摘要：通過分析泉川灣跨海大橋主橋拉索腐蝕的環境因素、腐蝕原理和腐蝕過程，認為存在3個腐蝕階段：拉索護套老化開裂階段、拉索鋼絲表面鍍鋅層腐蝕階段和拉索鋼絲腐蝕階段#對泉川灣跨海大橋主橋拉索正常使用的壽命進行預測，計算得出泉川灣跨海大橋兩層護套的老化時間為&62年，主橋拉索鋼絲發生腐蝕后達到影響結構安全的時間為7.03年。

　　關鍵詞：斜拉橋;大氣腐蝕;拉索腐蝕;壽命預羽;耐久性

　　橋梁施工論文范文：公路橋梁施工中掛籃懸澆施工應用技術

　　摘要：隨著人民出行要求的提升，公路橋梁工程建設數量也在逐年增加，而工程的質量優劣不僅會對公路橋梁本身的使用壽命產生影響，也非常不利于工程本身價值的充分發揮。而影響工程質量的一個十分重要的因素就是公路橋梁的施工工藝，針對公路橋梁施工過程中掛籃懸澆技術的應用進行了具體的研究，希望能有效促進公路質量的提升。

　　斜拉橋是由墩、梁、塔和拉索組成的超靜定結構，因其具有跨越能力大、結構輕巧美觀、受力明確、空氣動力性好、結構形式簡潔等優點，已成為現代橋梁建設的主流橋型之一。拉索是斜拉橋的主要承重結構，由于橋梁結構多建造在空氣濕度大的區域,拉索長期暴露于潮濕和污染的大氣環境下,且承受巨大的恒載、活載和疲勞荷載，因此拉索極易發生腐蝕和疲勞破壞，承載力發生嚴重退化，影響橋梁拉索的正常工作。近年來，由于斜拉橋拉索發生腐蝕，導致橋梁出現結構安全問題的案例不斷出現。相關統計數據顯示：在已建成的400多座斜拉橋中，已有近1/8進行了部分或全部斜拉索的更換工作[1]。

　　更換斜拉索主要原因是拉索出現鋼絲嚴重腐蝕的情況：如歐洲的科布蘭德橋建設成本為1億元(以人民幣計，下同)，服役僅3年就因為拉索腐蝕換掉了全部拉索，直接經濟損失4.2億元;非洲的馬萊凱伯橋使用13后就因拉索的嚴重銹蝕而進行換索，耗資4億元，更換拉索耗時為其施工時間的1/4;1989年建成的廣州海印大橋，因為拉索腐蝕失效1995年進行全橋換索，拉索的壽命僅為6a;1982年建成的濟南黃河大橋，1991年發現拉索鋼絲表面受到不同程度的腐蝕，1995年進行全橋換索，拉索壽命為13a[2]。因此，研究斜拉橋拉索的腐蝕行為，特別是易腐蝕環境下拉索的腐蝕行為，對提高斜拉橋拉索耐久性與安全性具有極其重要的意義。本文以泉州灣跨海大橋主橋拉索為研究分析對象，根據該橋主纜索的設計參數，分析其所處的腐蝕環境，并根據國內現有科研成果，對泉州灣跨海大橋拉索的腐蝕原理和腐蝕行為進行分析，對拉索的安全使用壽命進行預測，以期對類似工程環境下的斜拉橋設計及維護提供參考。

　　1泉州灣跨海大橋概況

　　泉州灣跨海大橋起于晉江市新塘街道南塘村，接泉州市環城高速公路(二期)晉江至石獅段,于石獅市;江鎮跨越泉州灣，經臺商投資區秀涂村，止于惠安縣螺陽鎮錦水村，接泉州市環城高速公路(一期)南惠支線。大橋全長26.699k叫其中海上橋長12.45km，設計速度100km•h"，設計使用年限為100a，工程總投資約為69.23億元，是福建省目前最長的跨海橋梁。泉州灣大橋主橋為主跨400m雙塔分幅組合梁斜拉橋，全長800m，可保證5000t級雜貨船雙向通行、10000t級雜貨船單向通行。主橋主塔采用三柱式門型，塔高157.1m，兩座主塔的左右側各有一組平行鋼絲斜拉索，4組斜拉索共計288根;拉索采用7mm鍍鋅高強度、低松弛鋼絲，雙層彩色高密度聚乙烯材料作為護套。鋼絲抗拉標準強度為1670MPa,拉索最長213.8m，單根最大重量為15.4-。

　　2泉州灣跨海大橋的腐蝕環境

　　環境因素是影響結構腐蝕的最重要因素之一，現根據泉州灣跨海大橋所處環境,對其主橋拉索腐蝕的環境影響因素進行分析。泉州市屬于亞熱帶海洋性季風氣候，泉州灣海域夏季高溫，臺風多發。泉州灣跨海大橋處于海洋環境中，大氣及海水都有很強的腐蝕性。國家標準GB/T15957—1995《大氣環境腐蝕性分類》中列出的影響結構大氣腐蝕的關鍵因素，主要包括：潮氣薄膜形成、大氣中腐蝕物質含量、大氣相對濕度、空氣中污染物含量、結露、降雨、融雪等等。通常認為影響大氣腐蝕的主要環境因素有3個：大氣相對濕度、二氧化硫含量和鹽粒子含量。根據空氣的年平均相對濕度對將大氣環境分為3類：干燥型環境、普通型環境和潮濕型環境。泉州市年平均相對濕度為76。-81。6月濕度最高，11-12月濕度最低，據此將泉州灣跨海大橋的大氣環境歸為第三類一潮濕型環境(RH>75。)

