52监测网专家报告分享-第86期
桥梁索体系特殊检测技术
林阳子 广东省交通规划设计研究院股份有限公司
目录
一、桥梁索杆PE外观爬索机器人检测
二、桥梁索杆内部锈蚀断丝无损检测
三、主缆索夹螺栓预紧力检测及同步复拧
内容简介
一、桥梁索杆PE外观爬索机器人检测技术
帕索机器人索杆PE外观检测
桥梁索杆PE防护层损伤表现为横向开裂、纵向开裂、刮痕、断开、起皱，脱层、凹坑、翘皮等。
其损伤主要原因主要有以下几点：
1)PE护套长期暴露在空气中，经受着紫外线的照射、雨水冲淋、有害气体的腐蚀和拉伸应力的作用。
2)拉索承受的荷载不同，在活载等的作用下存在着交变拉应力。这种往复变化将破坏防护系统的整体性。
3）施工时对索体的保护措施不够，索体很容易发生损伤。
桥梁索杆外观检查主要手段和方法
桥梁索杆检测方法和手段：
人工目测、吊篮、爬索机器人、卷扬机、支架
爬索机器人作为最便捷、安全、高效率、全方位一种有效手段被广泛用于索杆的外观检查
索杆检测机器人工作原理
检索机器人由4个主动轮组成，主动轮的上、下用弹簧连接，提供机构对拉索的夹紧力，通过调整主动轮上行走滚轮间距可方便安装于不同直径的拉索。由于行走滚轮组合成“V”字形，可防止车体偏离拉索。整个机构自重15kg，电池和CCD摄像机及附加装置共重3.5kg。机器人爬升力由主动轮与拉索表面摩擦力提供。
爬索机器人的检测优势
1）强适用性：通过调整主动轮上行走滚轮间距可方便安装于不同直径的拉索；且主动轮间用弹簧连接，可跨越缠绕线、破损等障碍。
2）智能便捷：动力系统内置于机器人内部，无需外部供电；通过无线控制调节机器人在拉索上自由前进、后退以及悬停，高空采集视频实时无线传送到地面接收端并保存。
3）安全高效：取代人员高空检测作业，保证检测工作的安全、高效的开展。
检测结果优势
4）高度保真：视频图像无变形等失真现象
◇可360度无死角同步观察索杆外观病害情况；
◇计米准确记录每个病害的具体位置；
◇可同步记录桥梁及索号信息，避免后处理混淆错乱；
◇经滤光及焦距调节等处理，拍摄视频图像无变形等失真现象。
病害图片整理，根据照片判断病害类型、病害程度、病害等级等，最后形成报告。
检测内容
根据《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/T H21-2011）规定，斜拉索PE外观常见病害类型分为8类。
斜拉索PE护套病害分布图
斜拉索PE护套管病害分布图
检测结果统计
技术的进一步发展
◇重点项目的要求
•更高清的检测效果；
◇千米级斜拉桥的挑战：
•更远、更稳定的遥感和传输；
•更稳定的动力性能；
•避免对拉索PE和缠绕线的损坏；
•更稳定的抗环境干扰能力，多台设备同时作业的需求；
……
•更强适用性、更多样的设备超大直径拉索的需求；
•悬索桥双吊杆、三吊杆检测；
……
二、桥梁索杆内部锈蚀断丝无损检测技术
桥梁索杆系统作为长大跨径索体桥梁的主要承重结构，一旦出现损伤，将降低结构的使用性和耐久性，并且可能造成桥梁结构发生灾难性的突发破坏事故，造成极为恶劣的社会影响和惨重的经济损失。
案例：2019年10月1日上午9时许，台湾宜兰县南方澳跨港大桥发生意外垮塌事故，一辆油罐车随桥掉落水中，事故已造成10人受伤5人失踪。油罐车驶过跨中后不久，跨中靠右侧第一根吊杆与拱圈连接部位最先发生断裂。
桥梁索杆内部无损检测的必要性
◇降低风险。新疆孔雀河大桥经除吊杆内部损伤检测之外的详细检测，评定桥梁状态良好，在短短数月之后就发生了吊杆锚头区域断裂、桥梁垮塌事故；
◇减低浪费。国内许多座已开展了换索工程的桥梁，根据对更换下来的桥梁索杆进行破坏性检测时，却发现大部分拉吊索未实质受损，造成了极大的浪费，业主意见很大。
