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【摘 要】 钢拱结构因其承载能力高，跨越能力大等特点，已被广泛用于大跨桥梁建设中。本文以工程实例—通泰大桥为依托，分析了钢拱桥常见病害及成因，并对桥梁主要构件的检查方法进行阐述。根据分析结果，对通泰大桥主要受力构件的养护管理提出建议。
【关键词】 钢拱桥；养护策略；病害分析
近年来，钢拱结构因其承载能力高、跨越能力大，且重量轻、施工架设便捷等特点，被广泛用于大跨桥梁建设中[1]。随着施工工艺的不断改进，钢拱桥也必将得到巨大发展。
由于我国钢拱桥建设起步较晚，还没有形成科学、系统的养护管理方法和病害诊断技术，导致部分钢拱桥出现了较为严重的病害，如拱肋、吊杆和锚具的锈蚀问题等[2]。同时，在桥梁养护管理过程中存在着较大的盲目性，缺少定期检查和养护制度，严重影响了桥梁使用寿命[3]。而在国外，养护管理、健康检测在桥梁领域已占主导地位，并形成了较完善的桥梁养护制度。尤其对特大桥和大桥，均建立了专门的技术档案和养护制度，以便准确了解桥梁工作状态。毫无疑问，这些举措对延长桥梁使用寿命，确保桥梁安全运营具有重要作用。
本文以工程实例—通泰大桥为依托，对钢拱桥主要受力构件常见病害及成因进行了分析，并对桥梁主要受力构件的养护管理提出合理建议，为通泰大桥及同类钢拱桥的养护管理提供依据。
1 工程概况
通泰大桥位于河北省张家口市城市快速路北环线，主跨190米，结构上采用梁拱组合体系。拱肋为单箱单室截面，宽7.04m，高3.8m，工厂加工制作后运输至现场组装焊接。全桥吊索共28根，采用高强度镀锌钢丝成品索，冷铸锚头锚固体系。吊索采用PE保护层，桥面以上2.5m高度内设不锈钢箱，在与主梁结合处设防水罩，上下锚头采用防腐油脂处理，并设置减震器。主梁为扁平钢箱梁，梁高3m，工厂分节段制作，现场吊装焊接成桥。梁上锚箱用高强螺栓连接在边腹板外侧，拱上锚箱焊接在横隔板和底板上。全桥共设二个拱座基础。
桥梁结构平面图和立面图分别如图1-1和图1-2所示。
2 常见病害及成因分析
2.1拱肋病害及成因分析
（1）拱轴线变形
拱轴线变形主要有纵向变形、横向变形和竖向变形。
病害原因：①施工吊装质量不符合要求；②运营期间桥梁受到超出设计要求的荷载，如超载、撞击等；③施工过程中合拢拱轴线与设计线形出现偏差；④墩台及拱座水平位移。
（2）钢拱焊缝开裂
焊缝开裂易引起腐蚀物质进入钢拱肋内部，造成拱肋锈蚀，影响桥梁使用寿命。
病害原因：①施工质量不过关，焊接环境较差；②焊缝开裂后腐蚀物质进入钢拱内部引起锈蚀，产生恶性循环。
（3）保护层损坏、钢拱锈蚀
此种病害主要表現形式为防腐涂层粉化、反锈；表面起皮、剥落；表面开裂等。
病害原因：①钢拱结构表面缺陷、氧化皮裂缝、构件间缝隙、涂层存在龟裂及起泡等；②桥梁处于腐蚀性环境中，如腐蚀性大气、水及土壤等。
2.2吊杆病害及成因分析
（1）锚具损伤
锚具破损分为疲劳破损和锈蚀破损，其中以锈蚀破损为主。
病害原因：①防护措施失效，造成锚头处大量腐蚀气体和水分汇集；②桥梁承受较大往复荷载，造成锚具疲劳破坏。
