文摘：系杆拱桥作为拱桥家族中的一员，具有拱桥结构的一般特点和自身的独特性。根据桥面结构在桥梁上部结构标高中的位置，一般采用中承式或下承式，由拱肋、纵梁、横梁、吊杆等部分组成。吊杆是桥面结构与拱肋之间的传力构件。
关键字：系杆拱桥；吊杆；检测
1、引言
吊杆是系杆拱桥桥面结构和拱肋之间的传力构件，有三种构造：刚性、半刚性和柔性。刚性吊杆一般采用预应力混凝土矩形截面，早期也采用钢筋混凝土，由于其耐久性等问题，目前已很少使用；半刚性吊杆是采用高强碳素钢丝、精轧螺纹钢筋和高强低松弛钢绞线的钢管混凝土圆型截面。柔性吊杆采用高强钢丝束组成，其外通常采用热挤高密度聚乙烯工艺形成的PE护套作为防护措施，两端用墩头锚具。
桥梁的吊杆的使用寿命与桥梁的安全运营密切相关，根据相关资料的统计，吊杆的寿命一般为3年~16年，很少超过规范规定的索吊杆设计使用年限20年。吊杆的损伤主要是由于环境腐蚀或疲劳所致，基于“破损安全”的原则，鉴于单吊杆体系存在的安全隐患，一根失效可能会殃及全桥，而吊杆拆换又极为不易，且费用高。因此，日常的检测检查、养护对吊杆的安全使用显得尤为重要。
2、工程概况
河南省安阳市某桥主跨为下承式钢管混凝土系杆拱结构，跨径为138.0m，上跨京广铁路，桥面总宽31.0m。桥梁修建于1993年，机动车道的设计荷载等级为汽车--20级、挂车-100，非机动车道的设计荷载等级为3.5KN/m2，验算荷载为汽车--10级，人行道的设计荷载等级为3.5kN/m2。
主跨两榀拱肋采用钢管混凝土桁架结构，拱肋中心距为16m，每榀拱肋弧长150米，弦长123米，矢跨比1/5，上下弦杆（上下各两根）由4根A720mm×12mm的钢管组成，腹杆及下联杆由A300mm×10mm的钢管组成，上下弦杆之间由钢板联焊共同组成略呈梯形的拱肋断面，上下弦杆钢管内为泵送40号混凝土，上弦杆间平联内由人工灌注40号混凝土。
主跨两榀纵梁间由26榀钢筋混凝土横梁组成，每榀横梁端部均由吊杆与拱肋连接，共计52根吊杆。每根吊杆采用120根As5高强碳素钢丝，标准强度为Ryb=1600MPa，锚具采用镦头锚，钢丝采用热挤聚乙烯束套进行防护，吊杆下端为锚固端，上端为张拉端，两端均采用钢防护罩。
图1 主跨立面、横断面及吊杆构造示意图
3、吊杆检测结果及分析
现场人员通过目测并辅以相应的仪器设备对吊杆进行检测。
3.1 吊杆表观缺陷检查
（1）经现场检查，吊杆下锚固端钢防护罩表面已锈蚀，选取南-24#吊杆打开下锚固端钢护罩进行检查，其锚杯和钢护罩间注浆较为密实，未见积水痕迹，锚垫板轻微锈蚀，锚杯表面和内侧面均未见锈蚀；镦头表面未涂抹环氧类防腐材料，部分镦头表面有浮锈，但未见内缩现象。用细铁丝沿镦头两侧孔洞向里面伸入，铁丝未能渗入，表明裸丝部分有封闭材料填充。
图2 南-24#吊杆下锚固端检查照片
（2）下锚固端无缝钢管表面均发生不同程度的锈蚀，尤以无缝钢管和桥面铺装衔接处最为严重，但无开裂；无缝钢管内填充砂浆和吊杆衔接处已开裂。结合南-24#吊杆下锚头钢护罩打开检查结果，据此判断雨水暂不会沿这些开裂部位进入下锚头而影响其耐久性。
图3 无缝钢管与桥面铺装衔接处及填充砂浆与吊杆衔接处检查照片
（3）对所有的上锚头封锚钢护罩及无缝钢管外露段进行详细检查，发现部分封锚钢护罩、无缝钢管表面防锈漆脱落、泛锈，另外，钢护罩焊缝处局部泛锈。
图4 钢护罩及无缝钢管外露段泛锈
（4）现场对全桥52根吊杆的热挤聚乙烯防护进行详细检查。检查发现每根吊杆表面均有明显的刮擦痕迹。其中，北-20#吊杆热挤聚乙烯防护有1处局部破损、钢丝外露锈蚀现象；南-12#吊杆热挤聚乙烯防护也有1处破损，但未见钢丝外露锈蚀。
现场对北-20#吊杆破损处下方3~4m处剖开热挤聚乙烯对钢丝进行检查，发现钢丝表面湿润且锈蚀，表明雨水已通过破损处渗入吊杆钢束内部，这将对吊杆自身的耐久性产生不利影响。
图5 吊杆防护PE破损，钢丝外露锈蚀及检查后修复
3.2 吊杆恒载索力测试
（1）测试方法
吊杆是系杆拱桥的重要受力构件，桥面荷载要通过吊杆传递给拱肋。吊杆在恒载及使用荷载作用下的受力情况对桥梁的线形、整体受力状态产生较大影响。因此，吊杆索力是该类桥梁结构健康状态评估的重要指标。常用的索力测试方法有压力表法、压力传感器法以及振动频率法。根据本次索力测试的条件，采用振动频率法具有设备轻便、操作简捷，精度较高的优点，因此本次吊杆索力测定采用振动频率法。
