大跨度钢桥病害的成因与对策

大跨度钢桥病害的成因与对策

王凡

山东省交通规划设计院集团有限公司     山东济南     250101

摘要:随着中国科学技术和经济的不断发展，我国各城市的建设进程随之加快，对城市道路及桥梁的需求也不断增加，桥梁技术不断创新。但是，建设面临的困难依然存在。钢桥作为优美的结构，具有悠久的历史。世界范围内建造了很多的大跨度钢桥，涉及公路桥、铁路桥、公铁两用桥。在役钢桥由于设计年代的原因，采用的钢材和设计方法也不尽相同。

关键词：大跨度    钢桥病害    对策

一、引 言

随着桥梁工程的不断发展,钢桥的应用越来越广泛。钢桥作为交通工程的重要组成部分,数量大,结构规模大,改造周期长,需要长期保持其机能。但是由于自然及人为原因,钢桥经过多年劣化必将逐步降低其性能,不断出现各式病害[1]。处理措施也必须与时俱进,提出新的对策,有针对性地进行维修与加固,方能保证钢桥结构的安全。

二、大跨度钢桥主要病害

随着桥梁建设技术的进步,病害也会不断“更新”,大跨度钢桥的主要病害包括：

1）桥面铺装病害是目前公路桥梁普遍存在的问题。沥青混凝土桥面铺装损坏主要表现为：变形类损坏、剥落类损坏和开裂类损坏。变形类损坏主要包括车辙、推挤、拥包、波浪、沉陷，剥落损坏主要包括坑洞、松散，开裂类损坏主要包括网裂和纵、横裂缝等。刚性桥面病害表现为：裂缝、鼓包、碎裂、脱层等。在所有桥面铺装病害中，经济损失最大、社会影响最大者莫过于因结构性病害，导致整体更换桥面及铺装体系[2]。

2）螺栓焊接病害包括螺栓松脱、断裂和锈蚀等危及行车安全的问题。栓焊梁包括栓和焊两个方面。大六角高强度螺栓已经形成了从M12-M30的完整体系完成了从扭角法到扭矩法的飞跃。高强度螺栓的发展，虽然已经提高了整体化焊接结构的塑性、韧性和可焊性，但仍存在疲劳破坏和断裂的风险。

3）疲劳与断裂病害是指在车辆荷载的反复作用下构件在低于钢材屈服强度的情况下发生的脆性破坏。钢结构构件最常遇到三种破坏形式:拉构件强度破坏、压构件失稳破坏、反复拉压构件疲劳断裂。其中疲劳与断裂是钢构件失效的最可能原因。

三、大跨度钢桥主要病害成因分析

3.1桥面铺装结构性病害

1、漏水

我国早期在长江上建造的公铁两用桥，公路桥面系由支承在上弦钢横梁上的混凝桥面板与钢纵梁组成的结合板和沥青混凝土铺装组成。在结构上为了避免结合桥面板参与主桁受力，在桥面板上设有伸缩横缝，导致公路桥面普遍存在漏水问题，污染主体结构。因交通量大，维修受到限制，桥面漏水问题始终未能根治。

2、铺装体系与桥梁结构不匹配

铺装层与桥面结合不好：桥面铺装层内的钢筋网走位，削弱了钢筋网的作用和承受荷载的能力；混凝土水灰比偏大，施工中忽视养生，混凝土干缩引起破坏；施工缝处理不当等。柔性结构各维度变形都很大，受力复杂，刚性铺装与桥面板紧密结合在一起，虽设有横缝，但刚性铺装仍不可避免地与桥面板一起承受加劲梁的变形和应力，使没有经过强度设计的铺装层拉裂或损坏。

3.2螺栓焊接病害

虽然我国钢桥高强度螺栓采用扭矩法施拧已臻成熟,也制定了高强度螺栓连接设计生产和施工一系列标准、规范和工艺，但影响扭矩系数的因素很多，工厂验收合格的产品在运输、储存、现场环境和施拧的每一个环节以及人为因素，都可能对扭矩系数产生影响;目前使用的表面处理工艺，扭矩系数受温度和湿度影响较大，且施工中很难控制。

