湖北文理学院 土木工程与建筑学院 湖北襄阳 441053
摘要：本文主要以虎门大桥为例，对大跨度的钢箱梁悬索桥从结构特点、钢箱梁液压提升的优越性和维护与修理等方面来进行分析。
关键词：悬索桥；钢箱梁；维护修理
0 引言：
在各种公路和桥梁工程中,目前来说，目前跨越能力最强的桥梁结构形式当属悬索桥[1]。频繁发生的桥梁事故让桥梁的管理、评估和养护得到了越来越多的关注，比如说2019年10月10日江苏省无锡市上垮桥路段出现桥面出现垮塌，车毁人亡，引起了社会上的广泛关注[2]。2020年5月5日下午虎门大桥发生明显竖向弯曲振动现象，又一次将桥梁工程建设问题推向热点，因为大桥管理方迅速启动应急预案，所以没有造成较大的损失[3]。我国上个世纪70年代起,就对旧桥防护加固和改技术进行了研究。这些年随着“建养并重，管养结合理念的提出”[1]，很多的专业学者对桥梁的评估、维修防护和加固多方面进行了深层次的研究并且在这方面有所建树。
1 大跨度钢箱梁悬索桥的结构特点
虎门大桥采用的全焊钢箱梁结构具有自重轻、抗风稳定性高，抗扭刚度大等优点，具体阐述如下：
1.1结构自重轻[1]
在大跨度悬索桥中，和桁架式加劲梁比较而言，流线型加劲箱梁的建筑高度比较低，钢箱加劲梁顶板同时做桥面板，降低了桥跨白重，用钢量少，从而减轻了主缆、主塔和锚碇的负载，节省工程材料。在虎门大桥的桥梁工程可行性研究阶段，用跨度为1200m的悬索桥为模式来进行模拟，从技术经济方面而言，对桁架式和箱梁式进行比较，其中桁架式高11m，上部结构用钢的重量达到22207t,钢箱梁高4m,上部结构用钢17274t。[1]
1.2抗风稳定性高
对于风的支力作用，缆和绳总是能够联合起来作出反应，但是梁的几何尺寸和形状特征对于抗风稳定性具有决定性的影响因素[4]。钢箱梁主梁横截面形状及尺寸的局部改变,都会导致桥面的流场和桥梁的风致响应有明显的波动。一般情况下，若要减少风的阻力，扁平钢箱梁截面会起到很大的作用，通过增加梁的高度可以增强箱梁的颤振临界风速。但当箱梁高度增加到一定值的时候,再增加高度产生的效果不会那么明显,而且梁高过高会造成设计和经济上的不合理。经模拟实验分析，虎门大桥的流线型箱梁颤振临界风速高，所以流线型加劲钢箱梁的抗风稳定性更好一些。
专家学者针对钢箱梁加劲的悬索桥的启动稳定性进行了一系列的理论研究和试验，结果显示，当自然风速和结构临界的风速相近时，会引起并且加强结构的弯-扭耦合振动，从而形成颤振型共振。达到一定的颤振强度后，会导致结构出现大幅度的扭振振幅，毁坏桥梁[5]。所以如果要求桥梁的跨度较大而且抗风设计要求还比较高，在钢箱梁设计方面不应该仅仅局限于扁平钢箱梁，要积极寻找更加经济合理的方案取代替。
1.3 抗扭刚度大与桁架式加劲梁相比，加劲钢箱梁的抗扭刚度大。
除此之外，钢箱梁加劲架可以通过增加设计风嘴[6]，在一定程度上减小风阻力提高结构的抗风性能。钢箱梁还可以以在工厂提前预制成大节段，在工艺和尺寸的精确度方面都有非常严格的控制，从某种方面来说也减少了现场的工作量，减少了原材料，加快施工进度[7]，大大地提高了工作效率。
当然我们也不可忽视钢箱梁的缺点，如果加工或焊接不合理，就非常容易产生应力集中，拉应力集中等现象，从而导致钢箱梁疲劳开裂[8]。
2 钢箱梁液压提升的优越性[9]
传统的施工方法是通过卷扬机系统跨缆吊机进行梁段吊装，然而这种方法非常笨重，系统庞大还不经济。尤其是针对虎门大桥作用跨度大、吨位重、起升高度落差大，如果采用传统的施工方法十分的不便。而且今后随着悬索桥技术的更新和进步，桥梁工程发展的需要，势必会有比虎门大桥跨度大的悬索大桥要被修建，如果故步自封，只有传统庞大的起重机这种方式来进行施工，那么我们可能会遇见更多的难题。近年来国内外对液压提升系统有很深入的研究，并且很多工程都运用液压提升装置取得了成功。
这种新型的钢箱梁提升装置主要由大吨位连续提升的千斤顶、大流量的控制泵站和连续同步控制装置。这种装置拥有自身的特点，需要占地空间小，安装操作简便，不需要进行结构件的拼装连接，而且附属装置提升重量大，能够保证施工的安全，提升装置几乎不受跨度和吊装起升落差过大的影响。
3桥梁的维护与修理
相对于虎门大桥的其他受力构件而言，主缆的作用是十分重要的，也是悬索桥的灵魂，所以与其它构件相比，一旦主缆出现了问题，更容易造成悬索桥整体的安全受到威胁。因此在这里我们主要对虎门大桥主缆防护体系病害及成因进行分析，从而提出有效的维护方案。
3.1主缆防护体系病害的成因
3.1.1 气候影响和腐蚀
虎门大桥所处的地理位置属于南亚热带季风气候区，深受季风气候的影响，夏季海洋暖气流形成高温、高湿、多雨的气候，靠近赤道，地表接受太阳的辐射比较多。