（2）吊杆损伤
吊杆破损主要表现形式为钢索锈蚀、断裂或断丝。
钢材腐蚀是引起吊杆损伤的主要原因。文献[4]研究表明，单根吊杆钢丝锈蚀主要分布在拱肋内无PE段、拱肋内PE防护下部、PE防护中间段上部、钢护筒顶部及桥面以下部分。文献[5]研究表明，拉索护套破损处钢丝锈蚀程度最高，钢丝锈蚀比率沿拉索径向和周向以指数形式递减。
（3）吊杆受力不均
吊杆受力不均表现为钢丝内力不相等。病害原因：①吊杆损伤。吊杆锈蚀出现断丝等病害，导致吊杆受力不均匀；②吊杆长度不准确出现线性扭曲。③吊杆施工不当导致扭曲变形。
2.3拱座病害及成因分析
拱座病害形式主要为：拱座混凝土开裂；拱座处积水。
病害原因：①混凝土施工质量不合格；②拱脚处同时承受弯矩、剪力、轴力共同作用，受力状态复杂；③吊杆预应力过大，造成拱轴线偏离合理拱轴线，在拱脚处产生较大偏心弯矩。
3 钢拱桥检查方法
3.1经常性检查
经常性检查是确保桥梁正常运营、结构功能正常的日常检查。经常性检查可使桥梁管理人员及时获得桥梁各项技术资料。
钢拱桥经常性检查主要指对钢拱桥拱肋、吊杆、锚具及拱座等工作状态的检查。经常性检查多采用目测法，宜每月检查一次，对吊杆等重要构件，应增大检查频率；特殊气候条件下，如汛期、大风等，应增加检查次数，具体检查次数应根据气候条件而定。
3.2定期检查
定期检查是对钢拱桥关键部位和重要构件进行定期、详细检查，其主要目的为采集大桥结构动态数据，为评定桥梁使用功能、制定养护计划提供基本依据。通常以目视观察为主，必要时辅以仪器和设备。定期检查由桥梁管理部门和检测单位共同进行。
定期检查周期：①新建桥梁通车运营前三年内，每半年进行一次全面检查；②一般情况下，钢拱桥可每2～3年检查一次；③当经常性检查中发现拱肋、吊杆、拱座等构件损伤严重时，应立即进行定期检查。
3.3特殊检查
钢拱桥的特殊检查指采用专业仪器设备、特殊手段和科学方法分析桥梁运营状态，确定桥梁技术状况，以采取相应的加固、改造措施。
进行特殊检查情况：①地震、洪水、火灾、超重车辆行驶、船舶或重大漂浮物撞击之后；②技术状况等级为四、五类的桥梁，决定对桥梁进行改造、加固之前；③桥梁定期检查难以判明损坏原因、程度及整座桥的技术状况时。 对于钢拱桥，建议每三年至少安排一次特殊检查。
4 钢拱桥养护管理策略
4.1拱肋养护管理
（1）钢拱局部变形处理
施工阶段产生的局部变形（皱褶），可不予处理；因薄壁引起的局部变形，如后续没有进一步发展，可不予处理，但在日常性养护中需加以观测。
（2）焊缝养护
对拱肋焊接部位应保持焊缝处于正常工作状态。若发现构件焊缝处有异常情况，应及时分析原因，并按照相关修补工艺的要求，及时修复。修复工作进行前，应制定相应的修复方案及工艺，焊缝修复工艺应进行必要的测试与评定。
（3）拱肋防锈涂装层养护
对于拱肋涂层局部锈蚀部位，锈蚀处可采用手工清理，清理后在拱肋表面涂底漆、中间漆和面漆（与原涂装体系相同），新旧涂层间应设置一定过渡段。
4.2吊杆养护管理
吊杆系统的养护是钢拱桥养护工作重点。吊杆系统养护重点部位是吊杆的上、下锚头及吊杆。