吊杆微元的平衡微分方程可表示为：
（1）
其中：
——吊杆的横向坐标
——吊杆的纵向坐标
——吊杆单位长度的质量
——吊杆截面的弯曲刚度
——吊杆的索力
当吊杆的边界条件可简化为铰支时，方程（1）的解可以表示为：
（2）
其中：
——吊杆的第阶振动频率（单位：Hz）
——振动阶次
——吊杆的计算长度
如果已知吊杆的计算长度，每延米的质量，吊杆截面的弯曲刚度，再测出吊杆的前几阶振动频率，便可由式（2）求吊杆的索力。
试验利用环境随机振动法进行索力测试。吊杆在风等环境因素的激励下，一直不停地作微幅振动，拉索的振动响应信号由着附于其上的高灵敏度加速度传感器拾取，并通过滤波放大器后输入信号分析仪进行分析处理。索力计算时，利用测试分析得到的各根拉索的自振频率、索长、单位索长质量以及拉索两端的约束条件等来确定每一根拉索的恒载拉力。
本桥主跨2榀主拱肋各设有26根吊杆，全桥共有52根吊杆，每根吊杆拉索由120根 As5高强碳素钢丝组成，吊杆拉索线密度为18.5kg/m，预应力钢丝的标准强度为1600MPa。
（2）测试仪器
索力测试采用东方振动与噪声技术研究所生产的INV-306U型动态高速数据采集仪、DLF-8信号放大器、891-Ⅳ型拾振器、笔记本电脑等。
（3）测试结果及分析
本次索力测试当天为微风，气温为摄氏2°C。图6为北-13#吊杆振动时程曲线及其自功率谱图，图7~图8为吊杆恒载索力结果及对比情况。
图7 北侧吊杆恒载索力测试结果及对比情况
图8 南侧吊杆恒载索力测试结果及对比情况
根据测试结果，本次所测吊杆恒载索力与计算索力相比差值绝对值均在12.30%以内，与2007年实测恒载索力相比差值绝对值均在11.40%以内，表明吊杆工作状态自竣工以来未发生明显变化。
4、吊杆技术状况评定
通过以上对吊杆的专项检查，将参照《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/T H21-2011）6.3.3条对吊杆各评定指标进行评级。
5、结论与建议
（1）根据以上检查结果，吊杆总体技术状况可评定为4类（材料有严重缺损，或出现中等功能性病害，功能明显降低）。
（2）吊杆恒载索力与计算索力相比差值绝对值均在12.30%以内，与2007年实测恒载索力相比差值绝对值均在11.40%以内，表明该桥吊杆恒载索力自竣工以来未发生明显变化。
（3）对全桥多根吊杆PE套管上有刮痕，少数吊杆表面存在切痕，其中北-20#吊杆表面有一处严重切痕，PE破损，钢丝外露锈蚀，雨水可直接渗入吊杆内部。在该吊杆破损处以下3~4m处局部剖开PE检查，发现钢丝表面有明显锈蚀。这将严重危及桥梁的安全，故必须对PE破损露丝的吊杆进行更换，PE有划痕破损但尚未露丝的吊杆必须对外包PE予以修复。
（4）吊杆上锚头钢护罩钢板焊缝有锈蚀，防腐涂装脱落，当前雨水尚不能渗入锚头，上锚头技术状况尚可。现场对南-24#吊杆下锚固端打开，检查其封锚混凝土，发现下锚固端镦头未作防护处理，而是直接注入水泥砂浆进行封闭，目前镦头有轻微浮锈，未见缩颈现象。今后在作上下锚头养护时，必须对上下锚头镦头进行保护，如用环氧铁砂进行保护，确保镦头不被锈蚀。
（5）裸丝部分是吊杆最易腐蚀的关键部位，国内近几年坠落的几座系杆拱桥均是由于裸丝部分防护不当导致锈蚀断裂。由于北-20#吊杆热挤聚乙烯防护局部破损、钢丝外露锈蚀，故在对北-20#吊杆进行换索时，要特别检查该吊杆钢丝的锈蚀状况，特别是下锚固端裸丝部分的锈蚀状况，从中可判断其它吊杆钢丝的工作状况，为吊杆今后进一步养护维修甚至更换提供决策依据。
参考文献
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[2] 雷雨宏、石文学等 桥梁拉索的寿命与安全问题．中国公路学会桥梁和结构工程分会2010年全国桥梁学术会议，2010.11
[3]肖玉德 系杆拱桥的吊杆索力测试研究．安徽建筑工业学院报．2008
[4] JTG/T H21-2011 公路桥梁技术状况评定标准