大跨度桥梁缆索腐蚀情况调查分析

发布时间：2016-09-28 06:31

摘    要

随着经济的不断发展，以及技术的不断革新，越来越多的大跨距桥梁开工建设，现已形成包括跨海大桥、高速桥梁等在内的一系列大跨距大桥的施工体系，并在施工与研究过程中逐步的完善。而从现有的桥梁建设实例中我们发现，斜拉桥以及悬索桥交付使用后，需要进行严格的维护与保养，否则容易出现一系列的损伤、腐蚀与磨损。现阶段的研究则主要集中在具体桥梁的案例分析阶段，因此缺乏对于斜拉桥与悬索桥整体的建设与腐蚀现状的研究与总结，进而无法对其内的共性因素与处置对策进行系统的分析。基于这个背景，本文以斜拉桥与悬索桥为研究对象，对其腐蚀现状进行研究与分析，，其研究目的在于通过大量案例的分析能够找到并总结出共性的规律，对斜拉桥以及悬索桥的整体腐蚀现状进行评价，并通过腐蚀现状以及形成的因素、原因等内容的归纳与总结找到具体的共性原因，为后续的相关桥梁设计、施工与维护奠定理论基础。在本文的研究过程中采用的研究方法主要为案例总结、理论归纳以及实证研究等三种，在对具体的案例进行总结与分析的基础上，对其内存在的共性规律进行总结，以频次与位点等相关信息为依托，对其可能形成的斜拉桥与悬索桥的腐蚀病害进行系统的总结，并根据总结的结果进行客观的评价。通过研究发现悬索桥与斜拉桥腐蚀现象相对严重，已经成为限制其使用安全的第一要素。在具体的频次与位点分析中我们发现，斜拉桥的主要腐蚀位点分布在索体（97.0%）以及拉索护套上（93.9%），二者同时具有相关关系，此外，缆索下锚头（75.8%）与上锚头（42.4%）也存在一定的腐蚀问题，针对斜拉桥的腐蚀原因分析表明，由于防护工艺缺陷、施工缺陷以及施工不遵从等现象产生的腐蚀问题是其产生的根本原因，比例分别占到了37%、25%和28%；在悬索桥的相关研究中发现，主要腐蚀位点分布在下锚碇（100.0%）以及悬索上（93.8%）。此外，上锚碇（75.0%）、索塔（18.8%）与吊杆（18.8%）也存在一定的腐蚀问题，针对悬索桥的腐蚀原因分析表明，由于施工不遵从、施工缺陷、防护工艺缺陷以及设计缺陷等现象产生的腐蚀问题是其产生的根本原因，比例分别占到了34%、27%、22%和16%；希望通过本文的研究能够为今后的相关桥梁施工体系建设以及腐蚀损伤防护提供必要的理论基础与实践指导。  
关键词：斜拉桥；悬索桥；腐蚀损伤；原因及处理