（1）暴露在大气中的冷铸锚头和螺栓，应保持清洁和干燥，锚头出现裂缝或破损时应及时更换；若漏水、渗水，应及时封堵；
（2）对于套管或吊杆应定期更换两端预留孔道和保护罩内的防护油脂。当护套出现老化、脆裂损伤时，可剥开已损坏护套，对钢索做好锈蚀处理后，再涂刷防护漆及防护油，并用防护材料包扎。
（3）每年定期检查吊杆钢丝束及减振器的防水和橡胶老化情况，必要时进行更换；
4.3拱脚养护管理
（1）拱座外包混凝土出现褶皱、龟裂、裂纹，而无明显变形时，可先用水泥砂浆涂抹，待稳定后再根据情况进行修复；裂缝较大时，可选用环氧砂浆高压灌浆；
（2）拱座处的积水要及时排除，并保持清洁干燥；
5 结语
钢结构拱桥因其跨越能力大、承载能力高及施工便捷等优点，被广泛采用。但是，目前国内尚无成熟的管理和养护经验可以借鑒，如何对已建钢拱桥进行规范化管理、检查与养护，保障桥梁正常运营，最大限度延长桥梁使用寿命已成为亟需解决的新课题。
本文结合钢结构拱桥特点，对其常见病害，日常运营期间检查方法和桥梁的养护管理策略进行了详细阐述，为通泰大桥及相同类型钢结构拱桥的管养提供依据。
参考文献：
[1]陈惟珍.现代桥梁养护与管理[M].北京：人民交通出版社，2010.
[2]刘云川，刘建民，王志辉.刚架拱桥病害特点及防治对策[J].山东交通学院学报，2006，14（2）：26-28.
[3]张劲泉，李万恒，周建庭等.公路在用桥梁检测评定与维修加固成套技术[J].中国科技奖励，2009：36-38.
[4]陈亚亮，许华聪，余印根.中下承式吊杆拱桥事故分析及对桥梁检测启示[J].福建工程学院学报，2013，11（3）：213-217.
[5]李承昌，刘以谦.吊杆钢丝锈蚀分布规律及检测试验[J].公路交通科技：应用技术版，2010（4）：9-11.
【关键词】 钢拱桥；养护策略；病害分析
近年来，钢拱结构因其承载能力高、跨越能力大，且重量轻、施工架设便捷等特点，被广泛用于大跨桥梁建设中[1]。随着施工工艺的不断改进，钢拱桥也必将得到巨大发展。
由于我国钢拱桥建设起步较晚，还没有形成科学、系统的养护管理方法和病害诊断技术，导致部分钢拱桥出现了较为严重的病害，如拱肋、吊杆和锚具的锈蚀问题等[2]。同时，在桥梁养护管理过程中存在着较大的盲目性，缺少定期检查和养护制度，严重影响了桥梁使用寿命[3]。而在国外，养护管理、健康检测在桥梁领域已占主导地位，并形成了较完善的桥梁养护制度。尤其对特大桥和大桥，均建立了专门的技术档案和养护制度，以便准确了解桥梁工作状态。毫无疑问，这些举措对延长桥梁使用寿命，确保桥梁安全运营具有重要作用。
本文以工程实例—通泰大桥为依托，对钢拱桥主要受力构件常见病害及成因进行了分析，并对桥梁主要受力构件的养护管理提出合理建议，为通泰大桥及同类钢拱桥的养护管理提供依据。
1 工程概况
通泰大桥位于河北省张家口市城市快速路北环线，主跨190米，结构上采用梁拱组合体系。拱肋为单箱单室截面，宽7.04m，高3.8m，工厂加工制作后运输至现场组装焊接。全桥吊索共28根，采用高强度镀锌钢丝成品索，冷铸锚头锚固体系。吊索采用PE保护层，桥面以上2.5m高度内设不锈钢箱，在与主梁结合处设防水罩，上下锚头采用防腐油脂处理，并设置减震器。主梁为扁平钢箱梁，梁高3m，工厂分节段制作，现场吊装焊接成桥。梁上锚箱用高强螺栓连接在边腹板外侧，拱上锚箱焊接在横隔板和底板上。全桥共设二个拱座基础。
