[分享]钢桥局部腐蚀分析及对策

发表于2020-02-26    3人浏览    0人跟帖    总热度:30  

美桥欣赏
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法国 Place Japan Bridge



随着钢桥的推广,钢桥的运维管理也将迎来挑战。日本的钢桥数量占比高,维护管理问题巨大。

基于此日本国土技术政策综合研究所06年做过一次调查研究,虽然研究报告较早,但也极具参考价值,本次就给各位同仁分享下其主要内容。

截止06年,日本的公路桥梁数量庞大,跨度15m以上的桥梁超过14万座,将来的维护和管理也是一个主要问题。

其中,钢桥约占总数的40%,全国桥梁数量超过50,000座。 

钢桥劣化的一个典型原因是钢材的腐蚀,但尚不清楚腐蚀发生在何处以及它对承载力有什么影响。

在此背景下,日本国土技术部门根据现状检查数据进行统计分析,并进行数值分析,以了解钢桥主梁腐蚀的实际情况以及对梁端部进行强烈腐蚀时的承载能力的影响。在设计和运维中加强对这些部位的设计思考,提高耐久性。

一般规定

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腐蚀部位标识

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梁板标识

高频腐蚀部位分析

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运营管理单位搜集桥梁定期检查数据

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简支钢板组合梁腐蚀点数统计

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简支钢箱组合梁腐蚀点数统计

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连续钢板组合梁边跨腐蚀点数统计

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连续钢箱组合梁边跨腐蚀点数统计

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连续钢板组合梁中间跨腐蚀点数统计

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连续钢箱组合梁中间跨腐蚀点数统计

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连续钢板钢箱组合梁边跨和中间跨腐蚀点数合计

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钢板钢箱组合梁腐蚀点数总计

总结:

1)外边梁较中主梁发生局部腐蚀频率高,高出70%以上

2)同片主梁端部发生局部腐蚀频率高于其他部位,为主要病害集中点。端部局部腐蚀点数占总数约50%

3)钢桥主梁上发生的大部分腐蚀都在外梁的末端,即使它发生在其他部位,大约90%也往往伴随着外梁末端局部腐蚀

支点腐蚀形态分析

根据前述分析结果,不论钢混组合梁形式简支或连续,边跨或中跨,大体上支点部的腐蚀支间一般部的腐蚀更加严重。

这是由于伸缩装置的存在以及支点的腐蚀性环境较差,与一般部分相比,支点是封闭且狭窄的空间。

如果以结构或几何因素为主要原因,则认为钢桥的支点结构,下部结构以及与轴承的位置关系等特征并不一定会有很多变化。

因此,腐蚀形态可以用某种图案表示。

另一方面,如果可以将腐蚀的类型与主要因素相关联地分类,那么它将有助于维护和管理的合理化。


例如检查和改善腐蚀环境以及检查和维修,在设计中重视这些部位细节设计。


于是从实际桥梁的检查结果中收集了腐蚀情况,并对腐蚀形态进行了趋势分析。

在选取分析桥梁对象时,使用了直接管辖的桥梁检查数据库,在主梁损坏等级为Ⅱ级的桥梁中,选择了可以通过摄影数据确定支点状态62例进行分析。

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支点腐蚀领域设定

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各部位事例数表

腹板腐蚀形态,在支点的桥台侧在端点处的三角形腐蚀图案的出现是由于伸缩装置的漏水和台背的存在另外,可以看出,该区域整体上不腐蚀,而是从该区域的外周部分腐蚀并且趋于局部显著。

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腹板腐蚀形态表

下翼缘板腐蚀形,分析对象中在支点处加劲肋和腹板形成的区格间几乎全部腐蚀,主要是由于该处容易积水和杂物堵塞

而靠近跨中侧下翼缘板分为全体腐蚀和三角形区块腐蚀,可能是跟主梁的纵坡有关。但总的来说,下翼缘板腐蚀集中在支点附近,向跨中扩展有限。

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下翼缘板腐蚀形态表

支承加劲肋腐蚀形态出现频率最高的是其中仅下部凸缘附近的下部凸缘被严重腐蚀的图案,这表明由于如水或雨水之类的水的积累而导致的腐蚀环境恶化的影响很大。

对于腹板侧为顶点的三角形腐蚀模式,腐蚀在开放空间的自由端处很明显,例如下翼缘的焊缝和加劲肋的自由边缘处的涂层很薄或者涂层质量差的影响。

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支承加劲肋腐蚀形态表

对于整个支点区域的腐蚀形态。发现三种典型的腐蚀形态占总数的65%

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总体支点区域腐蚀形态表

各部位腐蚀形态写真见下图。

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支点处腹板腐蚀形态写真

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支点处下翼缘板腐蚀形态写真

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支承加劲肋腐蚀形态写真

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总体支点区域腐蚀形态写真

总结:

1)梁端支点区域局部腐蚀情况较多,全体腐蚀情况较少,并且经常发生在由支承加劲肋或下翼缘板等隔开的焊缝附近。从构件的自由边缘开始,腐蚀趋于在非常有限的范围内集中增长

2)在总体支点区域腐蚀形态中,梁末端的区域腐蚀形态占总数的大部分,约为65%

3)由于腐蚀模式的趋势,在极其有限的构件上腐蚀会集中进行,在这些构件中,水分、土、沙和灰尘(腐蚀因素)很可能在结构上保留在梁的末端,并且涂层质量不如其他部位。就像自由边缘附近一样,它倾向于在整体腐蚀之前局部腐蚀。

结论

1)对损坏频率的分析表明,钢桥主梁上发生的大部分腐蚀都在外梁末端,即使它发生在其他部位,大约90%也伴随着外梁末端局部腐蚀

2)梁端支点附近发生的腐蚀形态可以分为三种主要形态。不同的形态对承载力影响没有显著差异。

3)由于支点局部腐蚀引起的板厚的减少对支承承载力影响极大可减少50%~75%。(本结论由原有报告中数值分析得出,本文未写出,只给出结果表明影响极大,有兴趣可翻阅相关论文)

运营维护建议

桥梁检测中,一般将构件的损坏程度面积作为评估对象。但通过日本的研究报告显示,即使很小的局部腐蚀,对局部承载力的削减是致命的。

因此在后期日常巡查中应重点关注梁端支承区支承功能及局部腐蚀都应重点关注。 同时,有必要通过合理化和提高检查效率以及考虑结构和涂层系统提高抗腐蚀的安全性。

设计建议

早在前述文章关于伸缩缝端部细节处理的思考中也谈到过此类问题。

日本的规范和土木设计手册中也对此进行了详细规定。构造上主要有三点(涂装措施参见前述文章,当然还有其他措施,主要关注排水和防腐体系):

对策1:桥台台帽快速排水。在桥台台帽形成1%~3%反坡。

对策2:端部水分快速蒸发。梁底与台帽顶大于40cm(垫垫石厚度大于15cm),保证通气性

对策3:端部预留足够作业空间。构造允许情况下,尽量设置检修通道,保障检修可通达,及时。同时也可增加通风性能。

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梁体支点部位耐久性构造措施

作者:陈耀军 / 刘甜甜 / 陈正星
参考文献:1)公路钢桥局部腐蚀调查研究,国土技术政策综合研究所,2006。2)日本土木设计手册,2017。

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