桥梁拉索五类典型病害分析

几乎所有的服役桥梁，其拉索都存在不同程度的病害。众多桥梁由于管养不善，导致拉索病害日益发展。相当一部分建成后短时间内出现严重的问题，不得不提前大修，甚至提前换索，浪费极大。此类结构隐患，致使结构垮塌也屡见不鲜，严重威胁着工程及人民生命财产的安全[1]。

桥梁拉索常见的病害有：下端预埋管水患与拉索（索体与锚头）腐蚀、HDPE护套老化与应力开裂、拱桥短吊杆问题、拉索风雨激振、悬索桥主缆系统腐蚀等。

腐蚀是影响拉索寿命的主因

下端预埋管水患

下端预埋管水患是指斜拉桥、拱桥、悬索桥等梁端预埋管，因水或水汽造成拉索索体与锚头腐蚀的病害。一般来说，预埋管水患是雨水直接流入预埋管内浸泡拉索与锚头，或因预埋管处的密封性缺陷，大气中的潮湿空气进入预埋管内后，造成预埋管内潮湿度升高，或冷凝积水。下端预埋管水患是最为普遍存在的现象，也是影响桥梁拉索使用寿命与安全的最大威胁。

下端预埋管水患的形成主要原因有：

下端防水罩存在质量问题，或因未及时维修、未按要求施工导致其丧失防水功能，雨水直接流入预埋管内，浸泡拉索与锚头。以往的设计理念认为，下端预埋管应设置排水构造。然而，实践经验告诉我们，排水孔长期使用后，堵塞严重，无法排水。例如福州青州闽江大桥80%以上的下锚头发现下雨后都有积水[1]；柳州文惠桥自建成后，水长期浸泡下端锚头，梁底长期滴水，不到10年时间形成35cm长的钟乳石状结石[1]；泉南高速公路南宁六景大桥积水充满整个预埋管；瑞典乌德瓦拉桥（UddevalaBridge）也是不断有雨水进入下端锚头[4]；南昌八一大桥因防水罩失效，下端预埋管内长期潮湿度高，造成斜拉索下端锚头銹蚀严重，年全面换索；杭瑞高速公路九景段鄱阳湖大桥也因防水罩失效，下端预埋管长期积水，后经系统、专业技术养护，拉索得到有效保护。其中，鄱阳湖大桥通过专业技术养护有效延长拉索的使用寿命，保证桥梁的使用安全，对结构管养启示颇多。

a柳州文惠桥下端积水

b瑞典乌德瓦拉桥下端锚头进水

图1拉索下端预埋管水患

HDPE护套老化与应力开裂

HDPE（高密度聚乙烯）护套主要功能是防护拉索。上世纪80年代，自广州海印大桥斜拉索采用HDPE护套后，我国开始在平行钢丝类拉索上大量应用。之后几年，业内人士发现，拉索HDPE护套与电缆的护套完全不同，拉索的HDPE护套在使用后的短短几年内就出现严重的老化和开裂。雨水进入拉索内部，造成拉索钢丝锈蚀。桥梁拉索HDPE护套之所以较电缆护套更容易老化与应力开裂，排除材料、加工工艺等等因素外，最根本的原因就是桥梁平行钢丝拉索的结构特点。当拉索挂索张拉后，HDPE护套随索体受力伸长，HDPE护套长期处在3～5Mpa以上的应力状态下工作（如果HDPE护套加工冷却不当可达9Mpa）。平行钢丝拉索的构造及HDPE护套的受力状态如图2所示。

图2平行钢丝拉索构造

HDPE护套老化的特征是护套表面出现不规则的网状裂纹，HDPE材料延性、机械强度等力学性能指标大大降低。影响HDPE护套老化的因素一般与材料的性能、挤塑成型工艺（加热温度、加热时间、冷却方式与冷却时间）、使用环境（紫外线强度、雨水冲淋、腐蚀、内应力）等有关。

