可避免会出现一些斜交桥梁,因此在公路桥梁设计中,斜交桥梁的桥型布置、结构形式的选择是否合理将对桥梁施工难度、结构耐久性及工程造价有较大影响。本文根据多年从事公路桥梁设计工作的经验,总结了中小跨径斜交桥的布设方法,并且指出应根据桥梁所处位置的路线线形、斜交角度、河流情况等因素,通过方案比较,选择合适的桥型布置,从而使斜交桥设计合理、施工方便、经济美观。 一、斜弯桥梁的一般布设 处于弯道中的斜交桥梁设计,一方面,应使桥梁结构简单,构件类型少,尺寸统一,便于机械化生产装配,便于施工,桥型布置应与路线线形协调一致,偏差小。另一方面,应达到经济、适用、美观,与周围环境相协调。桥梁布置孔数为1 孔～2 孔时,墩台一般采用平行布置,上部预制构件采用平行布置,主要优点是同一孔上部预制构件尺寸统一,可减少模板型号,施工方便。当桥梁处于曲线半径较小的弯道上时,采用平行布置会出现少许偏差,对2 孔桥梁墩台宜按折线形平行布置。但前后桥台的轴线与路线的斜交角不同,构造尺寸及斜角也不一致,前后孔墩台尺寸、支座位置、柱距均有差别,设计上相对繁琐,施工也不方便。桥梁布置孔数多于3 孔时,墩台一般采用法向布置,上部预制构件采用径向布置,即各片梁板轴线的端部分别位于同一半径上,此时,同一孔的各片梁板布置不平行,须由铰缝宽度进行调整;主要优点是下部构造尺寸统一,即桥墩帽梁尺寸、支座位置、柱距均相同,上部预制构件尺寸型号一般为单孔桥面布置梁板的片数,因此,桥梁布置孔数较多时,墩台宜采用法向布置,既方便设计,又便于施工。对左右幅分离式斜弯桥的设计,左右幅桥墩台一般应分别进行设计,特别是斜交角度大、曲线半径相对较小时,左右幅桥墩台的尺寸将相差较大,只能以不同的参数控制进行尺寸计算,可推算左右幅桥各自的斜交角后,进行简化设计,才能使左右幅桥墩台布设的误差相应减小,更接近路线线形。 二、斜交桥梁的特殊布设 错台布置：适用于左右幅为分离式斜交桥梁,跨越河道有通航要求。如珠邵高速公路第八合同段中K32 + 723.5大桥,横断面布置为分离式左右幅桥,位于弯道半径R = 1600 m 的曲线上,本桥跨越河流宽度约20 m ,路线与河流的斜交角为150°。本桥设计:限于本工程大、中桥梁采用统一跨径,上部预制构件尽量要求统一,本桥上部构造采用7 孔20 m 预制空心板,下部构造采用钻孔灌注桩基础,如果按河流方向布置桥墩、桥台,可满足河道通航要求,但桥梁构件出现30°锐角构造,其受力极不利,质量难以保证,也不符合规范要求,经多方案比较,最后墩台以斜交角度135°布置,而左右幅桥须采用错台7 m 布设,这样可改善构件的受力条件,也能满足河道通航及河岸上设置机耕路的要求。 设置异形梁板过渡孔：适用于斜跨河流及跨过正交通道的桥梁。如珠邵高速公路第六合同段中K23 + 619. 25 大桥,位于弯道半径R = 1 600 m 的曲线上,本桥跨越河流宽度约72 m ,机耕路、通道多处,路线与河流的斜交角为120°。该桥设计:上部构造采用20 m预制空心板,1 号～7 号孔为斜交110°布置,9 号～38 号孔为正交布置,8 号孔为过渡孔,采用异形板过渡,下部构造采用钻孔灌注桩基础,采用这种方法布设,主要考虑旱桥相对较长,仅在跨越河流部分采用斜交布置,达到降低工程造价的目的。可满足河道通航及河岸上设置机耕路、通道的要求。路线与河流的斜交角较大时采用正交布置：适用于路线与河流的斜交角大于150°且河流不通航的桥梁。如汕遮公路改建工程(左幅为已建成公路,在右侧拓宽,形成上下行公路) 中K15 + 824.15 中桥,本桥跨越河流宽度约25 m ,路线与河流的斜交角为150°,原左幅桥上部构造为4 孔13 m 空心板斜交150°布置,下部构造为四柱式墩台;右幅加宽,如果参照左幅桥布置设计,斜交角度太大,不够合理,因此,设计时做深入、细致的研究,基于本桥跨越河道不通航,上部构造采用5 孔13 m 空心板正交布置,下部构造采用二柱式墩台,钻孔灌注桩基础,设计控制右幅桥墩柱位与左幅桥墩沿水流方向一致,避免上部构造空心板、下部构造帽梁出现30°锐角构造,提高结构的性能,施工方便,保证工程质量,且可减少桥梁下部构造工程数量,降低工程造价。 