我國鋼箱梁典型病害檢測與維護(hù)技術(shù)

我國鋼箱梁典型病害檢測與維護(hù)技術(shù)

鋼箱梁維護(hù)管理隨著我國交通的快速發(fā)展，大型跨境橋梁得到了迅速發(fā)展。鋼箱梁相對于混凝土箱梁,因其具有自重小、外觀輕盈、抗彎剛度大、抗風(fēng)性能好、吊裝方便快捷等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。在我國已建成或在建的大跨度纜索支承橋梁中,有很大比例應(yīng)用了鋼箱梁結(jié)構(gòu)主梁。但由于鋼箱梁本身的特點,導(dǎo)致其在制作、安裝的過程中容易發(fā)生表面涂裝刮傷、焊接燒傷等問題。同時,大跨度橋梁所處自然環(huán)境比較惡劣,長期承受車輛荷載、風(fēng)荷載等動力荷載作用,易出現(xiàn)腐蝕和疲勞損傷。由于我國鋼箱梁橋梁大多建造時間較短,在運營期還沒有相應(yīng)的監(jiān)測和維護(hù)管理,有必要對鋼箱梁進(jìn)行維護(hù)方面的相關(guān)研究。鋼箱梁的病害影響了橋梁使用安全及橋梁使用年限?；谀壳颁撓淞貉芯楷F(xiàn)狀,本文分析了鋼箱梁的病害類型以及病害出現(xiàn)的關(guān)鍵部位,提出鋼箱梁日常檢測與維護(hù)的關(guān)鍵部位,并針對不同部位和類型的損傷提出了相應(yīng)的日常檢測與維護(hù)方法。1阿德羅斯類型的典型疾病1.1鋼箱梁內(nèi)部本構(gòu)模型鋼箱梁表面涂裝對橋梁結(jié)構(gòu)具有裝飾效果,而且可有效減少大氣中的腐蝕物質(zhì)對鋼箱梁內(nèi)部鋼材的侵蝕,但同時其自身侵蝕也較為嚴(yán)重。涂裝劣化主要有粉化、起泡、裂紋、脫落、生銹等幾類,如圖1所示。(1)有機涂料分子涂膜由于長期暴露于大氣之中,表面易發(fā)生老化,并且涂膜中的色相原料在紫外線作用下易發(fā)生變質(zhì),有機涂料的分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生分解變成粉狀。涂膜出現(xiàn)白色或深色粉狀物。(2)涂層間黏聚壓力由涂層之間或涂層與鋼材之間滲入的氣體或液體引起的壓力所致,當(dāng)壓力大于涂層間的黏聚力時,便產(chǎn)生了氣泡;或者涂層內(nèi)的銹脹引起涂膜的鼓泡,出現(xiàn)點泡或豆泡。(3)涂膜表面出現(xiàn)的裂紋涂膜裂紋(龜裂、裂紋)是由于涂層內(nèi)部的應(yīng)變導(dǎo)致的。龜裂是涂膜表面出現(xiàn)的輕微的裂紋,一般較難發(fā)現(xiàn);裂紋達(dá)到涂膜深處或鋼材表面,容易被發(fā)現(xiàn),能見到下層或底層的網(wǎng)狀或條狀裂紋。(4)死亡涂膜的表面和底層之間、新舊涂膜之間喪失了附著力,涂膜表面形成小片或鱗片狀脫落。通常易發(fā)生在結(jié)構(gòu)的下側(cè),或附著鹽分的部位。(5)非鼓泡裂縫產(chǎn)生的銹及鼓泡裂縫產(chǎn)生的銹涂裝劣化中最嚴(yán)重的一種破壞類型,分為非鼓泡產(chǎn)生的銹或鼓泡裂縫產(chǎn)生的銹,以及涂裝裂縫或破壞產(chǎn)生的銹。涂膜出現(xiàn)針孔銹斑、點狀銹、泡狀銹或片狀銹的現(xiàn)象。