空气湿度大，雨水PH值较低，交通发达，工厂数量多，车辆的尾气、工厂排放的废气进入到大气和江中均会生成侵蚀性的气体，从而影响桥梁的使用年限。
3.1.2主缆防护体系的主要病害和成因
（1）漆膜的使用材料（聚氨酯面漆）[10]本身就存在不足之处。施工时涂层结构存在弊端：主缆表表面的涂装层只是在匝丝的外表面，事实上，匝丝和匝丝之间是有一定的间隙的，很多匝丝之间根本就没有接触，当主缆受力的时候变形，主缆表面的涂装层也会受拉，当主缆受到的拉力超出了它的范围的时候，主缆表面的涂装层就会崩坏，从而将主缆暴露在空气中，更容易受到侵蚀。
（2）主缆钢丝的腐蚀。正常情况下人的眼睛是观察不到钢丝的腐蚀的，钢丝的腐蚀主要是由于水分侵入主缆并且进一步渗入到钢丝中，发生化学电解质反应，在温度的影响下会加快主缆钢丝腐蚀的速度。当主缆出现黄色的锈斑时，说明主缆钢丝已经被锈蚀，此时需要立即进行维修。
（3）主缆渗水漏水。通过调查发现，很多的悬索桥主缆去掉缠绕钢丝后，底部有积水，在涂装层的表面可以看到很多的漏水点，产生漏水积水的主要原因是涂装层开裂或者索夹的密闭性不好。主缆受力时，雨水会顺着向下流动最终汇聚到主缆的跨中处，逐渐产生积水或者漏水[8]。
3.2主缆防护体系的维护和修理
（1）如果发现漆膜损坏，要马上采取相关的措施，将损坏的地方清理干净重新涂上油漆，防止外部条件的进一步侵蚀。
（2）主缆钢丝生锈分为两种情况进行维修：第一种情况，产生轻微的锈蚀。一般只需进行养护而不需进行维修。先将轻微劣化的部分涂膜刮除,然后去除表面脏污,再涂上油漆即可。如果主缆的钢丝表面发生了锈蚀，则在补涂之前，需要用砂纸将锈蚀部分打磨掉才可以进行。采取的措施是出去表面锈蚀的部分，缠绕新的铁丝，再在表面涂上油漆，从而保证主缆能够正常工作，防止水分再次进入[1]。第二种情况，产生严重的锈蚀，这个时候要对主缆进行专业的安全和承载力的评估，然后采取相应的加固措施解决。现在的项目中多采用注入空气的办法来防止主缆钢丝生锈，取得了良好的效果。
4 结语
总的来说，通过对大跨度的钢箱梁悬索桥从大跨度钢箱梁悬索桥结构特点、钢箱梁液压提升的优越性和大跨度钢箱梁悬索桥的维护与修理等方面进行分析，对未来我国桥梁工程在大跨度钢箱梁悬索桥方面有如下展望：
（1）大跨径悬索桥，例如虎门大桥，作为柔性桥，我们要谨慎地考虑它的抗风问题，要综合考虑使其具有足够的抗风稳定性。在目前研究的基础上，通过机械手段和减小空气动力等手段，以提高抗风性能为出发点，改善大跨径悬索桥的整体结构体系和部分结构的抗风性能。
（2）钢箱梁液压提升明显优越于传统的吊装设备，像这种能够提升效率，减少施工时间而且为国家节省经费的设备我们需要不断地取探索、挖掘、改良。
（3）大跨径钢箱梁悬索桥的维护与修理从整体和局部出发，去寻找更合适的护理方案，真正践行“建养并重，管养结合理念的提出”理念，相信大跨径悬索桥一定会有更深一步的发展与应用。
参考文献：
[1]陈若男. 大跨径钢箱梁悬索桥的病害分析及正交异性钢桥面板的疲劳研究[D]. 2017.
[2]民主与法制时报原创. 江苏无锡大桥垮塌事件引思考 桥梁安全事故多发，难题待解. 北京网络广播电视台.2019年10月18日 https://item.btime.com/4020nmtabin8le8jukdhi9altvj
[3]田建川. 经检测结构安全，虎门大桥恢复交通. 新华每日电讯. 2020年5月16日 http://www.xinhuanet.com/mrdx/2020-05/16/c_139062159.htm
[4]吴栖碧. 大跨度悬索桥加劲钢箱梁浅议[J]. 铁道标准设计, 1998, 000(003):13-14.
[5]张太科, 周小蓉. 大跨度桥梁钢箱梁设计要素简述[J]. 中外公路, 2005, 025(004):139-141.
[6]侯文葳. 西陵长江大桥全焊钢箱梁大跨度悬索桥技术[J]. 中国铁道科学, 2001, 22(5):138-139.
[7]郑凯锋, 唐继舜. 中国大跨悬索桥全焊流线形钢箱梁建造技术的起步与发展[J]. 铁路现代化, 1997(3):11-16,5.
[8]钟华栋. 浅谈大跨度钢箱梁悬索桥典型病害及研究[J]. 四川建材, 2017(7).
[9]唐建国. 悬索桥钢箱梁液压提升的优越性及可行性[J]. 城市道桥与防洪, 1996(03):36-37.
[10]杨志平, 熊锋. 虎门大桥主缆防护系统维修技术及应用[J]. 公路交通科技•应用技术版, 2015, 011(008):172-174.
作者简介：张妮瑶（1999—），女，汉，湖北宜昌人，湖北文理学院工程管理专业本科在读。