沿海环境下吊索防护体系性能研究

徐夫轩

摘要：对于索结构桥梁，吊索的锈蚀、损伤将直接影响到桥梁服役寿命。因此，需对吊杆防护体系进行评估，本文通过对沿海某悬索桥吊索进行病害梳理，分析现役吊杆防护体系缺陷，对吊杆防护体系提升提供指导建议。

关键词：吊索；锈蚀；服役寿命；防护体系；吊索损伤

吊索作为索结构桥梁中重要的传力构件，在车辆荷载、风荷载及环境因素的作用下，吊索易在疲劳荷载及环境侵蚀作用下产生锈蚀、断丝等病害，严重者甚至出现索体断裂[1]。因此，为了保证桥梁正常使用，吊索体系必须保证足够安全。

然而，在沿海环境下，拉索由于高湿度和高氯离子浓度的侵蚀作用，其锈蚀速率增大，服役寿命显著降低[2]。本文以舟山某悬索桥为背景，分析在沿海环境下，吊索病害成因并对其防护性能进行评估。

1 吊索防护体系简介

舟山某悬索桥吊杆采用高强度镀锌钢丝绳，南北两侧对称分布，主缆与吊索采用骑跨式构造，两端锚头通过锚拉板的形式安装于桥面，两端锚具采用叉耳热铸锚，该吊索主要由索体、锚具和防护体系三部分组成（详细结构如图1所示），其中，防护体系的主要作用为隔绝钢绞线与沿海腐蚀环境之间的接触，避免钢索锈蚀，延长吊索使用寿命。

图1  吊索结构示意图

为保证该桥吊索服役寿命符合使用要求，全桥吊索均采用三布两胶三重防护体系。即首先在索体表面涂抹底漆和环氧云铁中间漆，第二重防护使用三胶两布工艺，采用三层聚硫密封胶包裹两层玻璃纤维布，最后在三布两胶防护上覆盖氟碳面漆。

2 吊索损伤分布情况

吊索病害成因主要为外部环境腐蚀以及疲劳损伤两类，二者同时存在，共同作用加速吊杆锈蚀、破坏[3]。故通过对该桥吊索的索夹、索体外观、吊索夹具、减振架、缓冲器、吊索锚头等部件逐一进行检查，对吊杆病害进行梳理，分析该桥吊索防护性能。

根据现场检测结果统计，该桥吊索病害主要表现为以下几个方面：

（1）索夹：索夹涂层局部剥落且个别位置表面局部锈蚀，螺栓涂层局部剥落且螺栓表面局部锈蚀；

（2）索体：索夹处吊索防护层局部剥落，吊索防护层表面污染物和水迹附着：防护层内部积水、索体镀锌层失效以及索体锈蚀并形成蚀坑；

（3）吊索夹具：夹具表面局部涂层剥落，螺栓表面轻微锈蚀，夹具防护层污染物附着及水迹；

（4）缓冲器：缓冲器橡胶开裂破损，缓冲器内部积水且积水从表面开裂处渗出；

（5）吊索锚头：锚头及销耳表面涂层剥落且局部锈蚀，吊索存在轻微局部扭转，吊索销耳与锚固钢板形成夹角。

各构件的病害类型以及病害数量如表1所示：

表1 各构件的病害及占比

构件位置	病害类型	数量
索夹	索夹螺栓锈蚀	19
	索夹涂层剥落	13
	索夹锈蚀	5
吊索防护层	吊索污染物或水迹附着	42
	吊索防护层剥落	7
	吊索防护层鼓包	4
	吊索防护层开裂	3
	钢丝绳锈蚀	6
夹具	夹具螺栓锈蚀	16
	夹具防护层锈蚀	13
	夹具污染物或水迹附着	1
缓冲器	缓冲器开裂破损	13
	缓冲器渗水	7
锚头及销耳	锚头及销耳锈蚀	11
	锚头及销耳涂层脱落	8
	销耳错位	2

图2吊索各部件病害分布图

从以上数据可以看出，达到20%以上的病害类型依次为吊索防护层污染物或水迹附着、索夹螺栓锈蚀、夹具螺栓锈蚀。

拉索防护体系中病害主要出现在索夹、吊索防护层以及夹具三个部位，缓冲器与锚头及销耳出现的病害频率较少。其主要原因为该悬索桥运营时间较长，在舟山的典型海洋气候环境作用下，防护体系的锈蚀程度相对较为严重，各个部位均出现了不同程度的锈蚀状况。其次是因为虽然吊索防护体系进行了养护，但索夹、吊索防护层、夹具以及索体内部钢丝等部位的养护较为困难，产生病害的可能性更高[4]。

3吊索防护体系性能评估

从对沿海某悬索吊杆病害分布情况可以看出镀锌钢丝+三布两胶的防护体系并不足以完全应对在海洋环境下桥梁正常运营的要求。其原因为，悬索桥在运营过程中，吊索受到大量的交变荷载作用，虽然镀锌钢丝可以在该交变荷载下正常使用，但防护体系中使用的材料性能无法满足[5]，因此在交变荷载及腐蚀环境侵蚀下，产生损伤，钢丝基体直接与外界相接触，导致索体钢丝出现锈蚀、断丝现象，并在疲劳荷载作用下出现索体断裂现象。

4结语

1）沿海环境下吊索需重点防治吊索防护层污染物或水迹附着、索夹螺栓锈蚀、夹具螺栓锈蚀等病害。

2）镀锌钢丝+三布两胶的防护体系虽可以隔绝外界腐蚀环境，但在桥梁实际运营过程中，索体防护体系在交变荷载作用下出现损伤。导致索体钢丝锈蚀，故该防护体系不足以完全应对在海洋环境下桥梁正常运营的要求。

3）随着材料科学的发展，应积极尝试高性能的防护材料，以满足防护材料在交变荷载作用下不产生疲劳损伤，或以其它高强耐久材料取代索体内部钢丝，从根源上解决吊索腐蚀问题。

参考文献

[1]田继科.大跨悬索桥缆索系统耐久性的分析研究[D].北京交通大学,2010.

[2]杨光琦. 斜拉桥拉索损伤以及断索对桥梁的影响[D].重庆交通大学,2014.

[3]裴辉腾,陈晔,吴飞,殷妮芳.车桥耦合作用下系杆拱桥吊杆疲劳耐久性分析[J].武汉理工大学学报,2020,42(06):12-18.

[4]应天益,袁胜峰.太阳河大桥结构耐久性设计[J].世界桥梁,2014,42(04):30-34.

[5]林晶,肖汝诚.大跨度混合梁斜拉桥耐久性失效风险评估[J].同济大学学报(自然科学版),2015,43(03):364-370.