日本本四联络桥的维修养护

1. 96 k Pa 进行管理 ,以排出多余的干燥空气 。 开始送气后 150 d 主缆内大致达到干燥状态 ,
但夏季有段时间湿度超过管理目标值 。为解决这个 问题决定重复利用过剩的干燥空气 ,2001 年新增回 流配管 。此后湿度几乎没有超过 40 % ,夏季以外的 时间段湿度还大幅度下降 。
考虑降低电费和减少设备 ,开始研究经济运营 。 2006 年 6 月 ,送气阀调整至 0. 98 k Pa ,送气流量从 1. 5 m3 / min 减少到 0. 75 m3 / min ,回流配管流通的 空气量增加 ,循环除湿空气 (再生空气) 的比率提高 , 湿度下降 。
4 吊杆的无损检测和耐久性措施 吊杆是连接主缆和加劲梁的重要构件 。吊杆以
前作为可更换构件进行处理 ,但吊杆的更换需要一 笔庞大的预算 ,考虑经济性决定采用预防性措施进 行应对 。在濑户大桥之前修建的悬索桥采用涂料涂 装的 CFRC 吊杆 ,明石海峡大桥和来岛海峡大桥考 虑维修 养 护 的 便 利 , 变 更 为 聚 乙 烯 包 裹 的 PWS 吊杆 。 4. 1 无损检测 4. 1. 1 一般部位
安装送气系统的各悬索桥主缆送气运行正常 , 为继续完善该送气系统 ,后续研究课题如下 :
(1) 安装送气系统的已建悬索桥部分区间夏季 湿度超过 40 % ,必须改善 。
(2) 主缆索箍等部分密封材料出现表面劣化和 空气泄漏 ,为提高长期耐久性 ,必须研究合适的材料 和施工方法 。
(3) 必须确立监测主缆内湿度和钢丝状况的合 理的方法 。
蚀 。但是 ,1989 年因岛大桥主缆开放检查确认主缆 内有积水 ,主缆钢丝表面腐蚀 。调查研究发现 :主缆 温度变化引起的伸缩等导致涂膜开裂 ,防水性能得 不到保障 ,主缆内若有水 ,无论采用何种防锈油 ,内 部钢丝仍会腐蚀 。
进行各种调查研究后认为必须改善主缆内部的 环境 ,1997 年首次在明石海峡大桥上设置“主缆送 气干燥系统”(简称送气系统) ,此后在来岛海峡大桥
因岛大桥投入使用 15 年后 ,CFRC 吊杆表面锈 汁明显 。为明确把握吊杆内部的腐蚀 ,着手开发无 损检测方法 ———“磁通量法”。磁通量法是通过测量 健全部位和腐蚀部位的磁感线并进行比较 ,以判断 吊杆截面的腐蚀程度 (见图 3) 。
图 3 磁通量法的概念
为确认吊杆的腐蚀情况和验证磁通量法 ,卸下 实桥吊杆作为试件进行试验 。通过试验确认 ,吊杆 内部有腐蚀 ,磁通量法可高精度地检测吊杆内部的 腐蚀情况 。因岛大桥吊杆的最大腐蚀率为 2 %。 4. 1. 2 锚固部位
图 4 吊杆的截面减少和强度下降
4. 2 耐久性措施 在吊杆的一般部位 ,水从包裹钢绞线的涂膜开
裂处渗入到吊杆内部 ,内部空隙处有腐蚀倾向 ,比起 手刷涂装的因岛大桥 ,使用浸渍涂装机 (筒状的内部 由刷子和涂料的储存层构成) 施工的大鸣门桥吊杆 的状况要好些 。因此 ,重涂施工使用浸渍涂装机 ,可 确保接触钢绞线的部位确实填充涂料 。
评估全 桥 的 健 全 度 (5～10 年 1 次)
分类 E A B
C D Q
表 2 变形程度判断
变形状况 可能对乘客或第三者造成伤害 ,需要紧急修补 变形明显 ,性能或功能下降 ,需要紧急修补 有变形 ,性能或功能下降 ,需要修补但不紧迫 ,或从预防 的角度需要修补
有变形 ,但性能或功能没有下降 ,继续观察变形的进展 情况 ,或有必要进行详细调查 无变形 ,或变形轻微 判断有无变形 、变形程度大小困难 ,有必要通过别的方 法进行再检测
图 1 明石海峡大桥的主缆
通过已建悬索桥可确认 ,劣化的防锈油不会对 送气和继续腐蚀带来不良影响 ,只要防锈油和缠绕 钢丝维持现状 ,主缆表面涂柔软型氟化乙烯树脂涂 料可提高气密性 。 3. 3 送气系统的构成
送气系统由过滤装置 、除湿机 、送风机 、冷却器 、 送气阀 、排气阀构成 。
使用过滤装置防止粉尘和海盐粒子侵入 。除湿 机使用硅胶吸收空气中的水分 。送风机采用容易调 整送气量和压力的罗茨式鼓风机 。对已建悬索桥 , 为使空气容易进出主缆 ,除去送气阀和排气阀处的 防锈油和缠绕钢丝 ,并设置从外部可观察主缆钢丝 状况的检查窗 。
