中交路橋科技是從事工程檢測(cè)監(jiān)測(cè)、城市安全監(jiān)測(cè)預(yù)警與評(píng)價(jià)、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
52監(jiān)測(cè)網(wǎng)專(zhuān)家報(bào)告分享-第86期
橋梁索體系特殊檢測(cè)技術(shù)
林陽(yáng)子 廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司
目錄
一、橋梁索桿PE外觀爬索機(jī)器人檢測(cè)
二、橋梁索桿內(nèi)部銹蝕斷絲無(wú)損檢測(cè)
三、主纜索夾螺栓預(yù)緊力檢測(cè)及同步復(fù)擰
內(nèi)容簡(jiǎn)介
一、橋梁索桿PE外觀爬索機(jī)器人檢測(cè)技術(shù)
帕索機(jī)器人索桿PE外觀檢測(cè)
橋梁索桿PE防護(hù)層損傷表現(xiàn)為橫向開(kāi)裂、縱向開(kāi)裂、刮痕、斷開(kāi)、起皺，脫層、凹坑、翹皮等。
其損傷主要原因主要有以下幾點(diǎn)：
1)PE護(hù)套長(zhǎng)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(yīng)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(yīng)力。這種往復(fù)變化將破壞防護(hù)系統(tǒng)的整體性。
3）施工時(shí)對(duì)索體的保護(hù)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(cè)方法和手段：
人工目測(cè)、吊籃、爬索機(jī)器人、卷?yè)P(yáng)機(jī)、支架
爬索機(jī)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(cè)機(jī)器人工作原理
檢索機(jī)器人由4個(gè)主動(dòng)輪組成，主動(dòng)輪的上、下用彈簧連接，提供機(jī)構(gòu)對(duì)拉索的夾緊力，通過(guò)調(diào)整主動(dòng)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(chē)體偏離拉索。整個(gè)機(jī)構(gòu)自重15kg，電池和CCD攝像機(jī)及附加裝置共重3.5kg。機(jī)器人爬升力由主動(dòng)輪與拉索表面摩擦力提供。
爬索機(jī)器人的檢測(cè)優(yōu)勢(shì)
1）強(qiáng)適用性：通過(guò)調(diào)整主動(dòng)輪上行走滾輪間距可方便安裝于不同直徑的拉索；且主動(dòng)輪間用彈簧連接，可跨越纏繞線、破損等障礙。
2）智能便捷：動(dòng)力系統(tǒng)內(nèi)置于機(jī)器人內(nèi)部，無(wú)需外部供電；通過(guò)無(wú)線控制調(diào)節(jié)機(jī)器人在拉索上自由前進(jìn)、后退以及懸停，高空采集視頻實(shí)時(shí)無(wú)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(cè)作業(yè)，保證檢測(cè)工作的安全、高效的開(kāi)展。
檢測(cè)結(jié)果優(yōu)勢(shì)
4）高度保真：視頻圖像無(wú)變形等失真現(xiàn)象
◇可360度無(wú)死角同步觀察索桿外觀病害情況；
◇計(jì)米準(zhǔn)確記錄每個(gè)病害的具體位置；
◇可同步記錄橋梁及索號(hào)信息，避免后處理混淆錯(cuò)亂；
◇經(jīng)濾光及焦距調(diào)節(jié)等處理，拍攝視頻圖像無(wú)變形等失真現(xiàn)象。
病害圖片整理，根據(jù)照片判斷病害類(lèi)型、病害程度、病害等級(jí)等，最后形成報(bào)告。
檢測(cè)內(nèi)容
根據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/T H21-2011）規(guī)定，斜拉索PE外觀常見(jiàn)病害類(lèi)型分為8類(lèi)。
斜拉索PE護(hù)套病害分布圖
斜拉索PE護(hù)套管病害分布圖
檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)
技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展
◇重點(diǎn)項(xiàng)目的要求
•更高清的檢測(cè)效果；
◇千米級(jí)斜拉橋的挑戰(zhàn)：
•更遠(yuǎn)、更穩(wěn)定的遙感和傳輸；
•更穩(wěn)定的動(dòng)力性能；
•避免對(duì)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(tái)設(shè)備同時(shí)作業(yè)的需求；
……
•更強(qiáng)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(cè)；
……
二、橋梁索桿內(nèi)部銹蝕斷絲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)
橋梁索桿系統(tǒng)作為長(zhǎng)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(zāi)難性的突發(fā)破壞事故，造成極為惡劣的社會(huì)影響和慘重的經(jīng)濟(jì)損失。
案例：2019年10月1日上午9時(shí)許，臺(tái)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(chē)隨橋掉落水中，事故已造成10人受傷5人失蹤。油罐車(chē)駛過(guò)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(wú)損檢測(cè)的必要性
◇降低風(fēng)險(xiǎn)。新疆孔雀河大橋經(jīng)除吊桿內(nèi)部損傷檢測(cè)之外的詳細(xì)檢測(cè)，評(píng)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(fèi)。國(guó)內(nèi)許多座已開(kāi)展了換索工程的橋梁，根據(jù)對(duì)更換下來(lái)的橋梁索桿進(jìn)行破壞性檢測(cè)時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)大部分拉吊索未實(shí)質(zhì)受損，造成了極大的浪費(fèi)，業(yè)主意見(jiàn)很大。