桥梁结构平面图和立面图分别如图1-1和图1-2所示。
2 常见病害及成因分析
2.1拱肋病害及成因分析
（1）拱轴线变形
拱轴线变形主要有纵向变形、横向变形和竖向变形。
病害原因：①施工吊装质量不符合要求；②运营期间桥梁受到超出设计要求的荷载，如超载、撞击等；③施工过程中合拢拱轴线与设计线形出现偏差；④墩台及拱座水平位移。
（2）钢拱焊缝开裂
焊缝开裂易引起腐蚀物质进入钢拱肋内部，造成拱肋锈蚀，影响桥梁使用寿命。
病害原因：①施工质量不过关，焊接环境较差；②焊缝开裂后腐蚀物质进入钢拱内部引起锈蚀，产生恶性循环。
（3）保护层损坏、钢拱锈蚀
此种病害主要表現形式为防腐涂层粉化、反锈；表面起皮、剥落；表面开裂等。
病害原因：①钢拱结构表面缺陷、氧化皮裂缝、构件间缝隙、涂层存在龟裂及起泡等；②桥梁处于腐蚀性环境中，如腐蚀性大气、水及土壤等。
2.2吊杆病害及成因分析
（1）锚具损伤
锚具破损分为疲劳破损和锈蚀破损，其中以锈蚀破损为主。
病害原因：①防护措施失效，造成锚头处大量腐蚀气体和水分汇集；②桥梁承受较大往复荷载，造成锚具疲劳破坏。
（2）吊杆损伤
吊杆破损主要表现形式为钢索锈蚀、断裂或断丝。
钢材腐蚀是引起吊杆损伤的主要原因。文献[4]研究表明，单根吊杆钢丝锈蚀主要分布在拱肋内无PE段、拱肋内PE防护下部、PE防护中间段上部、钢护筒顶部及桥面以下部分。文献[5]研究表明，拉索护套破损处钢丝锈蚀程度最高，钢丝锈蚀比率沿拉索径向和周向以指数形式递减。
（3）吊杆受力不均
吊杆受力不均表现为钢丝内力不相等。病害原因：①吊杆损伤。吊杆锈蚀出现断丝等病害，导致吊杆受力不均匀；②吊杆长度不准确出现线性扭曲。③吊杆施工不当导致扭曲变形。
2.3拱座病害及成因分析
拱座病害形式主要为：拱座混凝土开裂；拱座处积水。
病害原因：①混凝土施工质量不合格；②拱脚处同时承受弯矩、剪力、轴力共同作用，受力状态复杂；③吊杆预应力过大，造成拱轴线偏离合理拱轴线，在拱脚处产生较大偏心弯矩。
3 钢拱桥检查方法
3.1经常性检查
经常性检查是确保桥梁正常运营、结构功能正常的日常检查。经常性检查可使桥梁管理人员及时获得桥梁各项技术资料。
钢拱桥经常性检查主要指对钢拱桥拱肋、吊杆、锚具及拱座等工作状态的检查。经常性检查多采用目测法，宜每月检查一次，对吊杆等重要构件，应增大检查频率；特殊气候条件下，如汛期、大风等，应增加检查次数，具体检查次数应根据气候条件而定。
3.2定期检查
定期检查是对钢拱桥关键部位和重要构件进行定期、详细检查，其主要目的为采集大桥结构动态数据，为评定桥梁使用功能、制定养护计划提供基本依据。通常以目视观察为主，必要时辅以仪器和设备。定期检查由桥梁管理部门和检测单位共同进行。
定期检查周期：①新建桥梁通车运营前三年内，每半年进行一次全面检查；②一般情况下，钢拱桥可每2～3年检查一次；③当经常性检查中发现拱肋、吊杆、拱座等构件损伤严重时，应立即进行定期检查。