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世界桥梁 2009 年第 3 期
日本本四联络桥的维修养护
编译 刘海燕 ,陈开利 (中铁大桥局集团桥科院有限公司 ,湖北 武汉 430034)
摘 要 : 2008 年濑户大桥迎来建桥 20 周年 、明石海峡大桥迎来建桥 10 周年 。介绍本四联络桥维修养护管理
中开发 、运用的“主缆送气干燥系统”“、吊杆磁通量法无损检测”及采取的一些主缆 、斜拉索减振措施 。
收稿日期 :2009 - 04 - 09 编译者简介 :刘海燕 (1974 - ) ,女 ,翻译 ,1998 年毕业于湖南大学日语专业 ,文学学士 ( E2mail :lhypxf @126. co m) 。
日本本四联络桥的维修养护 刘海燕 ,陈开利
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上也设置了该系统 。到 2002 年 ,本四联络线上所有 的已建悬索桥 (因岛大桥 、大鸣门桥 、大岛大桥 、下津 井濑户大桥 、北备赞濑户大桥 、南备赞濑户大桥 6 座 桥) 上均设置了送气设备 。
2 检测管理 2. 1 检测管理的必要性
在大跨度跨海桥梁的维修养护管理中 ,劣化预 测是必不可少的 ,并通过检测积累必要的数据 。为 提高劣化预测的精度 ,长期 、定期得到客观 、连续的 数据是非常重要的 。
检测的目的是确保交通安全 、畅通的同时 ,将第 三者受害防范于未然 ,并得到为结构进行计划性修 补的基本资料 ;积累 、整理检测结果和修补记录 ,并 建立数据库 。 2. 2 检测管理的方法
日本本四联络桥的维修养护 刘海燕 ,陈开利
(2) 开放检查 。从送排气阀的检查窗确认主缆 表面没有变化 ,为了解主缆整体情况和橡胶缠绕的 劣化状况等 ,2008 年 1 月对主跨中央的排气阀进行 主缆开放检查 。检查结果表明 :主缆表面生成设计 预测的白锈 ,但没有发现红锈 ,橡胶缠绕完好 。 3. 4. 2 北备赞濑户大桥情况
(1) 运行情况 。北备赞濑户大桥从 2002 年实 施主缆送气 ,3 年后部分主缆 (排气阀周边和锚碇附 近) 仍存在高湿度区 。
镀锌钢丝的腐蚀临界湿度为 60 % (相对湿度) , 为安全考虑 ,主缆送气的管理目标值定为湿度要低 于 40 %。 3. 2 主缆的气密性措施
明石海峡大桥没有使用防锈油 ,在圆形缠绕钢 丝表面进行橡胶缠绕以提高气密性 (见图 1) 。来岛 海峡大桥变更为气密性更好的 S 形缠绕钢丝 ,再涂 刷延展性好 、难开裂的柔软型氟化乙烯树脂涂料 。
锚固部位出现继续腐蚀时 ,研究再利用健全的 一般部位 ,更换部分已腐蚀的锚固部位 。从各种接 头施工方法中 ,选择套筒式接头更换部分已腐蚀的 锚固部位 (见图 5) ,并进行现场试验 ,得到了可实用 的结论 。更换施工使用脚手架 、架台等设备以降低 成本 。
对于锚固部位腐蚀较缓慢的位置 ,正在研究使 用树脂等填入吊杆内部空隙的方法 ,以隔离从吊杆
关键词 : 本四源自文库络桥 ;悬索桥 ;斜拉桥 ;主缆 ;吊杆 ;斜拉索 ;减振措施 ;桥梁养护
中图分类号 : U445. 7
文献标志码 :A
文章编号 :1671 - 7767 (2009) 03 - 0050 - 05
1 前 言 2008 年 ,本四联络线濑户大桥迎来建桥 20 周
年 、明石海峡大桥 (主跨 1 991 m) 迎来建桥 10 周年 。 本四联络桥是大型社会资本 ,必须长期 、持续地提供 安全 、快捷的交通 。根据最初的设计思路和创意规 划 ,本四联络桥维修养护的目标是使用寿命超过 200 年 ,因此 ,开发 、采用“主缆送气干燥系统”、“吊 杆磁通量法无损检测”等技术进行维修养护管理 ,本 文将介绍这些技术的开发和应用情况 。
把握桥体的状况 、早 期发 现 变 形 ( 1 ～ 6 个月 1 次)
跨海 桥梁
基本 检测
通过检修通道和检测车 近距离接触桥体的各构 件 ,进行 目测 、触摸 、敲 打和无损检测