Abstract

With the continuous development of the economy, innovation andtechnology, more and more large span bridge construction, constructionsystem has formed a series of large span bridge including bridge, bridge,high speed, and in the construction and research in the process ofgradual improvement. From the existing bridge construction examples we found, cable-stayed bridge and suspension bridge after delivery, the need for maintenance of strict, otherwise prone to injury, a series of corrosion and wear. The present study is mainly concentrated in theconcrete bridge case analysis stage, so the lack of the research and summary of the construction and the overall corrosion status of cable-stayed bridge and suspension bridge, and not in common factors andCountermeasures of system analysis. Based on this background, thecable-stayed bridge and suspension bridge as the research object, study and analysis of the corrosion situation, its purpose is through the analysis of a large number of cases can be found and summed up thecommon rules, evaluation of the cable-stayed bridge and the overallcorrosion status of suspension bridge, and through the content and formof corrosion the reason for such factors, summed up and summarized to find common specific reasons, for the design, construction and maintenance of bridges related follow-up theoretical basis. Research methods used in the research process of this paper is mainly case summary, theoretical analysis and empirical research three, based on the summary and analysis of specific cases, the common law of its existence within the summary, to the frequency and site and other relevant information as the basis, a systematic summary of corrosion disease ofcable-stayed bridge and suspension bridge may be formed, and the objective evaluation based on a summary of the results. Through the study of long-span suspension bridge and cable-stayed bridge corrosionphenomenon is relatively serious, limiting its safety has become the first element of use. In the frequency and site specific analysis we found that,the main corrosion sites of the cable-stayed bridge cable distribution in the body (97%) and cable sheath (93.9%), the two also has arelationship, in addition, the cable anchor head (75.8%) and (42.4%) the anchor head also exist corrosion problems, according to the the causes of corrosion of the cable-stayed bridge analysis shows that, due tocorrosion problems protection process defects, construction defects and the construction does not comply with the phenomenon is the root causes, the proportion respectively accounted for 37%, 25% and 28%; in the related research of suspension bridge, the main corrosion sitesdistributed in the lower anchor (100%) and cable (93.8%). In addition, the upper anchor (75%), (18.8%) and the tower (18.8%) there are some problems for corrosion, corrosion reason of suspension bridge analysis shows that, due to corrosion problems, the construction does not comply with the construction defects, defect protection technology and design defects is a phenomenon of the root causes, the proportion accounted for at 34%, 27%, 22% and 16%; I hope this study can provide theoretical basis and practical guidance for the necessary system for construction of bridge in the future and related corrosion protection.
Key Words：Cable-stayed bridge; suspension bridge; corrosion damage; causes and treatment
 
目    录
摘    要 I
Abstract II
引    言 1
1  绪论 2
1.1  研究背景和意义 2
1.2  国内外大跨度桥梁应用发展概况 3
2.1.1  斜拉桥 3
2.1.2  悬索桥 7
1.3  本文研究内容 10
2  斜拉桥拉索腐蚀情况调查 11
2.1  国内斜拉桥拉索腐蚀案例 11
2.2  国外斜拉桥拉索腐蚀案例 29
2.3  拉索腐蚀分析及处理方法 36
2.3.1  腐蚀损伤 36
2.3.2  原因分析 38
2.3.3  处理方法 40
2.4  本章小结 43
3 悬索桥缆索腐蚀情况调查 45
3.1国内悬索桥缆索腐蚀案例 45
3.2国外悬索桥缆索腐蚀案例 48
3.3缆索腐蚀分析及处理方法 54
3.3.1 腐蚀损伤 54
3.3.2 原因分析 56
3.3.3 处理方法 57
3.4本章小结 60
4 结论与展望 61
4.1结论 61
4.2展望 62
参 考 文 献 63
致    谢 67
学位论文版权使用授权书 68
 
引    言

随着我国经济的不断发展，桥梁施工体系日益完善，斜拉桥与悬索桥等设计模式在景观桥梁以及大跨距功能桥梁的建设中较为常见。而由于其具有承重结构单元合理、桥梁重力较低以及受到地形限制较少等特点而备受关注。与此同时，受到施工工艺的影响，其重力的荷载主体仅能够采用金属构件来进行施工，这也使得后续的维护成本与要求相对较高。从世界范围来看，悬索桥与斜拉桥的施工环境更为复杂，养护难度更高，使得人们不得不从其建设优势的分析转而对其存在的可持续问题进行讨论。从现有的研究现状来看，斜拉桥与悬索桥的索体、缆索锚头以及其他相关构建的病害使其腐蚀损伤的多发结构，如果不进行正确的维护与处理，容易形成其耐久性下降、应力水平缺失，甚至出现严重的使用寿命与使用安全风险。从病害形成的原因来看，除了人为维护等主观不遵从因素之外，其他自然因素，包括应力腐蚀、电化学腐蚀、疲劳腐蚀等在内的因素对其影响效果显著。基于这个背景本文对现阶段已经投入使用的悬索桥与斜拉桥进行实证研究，探讨不同桥梁案例的腐蚀病害现状，为后续的分析奠定案例基础。并通过对其腐蚀病害以及自然环境等多维度综合分析，提出其病害产生的多发构建统计以及原因总结。为将来可能出现的病害处置与预防奠定理论基础。希望通过本文的研究能够为今后的相关工作与科研奠定理论基础与实践指导。