HDPE护套开裂的特征是护套环向应力开裂，HDPE材料延性、机械强度等力学性能指标没有明显下降。影响HDPE护套环向应力开裂的因素与影响老化的因素基本相同，但最主要的因素是材料的耐环境应力开裂性能、内应力的大小和紫外线的强度。HDPE护套的老化与应力开裂一般从迎光面开始。

提高拉索HDPE护套使用寿命可采取以下方法与措施：

1.不同的HDPE材料，其耐环境应力开裂性能指标迥异。一般来说，HDPE材料应力开裂性与其环境应力开裂性能指标正相关。然而，由于认识不足，我国早期的桥梁拉索标准要求HDPE材料耐环境应力开裂性能仅为h。工程经验证明，桥梁拉索用HDPE材料耐环境应力开裂性能应达到h以上。

2.HDPE护套在热挤塑成型冷却时有残余的内应力，正常使用时受到拉应力。高分子材料在长期连续拉应力及环境因素的作用下，聚合物分子的结合能力下降，分子结合键断裂，应力开裂。环境应力开裂试验证明[1]，当应力水平降到一定程度时，高分子材料开裂时间理论上趋向持久极限、永不开裂。天津永和公路大桥，其斜拉索PE护套在无张拉应力状态下使用20年也未开裂和老化。实际工程已证明，单元式钢绞线类型的拉索，大、小HDPE护套在无粘结和半无粘结状态下工作，服役30年以后，也未发现HDPE护套环境应力开裂。因此，如果条件允许，桥梁拉索使用的HDPE材料应避免与结构参与共同受力。

3.HDPE护套损伤就是一个潜在的开裂源。所以，应做好应有的防护措施，避免在生产、运输、安装等过程中损伤HDPE护套。目前，大多数的HDPE护套损伤后都采用二次热熔修补。我们已经知道，HDPE材料二次热熔其性能有较大的下降，所以，修补后的HDPE护套更易老化，更易开裂，开裂时间会更短。如果条件允许，建议采用缠包方法修复HDPE护套。

4.紫外线的照射会加速HDPE护套的老化与应力开裂。采用缠包方法不仅可以修复受损的HDPE护套，更可以隔离紫外线、雨水和腐蚀性气体对HDPE护套的浸蚀作用，实现HDPE护套与索体同等寿命。现役桥梁，如果HDPE护套出现老化与应力开裂的问题，在未产生开创性裂纹时，缠包修复是行之有效的办法。

拱桥短吊杆问题

对于中（下）承式拱桥来说，桥面系及荷载是通过吊杆承受的。当温度变化时，桥面系将产生纵桥向的纵向位移，吊杆摆动。一般来说，拱圈端吊杆是固定不动的，吊杆摆动量与桥面系的纵向位移、吊杆的长度有关。桥面系的纵向位移量越大，吊杆的长度越短，吊杆的摆动角度就越大。此时，吊杆的附加应力就越大。宜宾小南门金沙江桥年部分桥面垮塌就是因短吊杆断裂造成。吊杆断裂时为凌晨温度最低点，桥面纵向位移量大，短吊杆的附加应力也大。邕宁邕江大桥短吊杆摆动明显，可以看到，短吊杆的摆动已造成吊杆破损、拱圈混凝土迸裂。拱桥设计规范没有明确规定短吊杆的设计要求，目前也没有更多的实验数据。一般原则是：

1.短吊杆极限摆动造成吊杆的总应力水平不应超过0.5σb。

2.结构条件允许的前提下，短吊杆应尽量设置长一点。短吊杆宜长不宜短。

3.短吊杆宜采用柔性吊杆，避免用刚性吊杆。

4.短吊杆尽量设置可摆动的球形铰，减小桥面系纵桥向位移时，吊杆的附加应力和安装时消除施工误差。

拉索风雨激振

桥梁拉索由于质量、刚度和阻尼都较小，易发生振动。尤其是在风雨共同作用下拉索发生大幅度风雨激振的概率较高。我国南京长江二桥、湖南洞庭湖大桥的斜拉索曾经发生过较大的风雨激振。

由于振幅大、破坏性大，斜拉索风雨激振严重威胁斜拉桥的安全，已经成为大跨度斜拉桥设计中最为

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