结语 中小跨径斜交桥梁的设计,应根据桥梁所处位置的路线线形、斜交角度、河流情况及工程总体设计要求等诸方面综合考虑,做深入、细致的研究,通过方案比较,选择合适的桥型布置,使斜交桥设计合理,符合规范要求,施工方便,耐久适用,经济美观。 参考文献: 1. 吴香国; 不完整结构屈曲及其可靠性评定方法研究 [D];哈尔滨工程大学; 2006年 2. 张小庆; 结构体系可靠度分析方法研究 [D];大连理工大学; 2003年 3. 沈照伟; 基于可靠度的海洋工程随机荷载组合及设计方法研究 [D];浙江大学; 2004年 4. 孙晓燕; 服役期及加固后的钢筋混凝土桥梁可靠性研究 [D];大连理工大学; 2004年 5. 仲伟秋; 既有钢筋混凝土结构的耐久性评估方法研究 [D];大连理工大学; 2003年 6. 杨则英; 既有钢筋混凝土桥梁安全性耐久性综合评估法研究 [D];大连理工大学; 2004年 7. 禹智涛; 既有钢筋混凝土桥梁可靠性评估的若干问题研究 [D];华南理工大学; 2003年 8. 孙晓燕,黄承逵,孙保沭; 既有桥梁外贴纤维布加固后可靠度分析[J]; 东南大学学报(自然科学版); 2005年03期; 109-114

大型桥梁运架设备安装中的直线度测量 精测公司 李学仕 【摘 要】 本文介绍了杭州湾跨海大桥50m预制箱梁运架设备安装过程中,应用导线法测量设备构件直线度的方法。 【关键词】 导线法 直线度 安装测量 杭州湾跨海大桥 杭州湾跨海大桥(全长36km)50m预制箱梁的制、运、架大型设备统称五大设备,其尺寸庞大, 结构复杂,安装精度要求高,均采用工厂制造构件,运输到现场再安装的方式;其中长大构件组装连接后的直线度(保持各点在一条直线上,不产生平面弯曲)是控制设备安装精度的一项重要指标,需要在安装过程中不断监控测量,及时提供实时数据,以指导安装施工。一般情况下,测量直线可在直线的端头置镜,瞄准直线方向,检查直线上的点,即可及时知道直线度情况;如果在直线上因地形条件限制而无法架设测量仪器时,如何快速测量直线度和保证测量精度呢?设备安装应属工业安装测量问题,但桥梁运架设备须在施工现场安装,我们采用工程测量方法解决了这一问题。本文介绍在杭州湾跨海大桥50m箱梁运架设备安装过程中应用导线法测量设备构件直线度的方法。 1 实现原理 图 1 测量直线度就是确定测点到直线的偏移距离。在待测直线外任意P点置镜,选择待测直线上A、B两点(可选择两端点)作为直线控制点(如图1),建立以A点为原点,AB连线为X轴正向的坐标系(简称A坐标系),易知在该坐标系下的Y坐标就是距AB直线方向的偏离值。 利用全站仪先测量出直线控制点A、B到置镜点P的距离S1、S2和角度a,即可计算出在上述坐标系下的P点坐标和PB或PA的方位;然后在全站仪中设置测站坐标和方位(定位与定向),即可直接测量直线上其他点的坐标,以直观分析各测点相对于直线AB的偏离程度(直线度)。 P点坐标计算方法,这里介绍利用导线法计算。首先建立一个临时坐标系(简称P坐标系),以P为坐标原点,PA连线为X轴的正向,由测量的距离和角度计算出A、B的临时坐标以及AB、PB、PA的方位,然后根据方位差计算PA、PB在A坐标系中的方位以及P点的坐标。 在上述临时坐标系中:P点的坐标(0,0),PA的方位=0,A点的坐标(S1,0);PB的方位=a,B点的坐标[S2×cosa,S2×sina];AB的方位=w,由AB坐标反算得到。 在A坐标系中,AB的方位=0,则根据P坐标系中的方位关系得到:PA的方位=-w,PB的方位=a-w,从而P点的坐标X=-S1×cosw,Y=S1×sinw。 在作业现场上述计算可以利用程序型计算器计算快速得到,如使用Casio fx4500计算的代码 为:EFA (E=S1,F=S2,A=a) Pol(Fcos(A)-E,Fsin(A))n(AB的距离S) n(PB的方位) X=-Ecos(W)n(P点的坐标) Y=Esin(W)n 2 精度分析 由上述建立的坐标系可知,直线度的误差即测量中主要看观测点Y坐标误差。 根据公式Y=Yp+S×sinα,可知主要误差来源是距离误差、方向误差和定向误差。观测时,采 用配套小棱镜,直接对中观测目标,对中误差极小;观测距离不长,一般在60m以内,同一气象条件下,测距精度较高;同时很容易觇准目标,方向观测精度较高。