摘要：我國鐵路鋼橋歷史悠久，建造年代各不相同，目前鐵路上還有許多鋼橋是在20世紀初期建造的。：橋梁經(jīng)過年劣化將逐步降低其技能，影響橋梁結(jié)構(gòu)的安全性。本文主要描述鐵路鋼橋常見病害，以及常用維修加固對策。

　　關(guān)鍵詞：鋼橋，病害，維修

　　Abstract: China's railway steel bridge has a long history, and built in various time. And there are many steel bridge built in the early 20th century. With time passing, the bridge gradually has reduced its functions, which affects the security of the bridge structure. This paper mainly describes the common diseases of railway steel bridge, as well as the common maintenance and reinforcement measures.

　　Key words: bridge; diseases; repair

　　中圖分類號 :U448.36 文獻標識碼： A 文章編號：

　　一、鋼橋的現(xiàn)狀

　　鋼橋具有悠久的歷史，鋼橋采用的鋼材經(jīng)歷了從鑄鐵鑄鋼、精煉鋼、沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼、直到近代的低合金高強度鋼、TMCP高強度性能鋼。鋼橋的連接經(jīng)歷了銷釘連接、鉚接、直到近代的栓焊連接或焊接。鋼橋的設(shè)計經(jīng)歷了經(jīng)驗設(shè)計法、直到近代的容許應(yīng)力設(shè)計法或極限狀態(tài)設(shè)計法。

　　基于以上特點，現(xiàn)有鋼橋多為不同年代設(shè)計采用不同鋼材和不同連接方法建造的橋梁，給鋼橋的維修管理帶來了一定的難度，甚至有些鋼梁已失去當時設(shè)計、施工的原始資料。另一方面，由于鋼材的高強度、高延性、易于通過加固恢復或提高其承載力，鋼橋往往不被輕易報廢。所以，歸納總結(jié)鋼橋常見病害，研究其加固措施，對延長既有鋼橋壽命、提高今后橋梁的維修養(yǎng)護質(zhì)量具有重要的意義。

　　二、鋼橋的常見病害

　　(一)主要病害

　　鐵路鋼橋的病害類別，除了承載能力不足(指鋼梁檢定承載系數(shù) )外，主要是桿件裂損及開焊，其中多數(shù)為疲勞裂紋和腐蝕。主要措施是減少或避免焊縫交叉，改善焊接幾何條件等。這些措施大大改善了鋼橋的疲勞受力狀態(tài)，裂紋發(fā)生率迅速降低。

　　(二)分析

　　1、疲勞損傷基本概念

　　鋼材屬于高疲勞程度周次疲勞問題，疲勞曲線方程主要特征是：

　　(1)產(chǎn)生疲勞的主要因素：拉應(yīng)力、拉應(yīng)力循環(huán)、晶格間產(chǎn)生微錯位;

　　(2)疲勞裂紋擴展方向垂直于主力方向;

　　(3)疲勞裂紋發(fā)展三階段：萌生、穩(wěn)定擴展、失穩(wěn)擴展。

　　前兩個階段很難通過觀測結(jié)構(gòu)的變形而被發(fā)現(xiàn)，第三階段是脆性破壞，所以疲勞是危險很大的一種破壞。

　　2、鐵路鋼橋疲勞損傷的主要原因

　　(1)結(jié)構(gòu)構(gòu)造考慮不當。

　　(2)在桿件相互連接部位產(chǎn)生撓度和位移錯動。

　　(3)梁跨周圍發(fā)生變化二產(chǎn)生不利影響。

　　(4)腐蝕而引起板材表面變形。

　　(5)制造和加工不當。

　　(6)焊接缺陷。

　　3、疲勞裂紋的分類

　　從受力分析狀態(tài)疲勞裂紋可分為因主應(yīng)力引起的疲勞和因次應(yīng)力引起的疲勞，以及腐蝕疲勞。經(jīng)過幾十年的實踐和經(jīng)驗的積累，鐵路橋梁設(shè)計規(guī)定采用的疲勞驗算方法，已經(jīng)可以避免因主應(yīng)力使疲勞裂紋發(fā)生的情況。需要關(guān)注的是次應(yīng)力問題和腐蝕疲勞。本文描述的鋼梁常見病害，多起源于次應(yīng)力，也有腐蝕問題。

