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52監(jiān)測網(wǎng)專家報告分享-第86期
橋梁索體系特殊檢測技術(shù)
林陽子 廣東省交通規(guī)劃設(shè)計研究院股份有限公司
目錄
一、橋梁索桿PE外觀爬索機器人檢測
二、橋梁索桿內(nèi)部銹蝕斷絲無損檢測
三、主纜索夾螺栓預緊力檢測及同步復擰
內(nèi)容簡介
一、橋梁索桿PE外觀爬索機器人檢測技術(shù)
帕索機器人索桿PE外觀檢測
橋梁索桿PE防護層損傷表現(xiàn)為橫向開裂、縱向開裂、刮痕、斷開、起皺，脫層、凹坑、翹皮等。
其損傷主要原因主要有以下幾點：
1)PE護套長期暴露在空氣中，經(jīng)受著紫外線的照射、雨水沖淋、有害氣體的腐蝕和拉伸應力的作用。
2)拉索承受的荷載不同，在活載等的作用下存在著交變拉應力。這種往復變化將破壞防護系統(tǒng)的整體性。
3）施工時對索體的保護措施不夠，索體很容易發(fā)生損傷。
橋梁索桿外觀檢查主要手段和方法
橋梁索桿檢測方法和手段：
人工目測、吊籃、爬索機器人、卷揚機、支架
爬索機器人作為最便捷、安全、高效率、全方位一種有效手段被廣泛用于索桿的外觀檢查
索桿檢測機器人工作原理
檢索機器人由4個主動輪組成，主動輪的上、下用彈簧連接，提供機構(gòu)對拉索的夾緊力，通過調(diào)整主動輪上行走滾輪間距可方便安裝于不同直徑的拉索。由于行走滾輪組合成“V”字形，可防止車體偏離拉索。整個機構(gòu)自重15kg，電池和CCD攝像機及附加裝置共重3.5kg。機器人爬升力由主動輪與拉索表面摩擦力提供。
爬索機器人的檢測優(yōu)勢
1）強適用性：通過調(diào)整主動輪上行走滾輪間距可方便安裝于不同直徑的拉索；且主動輪間用彈簧連接，可跨越纏繞線、破損等障礙。
2）智能便捷：動力系統(tǒng)內(nèi)置于機器人內(nèi)部，無需外部供電；通過無線控制調(diào)節(jié)機器人在拉索上自由前進、后退以及懸停，高空采集視頻實時無線傳送到地面接收端并保存。
3）安全高效：取代人員高空檢測作業(yè)，保證檢測工作的安全、高效的開展。
檢測結(jié)果優(yōu)勢
4）高度保真：視頻圖像無變形等失真現(xiàn)象
◇可360度無死角同步觀察索桿外觀病害情況；
◇計米準確記錄每個病害的具體位置；
◇可同步記錄橋梁及索號信息，避免后處理混淆錯亂；
◇經(jīng)濾光及焦距調(diào)節(jié)等處理，拍攝視頻圖像無變形等失真現(xiàn)象。
病害圖片整理，根據(jù)照片判斷病害類型、病害程度、病害等級等，最后形成報告。
檢測內(nèi)容
根據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評定標準》（JTG/T H21-2011）規(guī)定，斜拉索PE外觀常見病害類型分為8類。
斜拉索PE護套病害分布圖
斜拉索PE護套管病害分布圖
檢測結(jié)果統(tǒng)計
技術(shù)的進一步發(fā)展
◇重點項目的要求
•更高清的檢測效果；
◇千米級斜拉橋的挑戰(zhàn)：
•更遠、更穩(wěn)定的遙感和傳輸；
•更穩(wěn)定的動力性能；
•避免對拉索PE和纏繞線的損壞；
•更穩(wěn)定的抗環(huán)境干擾能力，多臺設(shè)備同時作業(yè)的需求；
……
•更強適用性、更多樣的設(shè)備超大直徑拉索的需求；
•懸索橋雙吊桿、三吊桿檢測；
……
二、橋梁索桿內(nèi)部銹蝕斷絲無損檢測技術(shù)
橋梁索桿系統(tǒng)作為長大跨徑索體橋梁的主要承重結(jié)構(gòu)，一旦出現(xiàn)損傷，將降低結(jié)構(gòu)的使用性和耐久性，并且可能造成橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生災難性的突發(fā)破壞事故，造成極為惡劣的社會影響和慘重的經(jīng)濟損失。
案例：2019年10月1日上午9時許，臺灣宜蘭縣南方澳跨港大橋發(fā)生意外垮塌事故，一輛油罐車隨橋掉落水中，事故已造成10人受傷5人失蹤。油罐車駛過跨中后不久，跨中靠右側(cè)第一根吊桿與拱圈連接部位最先發(fā)生斷裂。
橋梁索桿內(nèi)部無損檢測的必要性
◇降低風險。新疆孔雀河大橋經(jīng)除吊桿內(nèi)部損傷檢測之外的詳細檢測，評定橋梁狀態(tài)良好，在短短數(shù)月之后就發(fā)生了吊桿錨頭區(qū)域斷裂、橋梁垮塌事故；