在仅顾及观测误差影响的情况下,Y的中误差:m2y=sin2αm2s+S2cos2αm2α若设:ms=1mm,mα=4〃,S=60m,上式若取m2y=m2s+S2m2α,可以得出my最大误差也不过1•5mm。 杭州湾跨海大桥50m箱梁运架设备的直线度、铅直度安装精度一般要求达到5mm,此为极限 误差,则安装总中误差为2•5mm,包括安装和测量误差。根据测量误差取安装误差的1/ 2倍的原则,得到测量误差为安装总误差的1/ 3倍,即测量误差为2•5/ 3=1•4mm。可见上述测量方法是可以达到测量要求的。 3 操作方法 在待测直线外适当地点(大致在直线中间部位)架设好仪器;全站仪照准A点,方向置零,测量 距离S1;照准B点,测量角度a和距离S2,保持仪器不动;利用计算器计算A坐标系中P点的坐标和PB的方位,输入到全站仪中;开始从B到A测量直线上的点坐标并记录数据。 4 测量应用 (1) LGB1600架桥机 LGB1600架桥机主要结构是其沿桥梁方向左右两大机臂,均为110m长的矩形钢框架梁(截面尺寸为宽2•2m×高3•2m)。两机臂由前后两端钢横梁联系。每条机臂分为10段,长度分别为11•88m×9+4•3m,各段之间用钢板螺栓连接。 拼装时,先拼装为3大段(3节+3节+4节),再将3大段依次连接起来。构件体形庞大,各大段拼装以及三大段整体拼装时会产生线性扭曲,为使结构按设计精度安装(直线度要求5mm以内),需要在连接螺栓进行初拧前、终拧前以及终拧后对机臂进行直线度测量,而更多的是在安装调整过程中进行实时测量,要求较快测量出数据。机臂尺寸较大,在大臂外没有位置架设测量仪器,但可架设在机臂顶面,采用导线法建立以大臂纵向为X轴的坐标系,根据测量得出的Y坐标,可方便地看出大臂的弯折情况。终拧后的测量结果数据将作为安装竣工数据进行构件空间结构模拟演算。 在大臂顶面有两股运梁小车走行轨道,中心间距为2m(制造精度较高)。同时测量两股轨道对 应点,由Y坐标差可检验测量精度。从测量结果看,间距最大相差2mm,从而验证了用该方法测量的结果是可靠的。 提梁机台车主梁的上下弦杆直线度测量 ML800提梁机 ML800提梁机(见图3)由主梁、刚性支腿和柔性支腿以及走行小车等组成,主梁为钢桁架,其尺寸为长64m×宽4•7m×高8•5m。上下弦杆均由六段截面为工字型的钢构件螺栓连接组成,安装时,需要对各弦杆各段间的连接点进行直线度测量(直线度要求为5mm)。建立以主梁纵向为X轴的坐标系,用导线法测量各节点的坐标,可以方便的得出各节点连线的直线度情况。 (3)提梁机台车主梁上下弦杆连接立柱垂直度测量 提梁机台车主梁上下弦杆用斜撑和立柱连接,安装时需要对立柱相对于主梁纵横向的倾斜进 行测量(上下对应点在平面上的投影纵横向距离要求5mm内)。使用导线法,同样建立以主梁纵向为X轴的坐标系,分别测量立柱的上、下端对应位置的平面坐标,比较纵横坐标差值,可以迅速得到每根立柱的倾斜状态,以及各立柱之间的相互倾斜状态,及时安装调整到正确位置。 (4)提梁机刚性支腿安装测量 提梁机左侧的刚性支腿(高度27•3m)在安装时平放在地面上如图4所示,C、D、E、F处于同一个平面内(连线尺寸为4m×7•5m),与主梁安装好以后在同一水平面,均为带螺孔的钢板与主梁对应螺拴钢板对位连接;与地面轨道走行台车连接端的A、B(距离15m)为带销孔的钢板,与走行台车上对应销子相连接,安装后处于水平,与CDEF平行。安装时平放地面,需要控制AB与CD及CDEF平行,且CDEF钢板处于同一平面内(此时为竖直面)。 同样使用导线法测量,建立以A为原点、AB为X轴的坐标系,测量C、D、E、F的坐标,即可知道C、D、E、F是否处于同一竖直面内(据Y坐标)以及是否与AB平行。 5 结语 应用导线法测量大型设备的直线度、铅直度,可以方便、快速的获得准确测量结果,及时为现场安装施工提供可靠数据,为杭州湾跨海大桥50m箱梁五大设备顺利安装投入使用、确保架梁工期赢得了宝贵时间。 参 考 文 献 1 李青岳、陈永奇•工程测量学•测绘出版社;1995•5

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.