　　(1)次應(yīng)力

　　產(chǎn)生次應(yīng)力的條件有：

　　①腹板面外變形，在某小間隙處受到約束引起次應(yīng)力;

　　②二相鄰構(gòu)件變形的差引起次應(yīng)力，如上承式桁梁、縱梁與橫梁連接處;

　　③局部振動在構(gòu)件連接處引起較大的次應(yīng)力，如桁架橋中的豎桿及平聯(lián)、板梁中的桁式平聯(lián)和橫聯(lián)。特別在高速行車時更易引起較大振幅;

　　④支座豎向轉(zhuǎn)動或活動支座縱向唯一失靈引起次彎曲;

　　⑤早期鉚接鋼橋的縱梁上翼緣常常采用雙角鋼，因枕木彎曲變形及鉤螺栓的強約束引起角鋼水平肢的面外變形;

　　⑥其他不適當?shù)臉?gòu)造設(shè)計和施工。

　　次應(yīng)力引起疲勞裂紋的特點是：

　　①設(shè)計中很難計算次應(yīng)力，所以基本未做疲勞檢驗;

　　②在運營早期就會產(chǎn)生裂紋，最早在1~3個月即會出現(xiàn);

　　③重現(xiàn)率高，同樣部位出現(xiàn)數(shù)量多;

　　④初期某些裂紋尚未擴展至主構(gòu)件(削弱主構(gòu)件斷面)，暫不對主結(jié)構(gòu)安全構(gòu)成威脅。

　　(2)腐蝕

　　鐵路橋梁屬于永久性設(shè)施，運營繁忙，維護不易，因此對防腐蝕性能的要求很高。　鋼橋中高強度螺栓的延遲斷裂也不少見。所謂延遲斷裂，是指在靜荷載下(承受較高應(yīng)力的狀態(tài))，經(jīng)過一定的時間，由缺口、疲勞裂紋、腐蝕坑等應(yīng)力集中處產(chǎn)生裂紋，在不發(fā)生塑性變形情況下發(fā)生的突然脆斷破壞現(xiàn)象。又稱為靜疲勞破壞，或氫脆疲勞。其原因是由于鋼材中含氫，或環(huán)境含氫，或腐蝕反應(yīng)產(chǎn)生的氫侵入鋼材而造成的氫脆。外部原因是有應(yīng)力集中，構(gòu)件處于較高的應(yīng)力水平。高強度螺栓延遲斷裂中， 級的螺栓發(fā)生較多。

　　4、鋼梁焊縫與桿件損傷

　　鋼梁焊縫的檢查和處理除橋梁制造時，嚴格焊縫檢查外，還應(yīng)在運營中特別注意焊縫及其附近母材的檢查。①檢查方法：目視法;鏟除表面金屬法;硝酸酒精侵蝕法;著色探傷法。②檢查重點：對接焊縫;受拉或受反復應(yīng)力桿件上焊縫及鄰近焊縫熱影響區(qū)的基材;桿件斷面變化處焊縫;聯(lián)結(jié)系節(jié)點處焊縫;加勁肋、橫隔板入蓋板處焊縫。③焊縫裂紋的處理：加強觀測、監(jiān)視，做好記錄(位置、數(shù)量、大小及性質(zhì))直至采取必要的措施。根據(jù)裂紋嚴重程度，采取的臨時措施有限制列車運行速度，限制過橋機型，限制大件運輸?shù)?整治措施有在裂紋的尖端鉆孔防止裂紋發(fā)展，用高強度螺栓連接拼拉加固，抽換桿件或換梁等。裂紋一般不得補焊。

　　桿件損傷如有裂紋、脫層、彎曲扭歪、缺口、孔洞等毛病，要及時研究，并進行修理。

　　三、維護對策

　　建立橋梁檢測→診斷→修補加固的維護系統(tǒng)，是鋼橋維修管理的重要環(huán)節(jié)。

　　(一)鋼橋的檢查

　　分日常檢查、定期檢查(詳細檢查)、特殊檢查和檢定試驗四種。日常檢查主要通過日常巡視，采用目視法，對橋梁主體結(jié)構(gòu)和墩臺進行檢查。定期檢查一般周期為4~5年，采用目視和簡單儀器對基礎(chǔ)、支座、易發(fā)生劣化和損傷的部位進行檢查。當發(fā)生車輛船舶撞擊、臺風、地震、火災(zāi)等意外情況是，進行特殊檢查。當上述三項檢查結(jié)論認為必要時，進行靜力和動力檢定試驗，全面測試結(jié)構(gòu)機能(應(yīng)力和變形)和動力性能。