◇中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部2011年批準(zhǔn)實(shí)施的《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（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(kāi)展銹蝕斷絲的檢測(cè)工作。
橋梁索桿檢測(cè)方法及分析
漏磁法、弱磁檢測(cè)法、磁致伸縮導(dǎo)波法在橋梁橋梁索桿檢測(cè)中最有應(yīng)用前景，具有非常重要的科研和工程價(jià)值。
弱磁/漏磁檢測(cè)
1)檢測(cè)結(jié)果可分辨缺陷的分布形式；
2)兩種檢測(cè)方法需全索范圍爬索檢測(cè)，有彩燈等干擾時(shí)不可檢；
3)由于傳感器無(wú)法到達(dá)錨頭區(qū)域，導(dǎo)致該區(qū)域不可檢，同時(shí)在索端部位1～1.5m范圍為檢測(cè)盲區(qū)；
4)漏磁檢測(cè)法儀器較重，實(shí)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(guò)提升系統(tǒng)在橋梁索桿行走過(guò)程易對(duì)PE造成磨損。
基于磁致伸縮的導(dǎo)波檢測(cè)
磁致伸縮導(dǎo)波檢測(cè)
1）簡(jiǎn)便高效：僅在橋面附近的索體段安裝相關(guān)傳感器即可實(shí)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(cè)；
2）無(wú)損先進(jìn)：避免了破損檢測(cè)對(duì)橋梁索桿防護(hù)系統(tǒng)造成的嚴(yán)重?fù)p害；不需爬索檢測(cè)不對(duì)PE造成磨損；
3）準(zhǔn)確高精：檢測(cè)系統(tǒng)較理想狀態(tài)下可檢測(cè)出2%以下的截面金屬損失；
4）無(wú)擾交通：實(shí)現(xiàn)在不封閉交通下的橋梁索桿內(nèi)部銹蝕斷絲檢測(cè)。
室內(nèi)試驗(yàn)
現(xiàn)場(chǎng)橋梁檢測(cè)應(yīng)用
根據(jù)以往部分工程項(xiàng)目資料整理了包括22座索桿橋梁上進(jìn)行的914根索桿的內(nèi)部銹蝕斷絲導(dǎo)波測(cè)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(cè)數(shù)據(jù)及分析結(jié)果，對(duì)存在異常波形的位置進(jìn)行開(kāi)窗驗(yàn)證
為保證結(jié)構(gòu)使用耐久性和安全性，建議對(duì)可能存在鋼絲銹蝕的斜拉索進(jìn)行定期跟蹤檢測(cè)，以確保橋梁的安全運(yùn)營(yíng)。
三、懸索橋索夾螺栓預(yù)緊力檢測(cè)及同步復(fù)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(hù)材料存在多處開(kāi)裂，吊索索夾防護(hù)病害位置及照片如下圖所示。分析是由于橋梁投入運(yùn)營(yíng)至今，索夾螺栓軸力下降，導(dǎo)致索夾與主纜間的摩擦力不足造成滑移，故需對(duì)高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力進(jìn)行檢測(cè)、復(fù)擰后對(duì)主纜修復(fù)。
(2)索夾螺栓拉力降低機(jī)理
螺栓拉力降低的幾個(gè)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(dǎo)致線接觸變?yōu)槊娼佑|，（2）主纜直徑變化導(dǎo)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(jì)加工檢測(cè)維修平臺(tái)
為滿足檢測(cè)與維護(hù)作業(yè)需要，設(shè)計(jì)加工沿主纜爬行的檢測(cè)、維護(hù)工作平臺(tái)。
（4）索夾螺栓預(yù)緊力檢測(cè)
索夾螺桿預(yù)緊力檢測(cè)
（1）索夾病害普查。對(duì)橋梁索夾進(jìn)行檢查，以0.3kg小錘輕輕敲擊螺帽，以手指感知是否松動(dòng)和拉桿斷裂開(kāi)動(dòng)。
（2）采用特別設(shè)計(jì)的螺栓拉拔器對(duì)高強(qiáng)螺栓預(yù)張拉進(jìn)行檢測(cè)。
索夾螺栓預(yù)緊力檢測(cè)復(fù)擰
抽取1-11#和1-5#兩處主纜開(kāi)裂位置對(duì)應(yīng)的索夾高強(qiáng)螺栓進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如下表所示。從檢測(cè)結(jié)果可以看出，高強(qiáng)螺絲均存在較大的預(yù)緊力衰減，大部分螺絲預(yù)緊力剩余值不及設(shè)計(jì)值的50%，按實(shí)際施工施加的力值計(jì)算，部分螺栓實(shí)際衰減比例高達(dá)80%以上。
索夾螺栓預(yù)緊力同步復(fù)擰
索夾預(yù)緊力補(bǔ)足緊固
索夾螺栓軸力下降導(dǎo)致索夾與主纜間的摩擦力不足造成滑移，需對(duì)高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力進(jìn)行復(fù)擰補(bǔ)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(zhǔn)備多臺(tái)設(shè)備同時(shí)工作。
（2）螺栓預(yù)緊力緊固實(shí)施。大橋索夾為銷(xiāo)接式索夾，對(duì)一個(gè)索夾的全部螺栓進(jìn)行同步張拉。同步張拉到預(yù)設(shè)值后，以對(duì)稱(chēng)方式對(duì)全部索夾螺栓用自制扳手將螺母擰緊，施擰人在張拉試驗(yàn)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(bǔ)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(guò)大，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充軸力，預(yù)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(cè)技術(shù)
