斜拉桥损伤形态及成因
姜卫东
（土木工程普本2006级1班 学号：2006440949）
摘要：通过搜集和整理斜拉桥的病害及其成因分析资料，总结斜拉桥结构中拉索损伤、主梁损伤、索塔损伤及附属结构损伤的产生原因，分析得出斜拉桥最容易损伤的部位是斜拉索，然后依次是主梁、索塔。
关键字：斜拉桥 损伤部位 原因
0 引言
虽然我国的斜拉桥建桥历史不长，但是由于斜拉桥设计规范和理论的不完善、施工质量问题以及运营交通量剧增等多方面的原因，目前相当数量的斜拉桥已提前发生损伤，导致结构的退化，甚至出现安全性问题［1］。为了防止斜拉桥安全性问题的出现，如果能够根据斜拉桥的病害资料找出斜拉桥的易损部位以及由于各种原因引起的斜拉桥损伤形态，建立斜拉桥的损伤模式库，对于斜拉桥的损伤识别和健康监测系统的发展将是非常有意义的。 1 斜拉桥病害及成因分析
（1）拉索损伤
1）电化腐蚀引起的损伤。腐蚀是拉索损坏的主要原因。氧气、水、氯离子、持续作用于高强钢丝的拉应力等因素都会引起钢材腐蚀，产生应力腐蚀裂缝和氢化断裂，造成拉索承载能力过早地衰退，从而使该斜拉桥受力状态产生了严重退化。所以斜拉桥，尤其是跨海斜拉桥应当非常注意防腐问题。
2）振动影响引起的损伤。斜拉桥刚度较小，在车辆、风荷载、风雨联合作用下容易产生振动，在拉索中产生很大的应力变化，在某些情况下，甚至会产生反向应力，使得拉索对桥梁的振动更为敏感，激烈的振动会大大加速钢索防腐层的磨耗或破损，影响防腐保护体系的完整，加剧拉索的腐蚀［2］。或在风雨荷载或者风、车辆耦合荷载作用下引起斜拉索振动导致钢护套振坏而发生斜拉索损伤，由于长索的振动频率比短索低，更容易发生各种类型的振动，振动过程中，原有破损位置将加速破坏。
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《大跨桥梁》小论文
3）施工质量及养护不当。由于制作质量、施工质量差，高强钢丝有接头、机械损伤、刻痕、断丝等情况；热挤PE护套因温度、含水量、均匀性、光泽控制不好、外表被划伤而减少使用寿命；钢丝的墩头裂纹、冷铸材料强度不够、锚具密封不严、环氧混合料灌注的密实程度不够都将导致斜拉索锚具的腐蚀。
（2）主梁损伤
1）金属腐蚀引起的损伤。斜拉桥一般建于大江大河，甚至跨海而建，暴露于空气中，接触土壤和水，斜拉桥中的金属构件会受到金属腐蚀。腐蚀势必降低结构的耐久性，影响结构的使用性能，甚至危及结构的安全性。
2）设计不当引起的损伤。在设计中计算考虑不周，配筋不合理，结构尺寸不足，构造处理不当都会导致结构损伤，这种损伤甚至是致命性的
［3］
。当然，结构产生的损伤不一定是某
一种单一的因素引起的，就所有的损伤而言，有大部分是由于设计考虑不周，施工质量不高而在某种外界环境或荷载的诱发下产生损伤。
3）施工质量差引起损伤。由于施工质量产生的裂缝种类很多，施工时局部缺陷或施工工艺不当就会首先在受力最不利、强度最薄弱的部位出现病害，局部的质量退化会发展成总体的质量退化。这种局部病害不断发展，将会引起整体质量的下降。
4）车辆超载、冲击引起损伤。由于交通运输的发展以及设计、施工等方面的原因，大部分桥梁处于超载运行状态，使结构的作用超过了抗力，导致结构损伤［4］。