4 结论与展望

4.1结论
通过本文的分析我们得到了如下几方面结论：
在斜拉桥方面：第一，索体的腐蚀损伤最为严重，其腐蚀比例达到了97%，即是几乎所有的桥梁案例中均存在不同程度的索体腐蚀情况。同时，我们发现在几乎所有的大跨度桥梁案例中都有索体腐蚀的现象存在，而不同的是腐蚀程度因施工工艺以及防护工艺而不同。此种现象不仅说明了桥梁索体作为腐蚀的多发点而存在，同时也说明了在应力损耗的过程中该位点的腐蚀损伤的贡献最大。
第二，由于外力而导致的阻断式防护失效的因素占到全体原因的3%；由于设计缺陷因素导致的阻断式防护失效的因素占到全体原因的7%；二者均对其有一定的影响，但是没有达到主要影响的水平。此外，施工缺陷、防护工艺缺陷以及施工不遵从的阻断式防护失效因素分别占到全体原因的25%、37%和28%，是其产生腐蚀的主要因素。对其进行具体分析发现，施工缺陷是指此种施工工艺在桥梁建设过程中存在不成熟等问题，自身容易形成阻断不彻底的现象；而防护工艺缺陷主要是由于防护措施自身无法满足彻底隔绝的目的。从比例方面去分析，绝大部分的腐蚀产生在施工过程中的不遵从现象，即施工过程没有达到设计的质量要求，对于防护措施中的施工建设存在偷工减量以及质量不高的因素。
第三，为了保障现有桥梁的使用安全，并为后续桥梁的建设与施工提供必要的理论基础与实践指导，我们需要对桥梁腐蚀情况进行全面的处理。从上文的案例分析中我们可以发现，其主要的处置方式可以分为部分更换、全部更换、定期维护、加强施工监管等方面。而上述的若干种处理方式均需要建立完善的桥梁腐蚀损伤的评价体系。该体系的建立应该对不同的桥梁应力部位与构件进行分析，并对腐蚀深度以及强度等特征值进行客观的描述。只有这样才能够对其后续的处理提供科学的依据，并为可持续的桥梁维护提供周期性的指导意见。在具体的处置过程中我们应该遵循：评价——体系建立——维护方法确定——处置的四步骤原则来进行。
在悬索桥方面：我国悬索桥建设技术已经趋于成熟，同时也是世界范围内悬索桥数量最多的国家与地区。但是在悬索桥维护与保养方面还存在着诸多不足。在本章的研究过程中，主要针对国内外悬索桥现状进行总结与分析。经过案例分析我们发现，无论是国外的悬索桥建设项目，还是我国的悬索桥建设实例均存在着腐蚀损伤困扰。腐蚀程度虽然在桥梁之间各有不同，但是总体上表现为趋于腐蚀的整体趋势。腐蚀现象一旦存在将会对桥梁主要构件的应力水平与使用寿命造成严重影响，甚至会直接威胁到桥梁的使用安全，对通行车辆的财产人身安全造成隐患。在这样的背景下，我们需要对腐蚀现状、产生的原因其具体的处置措施进行分析与讨论。本章节也正是基于这个思路来进行研究的。在具体的研究过程中，基于案例我们对其腐蚀部位的频次进行了统计，经过统计发现，更多的腐蚀部位发生在悬索与下锚碇部位，其腐蚀频次分别达到了93.8%和100%；从原因方面来进行分析，腐蚀防护措施的设计以及相关施工的不遵从是产生悬索桥腐蚀现象的根本原因。基于这个原因，我们对现阶段桥梁处置体系进行了总结，制定了“评价——体系建立——维护方法确定——处置” 的四步骤处理方案。并根据本文的研究结果，确定了桥梁腐蚀情况得具体评价指标体系以及相关的指标，为后续的处置提供了理论基础。同时建立了评价体系与维护方法确定之间的相互关系，为桥梁具体的维护施工奠定了方法选择理论。并根据案例总结了处置的三种方式，分析不同方式处置条件下的优劣性为后续桥梁的具体维护施工提供实践指导。

参 考 文 献

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本文编号：125063