3.3疲劳与断裂病害

钢材在连续反复荷载作用下，其应力虽然没有达到抗拉强度，甚至还低于屈服强度时，可能发生突然破坏，这种现象称为疲劳破坏，疲劳破坏属于反复荷载作用下的脆性破坏。钢结构尤其是焊接结构，由于钢材、加工制造、焊接质量和构造上的原因，往往存在类似于裂纹性的缺陷。

四、大跨度钢桥主要病害的处理对策

为了提高大跨度钢桥梁施工的质量，保持其钢材性能的良好适用性，需要对以上病害加以重视并对其处理对策进行改良研究，运用相应的措施加以处理。相关的改良处理对策主要如下:

4.1铺装病害的处理措施

1、科学选择铺装体系

钢桥面铺装技术是实践性较强的一门科学，应根据交通、气候和桥梁结构参数等要素结合大量使用经验的基础上，选择合适的铺装技术体系。

2、严格控制施工质量

钢桥面铺装病害与施工质量控制有紧密关系，除原材料、设备和施工工艺外，重点在于施工环境条件的控制。

3、快速及时的养护

养护是钢桥面铺装使用寿命的保障，特别是快速、及时的病害处治，对钢桥面铺装至关重要。

4.2螺栓焊接病害的处理措施

由于高强度螺栓质量要求较高、生产工艺复杂、市场竞争激烈等原因，多数大型企业已退出这项业务，目前市场上的高强度螺栓生产厂家大多是中小型企业，为降低成本往往会省略或放松对一些工序的严格执行而影响产品质量。施工单位在验收时通常仅对常规性能进行检查，而延迟断裂问题属事后发生，因此在采购时须注意对生产厂家制造工艺和产品信誉的考察并择优选定，不宜将价格作为唯一考虑因素。

4.3疲劳、断裂病害的处理措施

（1）钢材除满足结构强度要求外，从化学元素到制造工艺，主要着眼于提高钢材的可焊性、韧性和塑性,避免钢材夹碴和分层等缺陷,改善不均匀性和各向异性，以降低钢材发生微裂纹和应力集中的机率，为提高焊接钢桥抗疲劳破坏奠定基础。

（2）构件的拼接和连接处最容易造成严重的应力集中，加强构件的构造细节设计，是改善疲劳性能的重要途径。

（3）除严格控制交货条件，确保基材具有良好的塑性和低温韧性以外，由于整体节点结构复杂，针对各类焊缝设计制定了焊接标准，标准的重点在于保证焊缝韧性满足设计要求。

（4）采取适当的焊接次序、采用对称焊缝、焊前预热等措施；通过锤击处理能产生残余压应力，可改善焊缝和母材过渡表面形状、降低应力集中程度。试验表明、经过超声波锤击处理的试件疲劳性能明显提高。上述措施均可减少或消除焊缝残余应力，改善焊接疲劳性能。

结论

我国的公路桥荷载情况复杂、钢桥的制作工艺、安装技术水平与国外不同，施工质量控制能力较差、管理养护水平与国外先进国家也有较大的差距，如果照搬国外的规范，必然使钢桥设计施工中留下难以避免的遗憾甚至安全隐患。制定与完善我国自己的公路钢桥疲劳规范迫在眉睫。综上所述，通过对大跨度钢桥的主要病害成因进行分析，明确了钢桥的病害作用机理，进而才能有针对性的提出解决对策。

参考文献

[1] 祝龙. 大跨径钢桥钢箱梁锈蚀病害分析及养护措施[J]. 北方交通, 2021(7):4.

[2] 刘尧泽. 重庆地区大跨径钢桥桥面铺装病害分析及对策[J]. 四川水泥, 2018(12):1.

1