5）成桥状态的改变引起结构的损伤。成桥状态改变包括斜拉索索力改变，主梁线形改变，桥塔发生挠度变形。斜拉索索力的变化导致主梁和桥塔内力的变化，使某些部件的弯矩或内力增大，在反复荷载作用下甚至导致主梁下挠、桥塔内弯等永久变形，在结构上产生二次内力，造成关键部位如跨中、塔根处的损伤，甚至使桥梁失效。反之，主梁由于混凝土徐变影响、施工误差、预应力钢绞线应力损失、使用荷载超限等原因产生下挠或者桥塔在日照、应力反复作用下发生永久性挠度变化都会导致索力的变化。如此相互影响，使结构产生损伤。
（3）索塔损伤
1) 索塔挠度变形。索塔是斜拉桥的基本构件之一，其产生挠度变形的原因有：a．由于索塔两侧斜拉索的拉力不等，而使索塔在顺桥向产生挠度变形；b．由于索塔受风力、日照等外界环境因素的影响而产生挠度变形；c．由于设计与施工的不合理性，使索塔产生额外的变形。
2) 索塔裂缝。索塔上裂缝的影响因素较多，比如施工中的温度变化、混凝土水化热太大、混凝土收缩、材料质量不合格、施工质量差等施工因素在索塔上产生裂缝；索力、温度的交错变化对索锚固区的混凝土产生一种疲劳作用，使索塔造成疲劳损伤，导致索塔锚固区的混
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《大跨桥梁》小论文
凝土过早出现裂纹，影响索塔结构的正常使用；索与塔锚固区的集中应力等。
3) 塔架横梁裂缝。因成桥状态的变化而导致的塔架支座压力增大使塔架支座横梁出现剪切裂缝。
（4）附属结构损伤
1) 伸缩缝的损伤。伸缩缝的损伤对整个桥梁结构的影响很大，如主桥和引桥之间的伸缩缝若严重损坏，引起车辆的跳动，跳动的车辆对桥梁产生冲击作用，最后会导致梁端部腹板上出现裂缝；或伸缩缝因老化而渗人水，则会引起斜拉索锚头、锚垫板的锈蚀。
2) 支座的损伤。斜拉桥的边跨辅助墩上的支座设置的是受拉压双向作用的支座，荷载作用于中跨时受拉力作用，荷载作用于边跨时受压力作用。由于这种车辆荷载的反复作用和支座零件暴露于空气中受到腐蚀，双向支座比较容易发生损伤。
3) 桥面铺装的损伤。如武汉白沙洲大桥就发生路面多处沉降，沥青混凝土出现大面积滑移现象。泰国的湄南河桥是单索面钢箱梁斜拉桥，通行不久桥面(沥青铺装层)就有不少由扭矩引起的开裂
［5］
。
2 易损部位分析结论
1)斜拉桥最容易引起损伤的部位是斜拉索，主要是由于锈蚀引起的。2)斜拉桥容易引起损伤的其次部位是主梁。如斜拉桥主梁的跨中截面、塔根截面处、尾索锚固截面等均为易损截面。3)斜拉桥容易引起损伤的再次部位是索塔。 3 结语
斜拉桥的结构形式多样，每种形式都有其自身特点，因而系统性地研究斜拉桥这种桥型的共性损伤特点是比较难的［6］，但是关于斜拉桥这一桥型损伤特点的研究对斜拉桥健康检测系统和斜拉桥检测、养护、管理的实施是非常有意义的。
参考文献
[1] 张启伟．大型桥梁健康监测系统设计[J]．同济大学学报，2003，29(1)：l8—19 [2] 王文涛．斜拉桥的换索工程[M]．北京：人民交通出版社，2002
[3] 刘永刚. 岷江大桥施工计算与分析[J]．成都：西南交通大学学报，2002: 15-17 [4] 史家钧．黄河公路大桥的运营监测[J]．同济大学学报，2001(5)：10—11 [5] 杨正华．斜拉桥动力特性的研究[J]．山西建筑，2007，33(36)：304—305 [6] 严国敏．现代斜拉桥[M]．成都：西南交通大学出版社，1995
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