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钢管混凝土拱桥拱肋表面防腐浅谈

发表时间：2021/5/17 来源：《基层建设》2021年第2期作者：范磊

[导读] 摘要：钢管混凝土拱桥主要承重构件钢拱肋和吊杆长期暴露在大气中，为保证该类桥梁的正常性能和使用寿命，钢拱肋和吊杆防腐防锈是十分重要的工作。

        重庆交通大学土木工程学院重庆 400074
        摘要：钢管混凝土拱桥主要承重构件钢拱肋和吊杆长期暴露在大气中，为保证该类桥梁的正常性能和使用寿命，钢拱肋和吊杆防腐防锈是十分重要的工作。而要做好钢管混凝土拱桥的防锈工作，就必须弄清楚钢拱肋和吊杆锈蚀的原理，并在桥梁设计选择合适的防腐措施，做好定期检查维护工作。
        关键词：钢管混凝土拱桥；锈蚀；检查与维修
        1.概述
        纵观近十年来钢管混凝土拱桥建造历史，形式由单一发展到多种类型，跨度愈来愈大，桥型愈益美观、新颖，钢管制造加工水平日益提高。然而这种桥型的耐久性还有待时间的考虑，存在着不少不容忽视的问题与缺憾。这些问题会对钢管混凝土拱桥性能的正常使用产生很大的负面影响。
        钢管的腐蚀不仅破坏桥梁的外观装饰，还直接影响钢管的使用寿命，同时还带来环境的污染、交通事故的发生以及材料和能源的浪费。钢管混凝土拱桥损坏有事故损坏、腐蚀损坏、结构损坏、交通负担损坏等，其中腐蚀损坏最为严重，锈蚀损坏的部位主要集中在钢管混凝土拱桥的核心部位拱肋和吊杆。本文在大量的论文文献基础上，通过列举典型的工程实例，提炼出钢管混凝土拱桥拱肋锈蚀和吊杆锈蚀的原因，从材料、设计、施工及后期养护等方面，归纳总结出钢管混凝土拱桥防锈方法。
        2.钢管混凝土拱桥构造特点
        钢管混凝土是在劲性钢筋混凝土及螺旋配筋的基础上演变和发展起来的，是在钢管中填充混凝土的一种结构形式。钢管混凝土拱桥的拱肋为钢管混凝土结构，管内灌注混凝土。为避免拱脚部位受到汽车意外撞击，在拱脚段多采用实心混凝土拱肋。拱桥吊杆采用高强镀锌平行钢丝，冷铸镦头锚具，热挤PE防护。吊杆上端固定于拱肋，下端固定于梁底。为避免人为因素对吊杆的损坏，吊杆下端安装在有钢护管，管下有减振圈。主桥纵、横桥采用预应力混凝土结构。
        危害钢管混凝土拱桥安全的因数中，锈蚀占据着主导地位。归纳起来，导致钢管及吊杆锈蚀的原因有：a.大气腐蚀；b.雨水通过锚头渗入，小锚头锈蚀防护套开裂；c.冷铸锚头和螺栓暴露在大气中，空气与水容易进入，下锚头外部防护不足；d.防护套破损，黄油溶解，挥发；e.运营阶段涂层缺乏养护更新以至于涂层老化开裂；f.加载受力变形引起涂层的裂纹、起皮、脱落。
        3.钢管混凝土拱桥锈蚀处理方法
        观察引起钢管混凝土拱桥锈蚀的原因，不难发现导致锈蚀的核心是我们要保护的钢管和吊杆内的高强钢丝接触到了雨水、大气从而使金属材质的钢管和钢丝发生腐蚀生锈，所以要防止钢管拱桥生锈就是要想办法减少雨水、大气对钢材的接触。
        本文在参考大量论文文献基础上，将从材料、设计、施工及后期管养四个方面归纳总结出钢管混凝土拱桥防锈方法。
        ①材料方面
        造成钢管混凝土拱桥锈蚀最直接的原因是材料，钢管作为金属，很容易受到腐蚀生锈。所有的金属材料及其制件在各种环境中加工、贮存和使用时，不可避免地受到环境的作用，发生腐蚀、磨损、疲劳和断裂，导致金属构件早期失效和损坏。
        我们国家制定了很多规范对桥梁用钢的碳、铜、酸溶硅、硫、磷等成分含量做了明确规定。另外，我们应该对每批钢材进行检验。检验项目、取样数量、取样部位及试验方法应符合规范要求。在选材上要严格遵守规范《桥梁用结构钢》。钢材表面不应有裂纹、气泡、结疤、折叠、夹杂，钢材不应有分层。如有上述表面缺陷允许清理，清理深度从实际尺寸算起，不应大于钢材厚度公差之半，并应保证最小厚度。清理处应平滑无棱角。
        ②设计方面
        设计取材上的要求同上述的材料方面要求一样，遵循《桥梁用结构钢》规范。在结构上，钢管混凝土拱桥设计应该考虑桥梁的除锈维修需要，设置必要的检测与检修通道。