(6)其他由于在鋼箱梁制作、安裝階段人為的碰擦所引起的刮傷,以及鋼箱梁結(jié)構(gòu)在安裝過程中焊接不當(dāng)產(chǎn)生的涂裝熏黑。1.2鋼箱梁表面期腐蝕速率橋梁所處環(huán)境差異很大,環(huán)境腐蝕性物質(zhì)會極大地影響鋼箱梁腐蝕的速率。同時,鋼箱梁表面涂裝的破壞,也會加劇內(nèi)部鋼材的腐蝕速率。腐蝕使橋梁構(gòu)件截面削弱,產(chǎn)生缺陷、裂紋,并不斷擴展,引起壽命降低甚至斷裂。目前鋼箱梁鋼材腐蝕主要有以下幾類,如圖2所示。(1)鋼箱梁腐蝕橋梁在一定的環(huán)境介質(zhì)中運營一段時間后,鋼箱梁大部分表面未受腐蝕,但在個別的點或微小區(qū)域內(nèi),由于金屬的選擇性腐蝕而出現(xiàn)蝕孔或麻點,隨著時間的增加,蝕孔不斷發(fā)展。(2)均勻腐蝕在金屬整個表面上發(fā)生均勻減薄的腐蝕,此類腐蝕較多發(fā)生在鋼箱梁底板外側(cè)及風(fēng)嘴加勁肋部位。(3)密封間隙金屬鉚接、螺栓連接等金屬與金屬間的連接結(jié)構(gòu)存在縫隙,當(dāng)具有縫隙的這種金屬結(jié)構(gòu)暴露在腐蝕介質(zhì)中時,在縫隙的局部范圍內(nèi)產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕。1.3阿德羅斯-箱梁結(jié)構(gòu)損傷(1)鋼箱梁的疲勞特性鋼箱梁的疲勞裂紋可分為主應(yīng)力引起的平面內(nèi)疲勞裂紋和次應(yīng)力引起的平面外疲勞裂紋。同時,應(yīng)力集中、拉應(yīng)力等因素對結(jié)構(gòu)的疲勞強度都會產(chǎn)生不利的影響。因此,鋼箱梁中的薄弱部位,容易在交變荷載下首先出現(xiàn)疲勞裂紋。在服役過程中,疲勞損傷不斷累積,導(dǎo)致裂紋進(jìn)一步發(fā)展。(2)鋼箱梁部分構(gòu)件的彈塑性在重型荷載作用下,鋼箱梁結(jié)構(gòu)中局部位置的材料可能進(jìn)入彈塑性階段,使部分構(gòu)件的變形過大,一般在鋼箱梁頂板、纜索與箱梁連接等位置容易出現(xiàn)此類情況。(3)焊縫接觸破壞鋼箱梁的主要連接方式有焊縫連接和螺栓連接。焊縫連接處承受與其方向垂直的交變荷載作用時,在焊接缺陷及局部應(yīng)力集中處均易誘發(fā)疲勞裂紋,產(chǎn)生疲勞損傷。同時,焊縫還可能發(fā)生撕裂脫開等病害。對于螺栓連接,存在螺栓銹蝕、脆性斷裂及滑移等問題。圖3為鋼箱梁存在的一種連接缺陷。2鋼箱梁日常維護(hù)與維護(hù)日常檢測與維護(hù)是指橋梁維護(hù)人員對運營期內(nèi)的橋梁,按照一定的標(biāo)準(zhǔn)、一定的周期,對橋梁各部位進(jìn)行檢測與維護(hù)的日常性管理方法。其主要工作為收集橋梁運營狀態(tài)的信息和檢測出現(xiàn)劣化的結(jié)構(gòu)物部位及其程度等,為專業(yè)工程師判斷是否需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)物的維護(hù)維修或?qū)ｍ棛z測提供依據(jù),同時能及時發(fā)現(xiàn)由此而影響交通的情況并及時予以處理。鋼箱梁的日常檢測與維護(hù)對于保證橋梁的正常運營相當(dāng)重要。