3.3特殊检查
钢拱桥的特殊检查指采用专业仪器设备、特殊手段和科学方法分析桥梁运营状态，确定桥梁技术状况，以采取相应的加固、改造措施。
进行特殊检查情况：①地震、洪水、火灾、超重车辆行驶、船舶或重大漂浮物撞击之后；②技术状况等级为四、五类的桥梁，决定对桥梁进行改造、加固之前；③桥梁定期检查难以判明损坏原因、程度及整座桥的技术状况时。 对于钢拱桥，建议每三年至少安排一次特殊检查。
4 钢拱桥养护管理策略
4.1拱肋养护管理
（1）钢拱局部变形处理
施工阶段产生的局部变形（皱褶），可不予处理；因薄壁引起的局部变形，如后续没有进一步发展，可不予处理，但在日常性养护中需加以观测。
（2）焊缝养护
对拱肋焊接部位应保持焊缝处于正常工作状态。若发现构件焊缝处有异常情况，应及时分析原因，并按照相关修补工艺的要求，及时修复。修复工作进行前，应制定相应的修复方案及工艺，焊缝修复工艺应进行必要的测试与评定。
（3）拱肋防锈涂装层养护
对于拱肋涂层局部锈蚀部位，锈蚀处可采用手工清理，清理后在拱肋表面涂底漆、中间漆和面漆（与原涂装体系相同），新旧涂层间应设置一定过渡段。
4.2吊杆养护管理
吊杆系统的养护是钢拱桥养护工作重点。吊杆系统养护重点部位是吊杆的上、下锚头及吊杆。
（1）暴露在大气中的冷铸锚头和螺栓，应保持清洁和干燥，锚头出现裂缝或破损时应及时更换；若漏水、渗水，应及时封堵；
（2）对于套管或吊杆应定期更换两端预留孔道和保护罩内的防护油脂。当护套出现老化、脆裂损伤时，可剥开已损坏护套，对钢索做好锈蚀处理后，再涂刷防护漆及防护油，并用防护材料包扎。
（3）每年定期检查吊杆钢丝束及减振器的防水和橡胶老化情况，必要时进行更换；
4.3拱脚养护管理
（1）拱座外包混凝土出现褶皱、龟裂、裂纹，而无明显变形时，可先用水泥砂浆涂抹，待稳定后再根据情况进行修复；裂缝较大时，可选用环氧砂浆高压灌浆；
（2）拱座处的积水要及时排除，并保持清洁干燥；
5 结语
钢结构拱桥因其跨越能力大、承载能力高及施工便捷等优点，被广泛采用。但是，目前国内尚无成熟的管理和养护经验可以借鑒，如何对已建钢拱桥进行规范化管理、检查与养护，保障桥梁正常运营，最大限度延长桥梁使用寿命已成为亟需解决的新课题。
本文结合钢结构拱桥特点，对其常见病害，日常运营期间检查方法和桥梁的养护管理策略进行了详细阐述，为通泰大桥及相同类型钢结构拱桥的管养提供依据。
参考文献：
[1]陈惟珍.现代桥梁养护与管理[M].北京：人民交通出版社，2010.
[2]刘云川，刘建民，王志辉.刚架拱桥病害特点及防治对策[J].山东交通学院学报，2006，14（2）：26-28.
[3]张劲泉，李万恒，周建庭等.公路在用桥梁检测评定与维修加固成套技术[J].中国科技奖励，2009：36-38.
[4]陈亚亮，许华聪，余印根.中下承式吊杆拱桥事故分析及对桥梁检测启示[J].福建工程学院学报，2013，11（3）：213-217.
[5]李承昌，刘以谦.吊杆钢丝锈蚀分布规律及检测试验[J].公路交通科技：应用技术版，2010（4）：9-11.