◇中华人民共和国交通运输部2011年批准实施的《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/T H21-2011）中，要求悬索桥、拱桥的吊杆和斜拉桥的斜拉索需开展锈蚀断丝的检测工作。
桥梁索杆检测方法及分析
漏磁法、弱磁检测法、磁致伸缩导波法在桥梁桥梁索杆检测中最有应用前景，具有非常重要的科研和工程价值。
弱磁/漏磁检测
1)检测结果可分辨缺陷的分布形式；
2)两种检测方法需全索范围爬索检测，有彩灯等干扰时不可检；
3)由于传感器无法到达锚头区域，导致该区域不可检，同时在索端部位1～1.5m范围为检测盲区；
4)漏磁检测法仪器较重，实施难度较大。且传感器吸附在桥梁索杆上传感器与PE间存在较大摩擦，传感器通过提升系统在桥梁索杆行走过程易对PE造成磨损。
基于磁致伸缩的导波检测
磁致伸缩导波检测
1）简便高效：仅在桥面附近的索体段安装相关传感器即可实现全索范围（包括锚固区域索体）的内部锈蚀断丝检测；
2）无损先进：避免了破损检测对桥梁索杆防护系统造成的严重损害；不需爬索检测不对PE造成磨损；
3）准确高精：检测系统较理想状态下可检测出2%以下的截面金属损失；
4）无扰交通：实现在不封闭交通下的桥梁索杆内部锈蚀断丝检测。
室内试验
现场桥梁检测应用
根据以往部分工程项目资料整理了包括22座索杆桥梁上进行的914根索杆的内部锈蚀断丝导波测试结果，其中包含悬索桥7座，斜拉桥12座和吊杆拱桥3座。
根据检测数据及分析结果，对存在异常波形的位置进行开窗验证
为保证结构使用耐久性和安全性，建议对可能存在钢丝锈蚀的斜拉索进行定期跟踪检测，以确保桥梁的安全运营。
三、悬索桥索夹螺栓预紧力检测及同步复拧维修技术
(1)概况
检查发现悬索桥索夹上方与主缆连接位置的防护材料存在多处开裂，吊索索夹防护病害位置及照片如下图所示。分析是由于桥梁投入运营至今，索夹螺栓轴力下降，导致索夹与主缆间的摩擦力不足造成滑移，故需对高强度螺栓的预拉力进行检测、复拧后对主缆修复。
(2)索夹螺栓拉力降低机理
螺栓拉力降低的几个主要原因是：
（1）镀锌钢丝的锌蠕变，（2）镀锌钢丝的重新排列，（3）螺栓松弛。
螺栓拉力的降低原理是：
1）镀锌钢丝发生线接触的蠕变，并由于锌层的塑性变形导致线接触变为面接触，（2）主缆直径变化导致螺栓拉力逐渐降低，（3）在螺栓拉力重新紧固后，接触面上继续发生蠕变，（4）主缆直径再次降低，螺栓拉力随之降低。
（3）设计加工检测维修平台
为满足检测与维护作业需要，设计加工沿主缆爬行的检测、维护工作平台。
（4）索夹螺栓预紧力检测
索夹螺杆预紧力检测
（1）索夹病害普查。对桥梁索夹进行检查，以0.3kg小锤轻轻敲击螺帽，以手指感知是否松动和拉杆断裂开动。
（2）采用特别设计的螺栓拉拔器对高强螺栓预张拉进行检测。
索夹螺栓预紧力检测复拧
抽取1-11#和1-5#两处主缆开裂位置对应的索夹高强螺栓进行检测，检测结果如下表所示。从检测结果可以看出，高强螺丝均存在较大的预紧力衰减，大部分螺丝预紧力剩余值不及设计值的50%，按实际施工施加的力值计算，部分螺栓实际衰减比例高达80%以上。
索夹螺栓预紧力同步复拧
索夹预紧力补足紧固
索夹螺栓轴力下降导致索夹与主缆间的摩擦力不足造成滑移，需对高强度螺栓的预拉力进行复拧补足。
（1）张拉设备。采用的张拉设备为液压螺栓拉拔器，根据螺栓数量最多情况准备多台设备同时工作。
（2）螺栓预紧力紧固实施。大桥索夹为销接式索夹，对一个索夹的全部螺栓进行同步张拉。同步张拉到预设值后，以对称方式对全部索夹螺栓用自制扳手将螺母拧紧，施拧人在张拉试验和张拉施工中必须为同一操作者。
（3）液压螺栓拉拔器完成索夹螺栓紧固补充后，使用特制螺栓拉伸器监控、检查索夹螺栓轴力，发现局部轴力下降值过大，应及时补充轴力，预紧螺栓，使轴力满足要求，确保施工与结构的安全。
桥梁索体系特殊检测技术
