2011-2012第二學期橋梁工程課程過程考核：報告
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摘要隨著我國橋梁建造水平的提高,在對橋梁與運輸服務的綜合效益、與周邊環境相協調的景觀要求、與結構使用壽命相一致的耐久性設計等方面都提出了更高的要求,懸索、斜拉等橋型結構的應用日趨普遍,對索結構的防腐處理提出了新的要求與課題。
關鍵字：橋梁工程; 索結構; 設計應用; 防腐處理.
索結構在橋梁工程中得到了日益廣泛的應用,其主要應用橋型範圍是懸索橋、斜拉橋、拱橋、系杆拱橋等,索的構造也相應分為纜索、拉索及吊索等多種型別,根據橋梁索結構所處的環境條件,相應對其提出了很高的防腐效能要求。索結構由於其優異的材料效能特點,在橋梁等多種工程中得到廣泛應用,為保證長期安全使用,對索結構的防腐應採取綜合工程措施。目前對構成索結構的材料採取的基本防腐處理措施主要為熱浸鍍鋅和環氧噴塗處理。
1 索結構在橋梁等工程中的應用特點
索結構在橋梁工程中得到了日益廣泛的應用,根據索的應用部位、結構受力及變形特點,主要包括纜索、拉索及吊索等多種型別,索的材料主要由鋼絲束、鋼絞線、鋼絲繩等柔性構件構成,同時部分有類似功能要求的構件也可採用圓鋼等(如小跨度吊橋的吊桿等),索結構在橋梁工程中的主要應用橋型結構範圍是懸索橋、斜拉橋、拱橋、系杆拱橋等,其中包括懸索橋的主纜索和吊索、斜拉橋的斜拉索、拱橋及系杆拱橋的吊索、水平拉索(明索)等,對於一些橋梁結構的特殊處理(包括施工過程中的臨時受力需要)及舊橋加固等有時需採用體外索的處理形式,也屬索結構在橋梁工程中的應用範圍。另外,也有一些諸如預應力錨索等也在包括橋梁等很多任務程中得到日益廣泛的應用,特別在水電、高擋牆路基、橋梁以及其它各種加固工程等應用十分廣泛,對保證工程安全、有效控制工程投資發揮了重要作用,
2 橋梁索結構應用中存在的主要問題
由於索結構基本為體外構造,暴露於大氣環境之中,處於十分不利的腐蝕環境條件,因此,用於橋梁工程時必須充分考慮其很高的防腐效能要求,不僅包括索的自身防腐處理,對其與相關構造的銜接處理也需予以高度重視,且在很多情況下成防腐薄弱環節及影響結構安全的控制因素,必須採取有效措施切實保證其耐蝕要求,為確保結構整體安全創造有利條件。在以往國內外橋梁工程設計施工中,儘管針對索的防護重要性有一定認識,通常也都採取了相應的防護處理措施,但由於受當時防護處理技術水平、認識水平及重視程度不夠的制約影響,因而由於對索的防護處理不力、影響工程正常使用及需要進行返工處理的工程例項很多,而行相應事故的處理投資費用很高,且費工費時,對正常交通一般也會造成很大影響,個別嚴重的還會造成工報廢,所造成的影響及損失更大,從結構特點及以往工程例項特點分析,其中斜拉橋出現的問題更多一些,由此造成了很大的直接及間接損失,拱橋的吊索也很容易發生類似問題。
3索結構的腐蝕特點
索結構在橋梁工程的應用環境特點基本處於高空之中,主要的腐蝕環境是大氣環境腐蝕,在高緯度地區,對懸索橋主纜索通常還要考慮到積雪對纜索的影響。目前構成橋梁索結構的材料基本為高強度鋼絲或鋼絞線組成,另外鋼絲繩在懸索橋吊索中也有較多應用,而鋼絞線或鋼絲繩也是由不同直徑的鋼絲在工廠再加工而成,因此高強度鋼絲是橋梁工程中索結構的最基本材料,屬冷撥碳素鋼,包括強度等各項技術指標不斷取得提高,目前在不進行鍍鋅處理等條件下其標準強度多為1 860mpa,而2 000mpa及以上標準是今後的發展方向,且多採用低鬆弛系列,能夠更好地適應工程實際需要,同時,在對鋼絲進行鍍鋅處理過程中,鋼絲表面會有一定損傷,因此鍍鋅鋼絲(或鋼絲繩)的抗拉強度等有所降低,目前相關標準中通常採用1 600~1 700mpa。