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除跨径不大，拱肋矢高不高的拱桥，由于路灯等可以很方便地用来经行拱肋的检查与维修，所以可以不设检修通道外，一般的钢管混凝土拱桥都应该考虑到日后能方便地对拱肋进行检查维修而设置检修通道。对于采用钢梁或钢-混凝土组合梁作为桥道系的钢管混凝土拱桥，要考虑到钢梁的检查与维修的方便，一般应设计专用的检查车，如广州丫髻沙大桥和湖南茅草街大桥的设计均采用了钢梁的检查车。
        ③施工方面
        好的设计还要靠质量可靠的施工来实现。钢管混凝土拱桥中的钢构件的防锈涂装应满足设计要求。防锈涂装的施工应由防锈防腐涂装专业施工单位施工，且必须是具有防腐知识与经验的专业人员负责。为了喷涂质量，在喷涂过程中应注意：喷砂除锈要达到规范要求。日常检查过程中，若发现拱肋涂层有标准所列的涂膜劣化等级2级以上的漆膜损坏，应及时处理。
        ④养护方面
        桥梁的养护包括检查与养护。检查包括经常性检查、定期检查和特殊检查。
        对钢管混凝土拱肋（含横向联系结构）应检查涂装层有无损坏或剥落，拱肋及联结系的所有焊缝有无裂缝，尤其应注意检查拱座与拱肋交界的转折区及系杆锚固区混凝土有无裂缝、积水。如发现结构有裂缝，应对有损伤裂缝的杆件和螺栓、焊缝等标上颜色，经常观察其发展情况，并对裂缝起迄位置、缝宽、走向等情况进行详细记录。
        钢管定期检查应注意：a.涂层：有无裂纹、起皮、脱落，构件是否腐蚀生锈；b.构件外观：是否扭曲变形、局部损伤、腐蚀生锈；c.混凝土密实度管养单位在接管大桥以后应对钢管混凝土拱肋作一次全面的探测。以手锤敲击四周，依次延及全拱，以此方法来初测、判断管内混凝土是否填充密实或粘附良好。如出现异声，就可能有空洞存在或有其他病变，应报进一步的探测检查；d.拱肋与横向联系：全部焊缝边缘（热影响区）有无裂纹或脱开。
        一般检查内容及要求：a.对拱肋、吊杆进行外观质量。检查内容基本与经常性检查和定期检查的内容基本一致，在发现病害时，应查明病害范围、严重程度、产生原因等。应重点采用超声波法检查拱肋混凝土的密实性；防腐涂层的完好性；构件是否扭曲变形、局部损伤、腐蚀生锈；焊缝边缘有无裂纹或脱开。b.拱肋变位观测：利用永久观测点应进行24h以上的连续跟踪观测。c.拱肋拱轴线的测量：测量拱肋在纵向，横向及垂直方向的变位以及拱桥跨度与矢高的变化。
        吊杆养护的重点是防锈。对于暴露在大气中的冷铸锚头和螺栓，要注意防水防锈，丝扣部分应经常涂润滑油防腐。应定期对吊杆系统涂漆防锈，补刷防锈涂漆。对两端锚固处及锚头、吊杆、系杆密封处、防护套等部位，发现有损坏时，应及时处治。吊杆的除锈应特别注意下锚头的防水防湿。系杆的防锈应特别注意系杆防护箱的积水，渗水问题，杜绝和防止雨水渗入系杆周围。
        4.结论
        我国钢管混凝土拱桥修建以来，已有相当多的桥梁出现了钢管防腐方面的问题，增加了修建费用，也给桥梁的耐久性造成损害，还对社会产生了不良的影响。当然，防腐问题是一个长期的问题，短期内还不是那么的明显，但这个问题如果不引起注意，将在一段时期后产生严重的后果。因此，对于钢管混凝土拱桥，做好钢结构的防腐工作具有重要的经济意义和社会意义。桥梁建成后，针对钢管混凝土拱桥的自身结特点，依据钢管混凝土拱桥各关键部位的日常养护检查方法，及时进行规范化管理、检查与养护维修工作，能够最大限度地延长桥梁的使用寿命。希望本文的方法能为该类桥梁的日常管理与养护工作提供参考。
        参考文献：
        [1]陈宝春.钢管混凝土拱桥（第二版）[M].北京：人民交通出版社，2007.
        [2]胡林林，徐文嘉.汽车防锈技术[M].北京：化学工业出版，.2006
        [3]武汉大桥局.钢管混凝土系杆拱桥的养护[R].2008
        [4]陈大风桥梁涂装耐腐蚀性研究[D]成都：西南交通大学，2007.
        [5]GBT 714-2000，桥梁用结构钢[S].