鋼箱梁檢測與維護(hù)的主要項目包括以下幾個方面:(1)測試中的劣化傾向涂裝劣化是鋼箱梁中鋼材開始腐蝕的前兆。在涂裝檢測過程中,需要對其劣化傾向進(jìn)行定量測定。首先確定劣化的類型及嚴(yán)重程度;其次測量劣化面積,分析其原因及發(fā)展趨勢。(2)腐蝕程度檢測鋼箱梁中鋼材腐蝕將引起其截面削弱,并產(chǎn)生病坑、缺陷和裂紋,導(dǎo)致鋼箱梁壽命降低甚至斷裂。在鋼材腐蝕程度的檢測中,需要測定:①確定鋼材腐蝕的類型及嚴(yán)重程度;②測量鋼材腐蝕的面積及深度,分析其原因及發(fā)展趨勢。(3)焊縫病害調(diào)查連接處的破壞比較難于發(fā)現(xiàn),必須嚴(yán)格的檢測:①確定焊縫病害類型及嚴(yán)重程度,分析其發(fā)展趨勢;②確定螺栓連接缺陷的類型,針對不同的缺陷類型,分析其原因及發(fā)展趨勢。(4)橫向焊縫疲勞鋼箱梁主要疲勞裂紋主要發(fā)生在重車道部位,關(guān)注重點:①頂板疲勞裂紋;②U肋縱向焊縫、U肋嵌補段連接焊縫、U肋與橫隔板相交處的焊縫疲勞裂紋;③橫向連接箱底板與鋼箱梁腹板相交處的焊縫疲勞裂紋;④橫向連接工字鋼下翼緣與鋼箱梁腹板相交處的焊縫疲勞裂紋;⑤吊索錨板與鋼箱梁間的疲勞裂紋。3鋼箱梁的日常檢測技術(shù)3.1tb/t146技術(shù)路線人工目視檢測法是指以目視檢查為主,輔以必要的工具(如游標(biāo)卡尺、放大鏡、小錘、鋼尺等),對鋼箱梁病害進(jìn)行檢測的一種方法,也是一種常用的檢測方法。這種方法檢測速度快、成本低、對檢測人員的要求低,但是只能對目視范圍內(nèi)的尺寸較大的裂紋、腐蝕等進(jìn)行檢測,不能檢測內(nèi)部的細(xì)微裂縫,同時檢測時往往憑檢測人員的經(jīng)驗進(jìn)行定性的判斷,缺乏科學(xué)、定量的分析。我國鋼梁涂膜劣化評定標(biāo)準(zhǔn)——TB/T2486是根據(jù)人工目視檢測的方法來判斷涂膜損壞類型和損壞等級的。鋼箱梁涂裝劣化病害一般范圍比較大,較易判別,可采用人工目視檢測法。3.2超聲波檢查的基本原理超聲波在異質(zhì)界面上產(chǎn)生反射,發(fā)射回波被接收器接收,其檢測原理如圖4所示。根據(jù)這個原理,超聲波法被應(yīng)用于結(jié)構(gòu)的探傷檢測、結(jié)構(gòu)厚度檢測等。超聲波探傷與測厚都是采用脈沖發(fā)射波法,超聲波從一種介質(zhì)傳入另一種介質(zhì)時,將在兩種介質(zhì)的交界面發(fā)生反射,通過探頭對反射波進(jìn)行接收分析。超聲波探傷是當(dāng)發(fā)射波遇到結(jié)構(gòu)缺陷返回時,波頻率振幅將發(fā)生變化,以此來判斷缺陷的位置;而測厚則是利用波速及傳播時間計算出結(jié)構(gòu)的厚度。鋼箱梁的鋼材腐蝕病害和連接處螺栓孔洞腐蝕、疲勞裂紋、缺口等病害,以及U肋等的內(nèi)部病害,可以采用超聲波檢測法進(jìn)行檢測。超聲波檢測法能檢測鋼箱梁內(nèi)部的病害,不影響交通,但由于設(shè)備本身的限制,無法對鋼箱梁的有些關(guān)鍵部位進(jìn)行檢測,同時檢測儀價格昂貴,限制了該檢測方法的運用。3.3磁阻時磁粉堆積磁粉檢測法是在被測試件上撒上磁粉,如試件上沒有裂紋、材質(zhì)連續(xù),則試件表面和近表面的磁力線不發(fā)生變化,磁粉將均勻分布;如有裂紋等存在,則產(chǎn)生磁阻變化,裂紋處漏磁,磁力線發(fā)生畸變,出現(xiàn)磁粉堆積現(xiàn)象。