由於鋼絲的含碳量較高,通常在0. 75% ~0. 85%之間,因此塑性條件相對較差,在沒有進行防護的條件下其抗腐蝕性很差,造成鋼絲自身腐蝕的主要原因包括應力腐蝕及疲勞腐蝕:
應力腐蝕是材料在一定環境中由於外加或本身殘餘的應力,加之腐蝕的作用,導致金屬的早期破裂現象,金屬的應力腐蝕破裂主要是對應力腐蝕較為敏感的合金上發生,純金屬很少產生,合金的化學成分、金相組織、熱處理對合金的應力腐蝕破裂有很大影響,處於較高應力狀態情況下,包括材料內部各種殘餘應力、組織應力、焊接應力或工作應力在內,且基本為拉應力影響,可以引起應力腐蝕破裂,防止應力腐蝕破裂的主要方法是消除或減少其應力狀況,並且通過改變介質的腐蝕性(新增緩蝕劑),選用耐應力腐蝕破裂的金屬材料,從而避免相關腐蝕的出現;疲勞腐蝕是鋼鐵在交變應力作用和腐蝕介質的共同作用下產生的一種腐蝕現象,同時也是在橋梁工程的索結構中發生較為普遍、概率較大的腐蝕現象,減少疲勞腐蝕的主要方法是選擇適應相關腐蝕環境的抗腐蝕的材料,同時對材料表面進行鍍鋅、塗漆等方法減輕疲勞腐蝕的作用。
4鋼絲的熱浸鍍鋅處理
熱浸鍍鋅工藝在橋梁工程中得到了廣泛應用,尤其是在各類索結構的防腐處理中應用更是極為普遍,是目前對鋼絲防腐處理的常規工藝方法,對鋼絲進行熱浸鍍鋅可以有效防止或減小索結構在製造、運輸、架設以及使用過程中的鏽蝕,結合其它合理的防腐處理措施,切實保障其耐蝕要求,進而為整個工程的安全長期使用提供良好條件。熱浸鍍鋅工藝已有較長的發展歷程,用於鋼絲防護主要是隨著現代懸索橋的建設而得到發展並逐步擴大其應用範圍,美國是世紀上建造現代懸索橋最早的國家,在20世紀30年代就開始在懸索橋上使用主纜及吊索系統用鍍鋅鋼絲,比如世界聞名的金門大橋,而一些沒有使用鍍鋅鋼絲的橋梁多因應力腐蝕或腐蝕疲勞而不得不後期進行換索加固。
熱浸鍍鋅即是把鋼鐵浸入溫度達440~465℃或者更高溫度的熔化鋅中進行處理的過程,鐵基體與熔鋅反應,形成鐵-鋅合金層覆蓋在整個工件表面,鍍鋅表面有一定的韌性,可耐很大的摩擦及衝擊,同時與物體有著良好的結合,鋼絲熱浸鍍鋅的基本工藝流程為:除油→水洗→酸洗→水沖洗→熔劑處理→烘乾→熱鍍鋅→後處理→收線→成品。熱浸鍍鋅的鍍層厚度通常在50~250μm,對於鋼絲要求其鋅層重量控制在300l/m2以上,同時對附著力按有關要求進行嚴格的檢查制,鍍鋅質量保證主要的控制因素包括表面基材處理效果、助熔方式、鍍鋅時間、引出方式、引出後的處理（鋅層均勻性及表面效果)等。
5結論(1)索結構由於其優異的材料效能特點,在橋梁等多種工程中得到廣泛應用,同時,隨著設計施工技術及材料工藝不斷發展,其應用範圍日益擴大,在工程建設中發揮著極為重要的作用,特別在大型工程建設中具有難以替代的作用。
(2)為保證製造質量及精度要求,降低現場工作量及難度,進行工廠化生產製造是主要應用發展方向,應根據工程特點進行合理選擇,包括合理的錨固連線構造。
(3)根據材料自身及使用環境特點,為保證工程長期安全使用,避免或減少各種損失,對索結構的防腐必須高度重視,採取相應工程處理措施。
(4)對索結構的防腐應採取綜合工程措施,隨著技術進步及認識程度的不斷提高,在此方面已取得很大發展。除對索體材料自身進行必要的鍍鋅、環氧噴塗等措施外,對成型後的索體結構進行熱擠pe及其它防護處理措施,可取得良好防腐效果。
參考文獻
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