随着钢桥的推广,钢桥的运维管理也将面临挑战。日本钢桥比例高,维护管理问题巨大。
基于此,日本国土技术政策研究所于2006年进行了一项调查,研究报告虽然较早,但也具有很大的参考价值。这次我将主要内容分享给各位同事。
截至2006年,日本公路桥梁数量巨大,跨度15m以上的桥梁超过14万座。今后的维护和管理也是一个重大问题。
其中,钢桥约占总数的40%,全国桥梁数量超过5万座。
钢桥劣化的一个典型原因是钢材的腐蚀,但目前尚不清楚腐蚀发生在哪里以及它对承载能力有何影响。
在此背景下,日本国土技术部根据目前的检测数据进行统计分析,并进行数值分析,以了解钢桥主梁的实际腐蚀情况以及发生强腐蚀时对承载能力的影响。梁的末端。在设计和运行维护中加强这些部件的设计思维,提高耐用性。
一般规定
腐蚀部位识别
梁板识别
高频腐蚀部位分析
运营管理单位定期收集桥梁检测数据
简支钢板组合梁腐蚀点统计
简支钢箱组合梁腐蚀点统计
连续钢板组合梁边跨腐蚀点数量统计
连续钢箱组合梁边跨腐蚀点数量统计
连续钢板组合梁中跨腐蚀点数量统计
连续钢箱组合梁中跨腐蚀点数量统计
连续钢板钢箱组合梁边跨和中跨腐蚀点总数
钢板及钢箱组合梁腐蚀点总数
总结:
1)外侧梁局部腐蚀频率高于中间主梁,高出70%以上。
2)同件主梁端部局部腐蚀发生频率高于其他部位,是主要病害集中点。端部局部腐蚀点数量约占总数的50%。
3)钢桥主梁上发生的腐蚀大部分发生在外梁端部。即使发生在其他部位,90%左右也常伴有外梁端部局部腐蚀。
支点腐蚀形貌分析
根据上述分析结果,无论钢-混凝土组合梁形式,简支梁还是连续梁,边跨还是中跨,支点处的腐蚀一般都比支架间一般部位的腐蚀严重。
这是由于伸缩装置的存在以及支点的腐蚀性较小的环境,与一般截面相比,这是一个封闭且狭窄的空间。
如果结构或几何因素是主要原因,则认为钢桥的支点结构、下部结构以及与支座的位置关系的特性不一定会发生很大变化。
因此,腐蚀形貌可以用一定的图案来表示。
另一方面,如果能够根据主要因素对腐蚀类型进行分类,则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护,在设计时要注意这些部位的详细设计。
因此,根据实际桥梁的检测结果收集腐蚀情况,并对腐蚀模式进行趋势分析。
选择分析桥梁对象时,采用直属桥梁检测数据库。在主梁二级损伤桥梁中,选取62座通过摄影数据可确定支点状态的桥梁进行分析。
支点腐蚀区域设置
各部分案例表
腹板腐蚀图案桥梁钢结构防腐,支点基台侧端点处的三角形腐蚀图案是由于伸缩装置的泄漏和基台背部的存在造成的。另外,可以看出,该区域整体并未被腐蚀,而是从该区域的外围部分开始腐蚀,且趋于局部显着。
腹板腐蚀形貌表
下翼缘板的腐蚀形态。分析对象中,支点处加强筋和腹板形成的区域几乎完全腐蚀,主要是因为该区域容易积水和被杂物堵塞。
靠近跨中侧的下翼缘板分为整体腐蚀和三角区腐蚀,可能与主梁纵坡有关。但总体而言,下翼缘板腐蚀集中在支点附近,向跨中扩展有限。
下法兰板腐蚀形式表
支撑加强筋最常发生的腐蚀模式是仅下翼缘附近的下翼缘被严重腐蚀的模式,表明由于水或雨水等水的积聚而导致腐蚀环境恶化的强烈影响。
对于以腹板侧为顶点的三角形腐蚀模式,在开放空间的自由端腐蚀明显,如下翼缘的焊缝以及加强筋自由边涂层薄或涂层质量差的影响。
支撑加强筋腐蚀形式表
对于整个支点区域的腐蚀模式。三种典型腐蚀形式占总数的65%。
整体支点区域腐蚀形貌表
各部位腐蚀形态图片如下图所示。
支点处腹板腐蚀图案照片
下翼缘板支点处腐蚀形态照片
支撑加强筋腐蚀模式照片
整体支点区域腐蚀图样照片
总结:
1)梁端支点区局部腐蚀较多,整体腐蚀较少,常发生在支撑加强筋或下翼缘板分隔的焊缝附近。从部件的自由边缘开始,腐蚀往往在非常有限的范围内集中发展。
2) 整体支点区域腐蚀形态中,梁端部区域腐蚀形态占大多数,约占65%。
3)由于腐蚀模式的倾向,腐蚀将集中在极为有限的构件上。在这些构件中,水分、土壤、沙子和灰尘(腐蚀因素)很可能在结构上残留在梁的端部,并且涂层质量不如其他部分。与自由边缘附近一样,它往往会先局部腐蚀桥梁钢结构防腐,然后再整体腐蚀。
综上所述
1)损伤频率分析表明,钢桥主梁上发生的腐蚀大部分发生在外梁端部。即使发生在其他部位,也有90%左右伴随着外梁端部的局部腐蚀。
2)梁端支点附近发生的腐蚀形式可分为三种主要形式。不同形式对承载力的影响无显着差异。
3)支点局部腐蚀引起的板厚减少,对承载能力影响很大,可减少50%~75%。 (这个结论是根据原报告中的数值分析得出的,本文没有写,只给出结果,说明影响很大,有兴趣的可以看相关论文)
运维建议
在桥梁检测中,一般评估构件的损伤程度和面积。然而,日本的研究报告表明,即使是很小的局部腐蚀也可能对局部承载能力的降低造成致命的影响。
因此,在后期的日常检查中,应重点关注梁端支撑区域,以及支撑功能和局部腐蚀情况。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来提高防腐蚀安全性。
设计建议
此类问题在上述文章中也已讨论过。
日本规范和土木设计手册中也对此进行了规定。结构上主要有三点(涂层措施见前述文章,当然还有其他措施,主要集中在排水和防腐系统):
对策一:桥台帽快速排水。桥台盖上形成1%~3%的反坡。
对策二:最后的水分蒸发快。梁底与台帽顶大于40cm(垫石厚度大于15cm),保证通风。
对策三:最后预留足够的工作空间。如果结构允许,尽量设置维护通道,保证维护方便、及时。它还可以提高通风性能。
梁体支点处的耐久性结构措施
参考文献:1)公路钢桥局部腐蚀调查研究,国土技术政策研究所,2006年。2)日本土木设计手册,2017年。