磁粉檢測法一般用于檢測鋼箱梁的表面裂紋、凹槽及凸起等。磁粉檢測法操作簡單、結(jié)果可靠、檢測成本低,能有效查出鋼材表面裂紋,檢測過程中對鋼箱梁沒有任何損傷,但該檢測方法對被測試件表面的光滑度要求很高,受表面光滑度的影響較大,檢測速度慢,對檢測人員的技術(shù)及經(jīng)驗要求高,同時無法測出鋼材內(nèi)部裂紋。磁軛法磁粉檢測原理如圖5所示。3.4抗或應(yīng)電壓出現(xiàn)調(diào)整渦流檢測法以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ),將通有交流電的線圈放在鋼材表面上時,若鋼材存在裂紋,則渦流場將發(fā)生變化,導(dǎo)致線圈的阻抗或感應(yīng)電壓產(chǎn)生變化。渦流檢測法主要用于鋼箱梁表面病害的檢測。渦流檢測時,線圈不需與被測物直接接觸,可進(jìn)行高速檢測,易于實現(xiàn)自動化,但不適用于形狀復(fù)雜的零件,而且只能檢測導(dǎo)電材料的表面和近表面缺陷,檢測結(jié)果也易于受到材料本身及其他因素的干擾。渦流檢測原理如圖6所示。4鋼箱梁維護(hù)技術(shù)4.1邪惡維護(hù)技術(shù)4.1.1現(xiàn)場實際檢測局部維修涂裝是指僅對發(fā)生腐蝕的區(qū)域表面進(jìn)行處理,然后按照完整的涂裝規(guī)格對已處理的區(qū)域進(jìn)行的涂裝。局部維修涂裝主要包括清理和重新涂裝被銹蝕的區(qū)域,該維護(hù)措施僅適用于銹蝕面積較小且涂裝具有充足粘結(jié)力的部位。4.1.2一般維護(hù)整體維修涂裝首先需要對發(fā)生腐蝕的區(qū)域表面進(jìn)行除銹、清理等處理,然后按照完整的涂裝規(guī)格對整個結(jié)構(gòu)進(jìn)行翻新涂裝。4.1.3修復(fù)涂層重新維修涂裝是指徹底清除原有涂層、進(jìn)行表面處理后,按照完整的涂裝規(guī)格對整個結(jié)構(gòu)進(jìn)行的涂裝。4.2損壞修復(fù)技術(shù)4.2.1確定裂紋表面強度鋼箱梁的疲勞裂紋,可用如下方法進(jìn)行加固,提高該部位的強度:①除去裂紋上方的鋪裝層;②確定裂紋長度,將裂紋加工成型;③用全熔透對接焊重新焊接,打磨焊縫使其兩側(cè)齊平;④重新檢測并恢復(fù)橋面鋪裝。4.2.2鋼箱梁螺栓安裝質(zhì)量控制應(yīng)及時對鋼箱梁焊縫裂紋進(jìn)行維護(hù)處理。首先在裂紋端部鉆直徑為2~3mm的圓孔,制止裂紋進(jìn)一步擴展,然后用碳弧氣刨清除裂紋部位,確認(rèn)裂紋清除后,用砂輪打磨干凈,預(yù)熱后手工焊修復(fù)。修復(fù)完畢后,應(yīng)進(jìn)行檢測,確信焊縫缺陷修復(fù)完好,否則應(yīng)重新修補。螺栓連接的主要問題是螺栓延遲斷裂,螺栓延遲斷裂屬于材料、環(huán)境、應(yīng)力相互作用而發(fā)生的脆性斷裂,對于鋼箱梁結(jié)構(gòu)的危害較大。因此,在發(fā)現(xiàn)螺栓缺陷或斷裂后,需要及時予以更換。螺栓替換順序一般從中間向兩邊進(jìn)行,以保證接觸面的緊密結(jié)合。5梁典型病害