评估健全度 、判断是 否要维修加固 (1～2 年 1 次)
精密 检测
认为对桥体的安全性能 和使用性能有重大影响 的部位 ,通过测量仪器 进行高精度检测
日本在白鸟大桥 、安芸滩大桥 、平户大桥上采用
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世界桥梁 2009 年第 3 期
图 2 改良前后的相对湿度分布( 北备赞濑户大桥)
了该送气系统 。 其它如福斯公路桥 (美国) 和塞文桥 (英国) 、阿
基坦桥 (法国) 、小贝尔特桥 (丹麦) 、霍加库斯滕桥 (瑞典) 、永宗大桥 (韩国) 、润扬长江大桥 (中国) 也采 用了该送气系统 。 3. 6 送气系统后续研究课题
JB 本四高速 (本州四国联络高速道路株式会 社) 制定了检测管理指南 ,根据该指南 ,应定期进行 各种检测 (见表 1) 。通过各种检测发现的变形 ,在 查明其原因的同时 ,应根据其紧急性和变形程度进 行如表 2 所示 6 阶段的评估和判断 。
3 主缆送气干燥系统 3. 1 开发经过
最初人们以为在悬索桥主缆镀锌钢丝上涂防锈 油 ,缠绕钢丝 ,再涂上油漆 ,就可确保防水性 ,可防腐
通过 2006 年 8 月 的 再 生 空 气 确 认 试 验 , 从 2007 年 1 月实施使用再生空气的经济运营 ,送气流 量为 0. 75 m3 / min 。同时运营设备数量从 8 台减少 至 6 台 ,并将送风机的发动机换成小功率的 。经济 运营 后 的 湿 度 夏 季 低 于 20 % ～ 30 % , 冬 季 低 于 10 %。通过经济运营 ,电费可减少约 60 %。
为确保气密性 ,在主缆索箍的端部和接缝处采 用下层异丁橡胶 、表层改性硅的双重堵缝 。 3. 4 运行情况和开放调查
主缆内的湿度管理使用传感器自动检测 (部分 区间) 和手动检测 (以全桥为对象 1 年数次) 2 种方式 。 3. 4. 1 明石海峡大桥情况
(1) 运行情况 。为保证明石海峡大桥使用 1 年 后主缆处于干燥状态 ,设定的送气设备能力为送气 流量低于 1. 5 m3 / min ,送气压力低于 2. 94 k Pa 。根 据送气试验结果 ,为防止橡胶缠绕胀起 ,实际运行按
大鸣门桥是本四联络桥中腐蚀环境条件最恶劣 的 ,使用十几年后确认吊杆锚固部位附近 (距吊杆锚 头约 10 cm) 明显腐蚀 。这种腐蚀只出现在本四联 络桥的大鸣门桥上 。为明确腐蚀导致吊杆强度降低 和验证磁通量法 ,卸下实桥吊杆进行强度试验 。试 验结果 表明 , 截 面减 少 10 %时 , 抗 拉强度 降 低 约 25 %(见图 4) 。据此确认磁通量法可精确地检测锚 固部位的腐蚀情况 。
主缆送气量的实际调查结果表明 : ①送气入口 的压力损失大 ,空气流入量小 ; ②主缆空气泄漏率比 当初设想的大 (当初设想橡胶缠绕可确保气密性 ,后 采用柔软型涂料) 。
改善湿度采取的措施 : ①减少泄漏 ; ②增大送气 流量 ; ③缩短送气距离 。考虑经济性等 ,不增加设 备 ,增加送气口 ,缩短送气距离 。将当初主跨中央的 送气阀改造成排气阀 ,在主跨的 3L / 8 、5L / 8 处新设 置送气阀 。通过采用以上措施 ,湿度有所改善 (见图 2) 。
表 1 检测类别和检测方法
项目
检测 类别
共同点
日常 检测
陆地 定期 桥梁 检测
巡回 检测
检测方法
主要是车上目测和行车 舒适度 基本上是近距离目测 , 根据需要进行敲打和无 损检测
利用检修通道等目测
检测内容 (频率)
把握道 路 的 异 常 和 变形 (每周 2～4 d)
评估变形 、判断是否 要维修加固 (最长 5 年 1 次)
(2) 开放检查 。2005 年设置新送气阀时对主 缆进行开放检查 。该检查距上次 (1996 年) 有 9 年 时间 ,外观检查没有发现主缆继续腐蚀 ,除锈后的钢 丝状况良好 。前后检查都是从外到内 ,主缆内部均 没有发现红锈和点锈 ,因此可判断主缆送气的防腐 蚀效果良好 。 3. 5 送气系统在国内外悬索桥上的应用