◇減低浪費。國內(nèi)許多座已開展了換索工程的橋梁，根據(jù)對更換下來的橋梁索桿進行破壞性檢測時，卻發(fā)現(xiàn)大部分拉吊索未實質(zhì)受損，造成了極大的浪費，業(yè)主意見很大。
◇中華人民共和國交通運輸部2011年批準實施的《公路橋梁技術(shù)狀況評定標準》（JTG/T H21-2011）中，要求懸索橋、拱橋的吊桿和斜拉橋的斜拉索需開展銹蝕斷絲的檢測工作。
橋梁索桿檢測方法及分析
漏磁法、弱磁檢測法、磁致伸縮導波法在橋梁橋梁索桿檢測中最有應用前景，具有非常重要的科研和工程價值。
弱磁/漏磁檢測
1)檢測結(jié)果可分辨缺陷的分布形式；
2)兩種檢測方法需全索范圍爬索檢測，有彩燈等干擾時不可檢；
3)由于傳感器無法到達錨頭區(qū)域，導致該區(qū)域不可檢，同時在索端部位1～1.5m范圍為檢測盲區(qū)；
4)漏磁檢測法儀器較重，實施難度較大。且傳感器吸附在橋梁索桿上傳感器與PE間存在較大摩擦，傳感器通過提升系統(tǒng)在橋梁索桿行走過程易對PE造成磨損。
基于磁致伸縮的導波檢測
磁致伸縮導波檢測
1）簡便高效：僅在橋面附近的索體段安裝相關(guān)傳感器即可實現(xiàn)全索范圍（包括錨固區(qū)域索體）的內(nèi)部銹蝕斷絲檢測；
2）無損先進：避免了破損檢測對橋梁索桿防護系統(tǒng)造成的嚴重損害；不需爬索檢測不對PE造成磨損；
3）準確高精：檢測系統(tǒng)較理想狀態(tài)下可檢測出2%以下的截面金屬損失；
4）無擾交通：實現(xiàn)在不封閉交通下的橋梁索桿內(nèi)部銹蝕斷絲檢測。
室內(nèi)試驗
現(xiàn)場橋梁檢測應用
根據(jù)以往部分工程項目資料整理了包括22座索桿橋梁上進行的914根索桿的內(nèi)部銹蝕斷絲導波測試結(jié)果，其中包含懸索橋7座，斜拉橋12座和吊桿拱橋3座。
根據(jù)檢測數(shù)據(jù)及分析結(jié)果，對存在異常波形的位置進行開窗驗證
為保證結(jié)構(gòu)使用耐久性和安全性，建議對可能存在鋼絲銹蝕的斜拉索進行定期跟蹤檢測，以確保橋梁的安全運營。
三、懸索橋索夾螺栓預緊力檢測及同步復擰維修技術(shù)
(1)概況
檢查發(fā)現(xiàn)懸索橋索夾上方與主纜連接位置的防護材料存在多處開裂，吊索索夾防護病害位置及照片如下圖所示。分析是由于橋梁投入運營至今，索夾螺栓軸力下降，導致索夾與主纜間的摩擦力不足造成滑移，故需對高強度螺栓的預拉力進行檢測、復擰后對主纜修復。
(2)索夾螺栓拉力降低機理
螺栓拉力降低的幾個主要原因是：
（1）鍍鋅鋼絲的鋅蠕變，（2）鍍鋅鋼絲的重新排列，（3）螺栓松弛。
螺栓拉力的降低原理是：
1）鍍鋅鋼絲發(fā)生線接觸的蠕變，并由于鋅層的塑性變形導致線接觸變?yōu)槊娼佑|，（2）主纜直徑變化導致螺栓拉力逐漸降低，（3）在螺栓拉力重新緊固后，接觸面上繼續(xù)發(fā)生蠕變，（4）主纜直徑再次降低，螺栓拉力隨之降低。
（3）設(shè)計加工檢測維修平臺
為滿足檢測與維護作業(yè)需要，設(shè)計加工沿主纜爬行的檢測、維護工作平臺。
（4）索夾螺栓預緊力檢測
索夾螺桿預緊力檢測
（1）索夾病害普查。對橋梁索夾進行檢查，以0.3kg小錘輕輕敲擊螺帽，以手指感知是否松動和拉桿斷裂開動。
（2）采用特別設(shè)計的螺栓拉拔器對高強螺栓預張拉進行檢測。
索夾螺栓預緊力檢測復擰
抽取1-11#和1-5#兩處主纜開裂位置對應的索夾高強螺栓進行檢測，檢測結(jié)果如下表所示。從檢測結(jié)果可以看出，高強螺絲均存在較大的預緊力衰減，大部分螺絲預緊力剩余值不及設(shè)計值的50%，按實際施工施加的力值計算，部分螺栓實際衰減比例高達80%以上。
索夾螺栓預緊力同步復擰
索夾預緊力補足緊固
索夾螺栓軸力下降導致索夾與主纜間的摩擦力不足造成滑移，需對高強度螺栓的預拉力進行復擰補足。
（1）張拉設(shè)備。采用的張拉設(shè)備為液壓螺栓拉拔器，根據(jù)螺栓數(shù)量最多情況準備多臺設(shè)備同時工作。
（2）螺栓預緊力緊固實施。大橋索夾為銷接式索夾，對一個索夾的全部螺栓進行同步張拉。同步張拉到預設(shè)值后，以對稱方式對全部索夾螺栓用自制扳手將螺母擰緊，施擰人在張拉試驗和張拉施工中必須為同一操作者。
（3）液壓螺栓拉拔器完成索夾螺栓緊固補充后，使用特制螺栓拉伸器監(jiān)控、檢查索夾螺栓軸力，發(fā)現(xiàn)局部軸力下降值過大，應及時補充軸力，預緊螺栓，使軸力滿足要求，確保施工與結(jié)構(gòu)的安全。
橋梁索體系特殊檢測技術(shù)