　　1、檢查項點

　　①涂膜劣化及腐蝕狀態(tài);

　　②建筑界限。指下承式橋梁建筑限界有無富裕量，特別是大型貨物通過時;

　　③列車通過時梁的振動狀態(tài)。在橋上感覺是否有異常振動和聲音;

　　④支座的異常及破損;

　　⑤鉚釘和螺栓的變化(松動、斷裂和脫落);

　　⑥焊縫和母材的變化(裂紋等);

　　⑦排水設(shè)備的狀態(tài);

　　⑧步行道及橋上附屬設(shè)施的變化;

　　⑨修補和加固處的再變化;

　　⑩火災(zāi)、撞擊和地震等引起的損傷。

　　四、修補和加固

　　(一)補修設(shè)計的基本注意事項

　　橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)病害并導致承載能力的降低，必須恢復其承載能力，要明確劃分修補和加固之間的界限是很難的。補修設(shè)計必須考慮結(jié)構(gòu)對象損傷的種類、損傷原因、損傷程度、施工方法和補修后的效果，難以用同意的模式規(guī)定補修合計是否恰當，但基本注意事項如下：

　　①注意強度是否滿足要求。由于局部補強，使原結(jié)構(gòu)體系、應(yīng)力分布和應(yīng)力傳遞途徑發(fā)生變化，在計算上往往要從不同角度進行分析;

　　②注意是否帶來其它新的問題。如更換局部構(gòu)件，應(yīng)考慮影響范圍。局部加固將使重量增加，注意對下部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和對其它構(gòu)件的影響，以及是否造成應(yīng)力集中等;

　　③設(shè)計必須考慮施工方法。不中斷交通進行補修作業(yè)時，需要在交通荷載作用下和振動狀態(tài)下施工，設(shè)計時需進行充分的研究，如鋼材現(xiàn)場焊接、構(gòu)件切割等施工質(zhì)量問題。此外，由于作業(yè)空間和作業(yè)時間制約，作業(yè)方式、加固構(gòu)件大小等問題均需研究;

　　④注意是否經(jīng)濟;

　　⑤注意補修后的美觀。

　　(二)鋼橋的修補及加固

　　1、涂裝維修

　　涂裝維修在鋼橋維修中占有重要地位，這一方面是由于涂裝費用在鋼橋維修管理費中占很大比例，更因為鋼材腐蝕將直接削弱構(gòu)件斷面，導致承載力降低，涂裝還是鋼橋影響外觀的著裝。

　　正交異型鋼橋面板由于具有結(jié)構(gòu)合理、可減輕恒載、改善橋面的行車性能，因而在客運專線上鋼橋橋面開始采用這種結(jié)構(gòu)形式。鐵科院與中鐵二院合作研發(fā)了新的防護體系：SBD環(huán)氧富鋅防銹底漆2道(厚度80~100μm)，ZQFS2000聚脲彈性體涂層1道或2道(厚度1.5~2.0mm)，現(xiàn)澆C40聚丙烯腈纖維或聚丙烯纖維網(wǎng)高性能混凝土保護層(厚度6cm)。對其中涉及的材料都規(guī)定了具體的技術(shù)指標。

　　2、補強及加固

　　通常有鋼材腐蝕補強、疲勞裂紋補強和提高承載力的加固。根據(jù)不同病害部位設(shè)計相應(yīng)補強方案。宜用高強度螺栓拼接加固，慎用現(xiàn)場焊接拼接、補焊加固。

　　3、鉚釘和高強度螺栓脫落

　　在用高強度螺栓更換鉚釘時，宜整節(jié)點全部更換，不宜部分更換。

　　五、結(jié)語

　　橋梁作為交通工程的重要組成部分，數(shù)量大，結(jié)構(gòu)規(guī)模大，改造周期長，需要長期保持其機能。因此必須建立健全橋梁維修管理系統(tǒng)，對病害做到及時發(fā)現(xiàn)、跟蹤、整治。隨著橋梁建設(shè)技術(shù)的進步，常見病害也會不斷“更新”,這將是一門不斷發(fā)展的學科，隨著經(jīng)驗的積累和加固技術(shù)的進步發(fā)展著。