　　該標準將腐蝕環境進行分為6類：無腐蝕、弱腐蝕、輕腐蝕、中腐蝕、較強腐蝕、強腐蝕，明確大氣中腐蝕性物質的存在加速了鋼材的腐蝕速率，在相同濕度下，腐蝕性物質含量越高，腐蝕速率越大，如有吸濕性沉積物(如氯化物等)存在時，即使環境大氣的濕度很低(RH<60。)也會發生腐蝕。氯離子會使鋼材腐蝕加重，這也是沿海地區較內陸地區腐蝕嚴重的主要原因。沿海或海上的鹽霧環境或含有氯化鈉大氣，是氯離子的主要來源。鋼材腐蝕速率與空氣中鹽類(氯化物)含量的關系，腐蝕速率隨著空氣中鹽類含量的減少而急劇減少⑶。

　　泉州灣跨海大橋橋址處海水中氯離子含量高，根據橋址附近水質分析結果：其溶解性總固體含量在海水高潮位時最高可達47g-L-1，海水化學類型為Cl-Na型。結合泉州市目前的環境氣體情況和年平均相對濕度，應將泉州灣跨海大橋的腐蝕環境劃分在腐蝕環境中的中等程度(C級)至極端嚴重程度(F級"⑷，泉州灣跨海大橋的主橋位于海面上，受海洋大氣環境影響大，其腐蝕環境是整個橋梁中最為惡劣的。根據GB/T19292.1—2018《金屬和合金的腐蝕大氣腐蝕性第1部分：分類、測定和評估》的環境因素法，采用潤濕時間、氯離子沉積速率對我國沿海地區大氣腐蝕性等級進行初步劃分，應將泉州灣跨海大橋的大氣腐蝕等級確定為C3級或C4級[5]。上述分析表明：泉州灣跨海大橋的大氣和海洋環境都具有極強的腐蝕性，容易引起拉索的腐蝕和失效，不利于橋梁拉索的長期使用，因此特別需要對其安全性和耐久性進行分析研究。

　　3泉州灣跨海大橋主橋纜索的腐蝕機理

　　根據泉州灣跨海大橋主橋拉索的結構類型及其所處的腐蝕環境，根據現有腐蝕問題的研究成果,將其主橋纜索的腐蝕分為以下3個階段：第1個階段是拉索護套老化開裂階段，第2個階段是拉索內部鋼絲表面鍍鋅層腐蝕階段，第3個階段是拉索內部鋼絲腐蝕階段。

　　3.1護套老化開裂階段

　　護套是拉索的最外層保護層，常見的護套類型主要有PE、HDPE、鋼管、不銹鋼管護套等。泉州灣跨海大橋的主橋斜拉索采用雙層PE護套,即內層包裹單根鋼絞線的黑色PE和外層包裹整根拉索的彩色PE。拉索護套在其運輸安裝和使用的過程當中，都可能發生破壞。在拉索運輸安裝過程中，由于操作不當或施工工藝不完善，可能發生破壞。因此主要研究的是在橋梁運營期間拉索發生老化破壞的情況。此階段拉索破壞的原因主要包括兩個方面：一是橋梁所處的環境因素，如太陽光中紫外線、大氣環境、溫度濕度變化等，造成護套的老化開裂;二是拉索在服役過程中所承受的交變應力作用，拉索服役時護套同鋼絲協同受力，長期處于較高交變應力狀態下，PE護套的分子間結合力逐漸下降，其拉伸強度和斷裂伸長率等力學性能退化，護套出現微孔、裂縫甚至出現破損。在我國運營時間超過10a的斜拉橋中，70。以上的橋梁纜索索體PE護套出現不同程度的裂縫及微裂縫[6-7]。

　　3.2拉索表面鍍鋅層腐蝕階段

　　斜拉橋拉索多采用表面鍍鋅的高強度鋼絲，鋼絲表面鍍鋅是為了提高鋼絲的耐腐蝕性能。鋅在大氣環境中化學性質較為穩定，其耐腐蝕性較鋼鐵更為優良;當鋅以鍍層的形式覆蓋在鋼鐵表面上時,是一種陽極性鍍層，可以對鋼鐵起到電化學保護的作用，保證鋼鐵在較長的時間內不發生銹蝕。泉州灣跨海大橋主橋斜拉索采用7mm鍍鋅高強度、低松弛鋼絲，根據其設計參數，鋼絲表面鍍鋅層平均質量應大于280g-m-2，計算可得鋼絲鍍鋅層平均厚度為39#m。拉索表面護套老化開裂后，外部的雨水與大氣成分進入拉索內部，鋼絲表面的鍍鋅層首先發生腐蝕。鋼絲表面鍍鋅層的腐蝕是電化學過程，潮濕環境下，鍍鋅層的腐蝕產物主要為Zn(OH)2，可以與大氣中的CO2結合生成ZnCO3，在海洋大氣環境下空氣中氯離子含量高，還會進一步反應生成Zn5Cl2(OH)8-H2O。

　　3.3拉索腐蝕階段

　　拉索鋼絲的鍍鋅層腐蝕消耗結束后，鋼絲與大氣環境接觸發生腐蝕。鋼絲的大氣腐蝕的原理是鋼絲表面鍍鋅層等腐蝕雜質引起鋼絲表面的氧濃度差，形成陰極腐蝕電池，使鋼絲發生腐蝕，主要產物為Fe3O4。當鋼絲的腐蝕達到一定深度后，鋼絲的承載能力逐漸退化，鋼絲發生斷裂。斜拉橋拉索在橋梁服役期間，其腐蝕情況較為復雜，除一般的大氣腐蝕外，由于鋼絲承受交變應力，還會因鋼絲腐蝕產生的斷面損失而發生疲勞損壞，因此，主要考慮由于環境因素造成的拉索腐蝕問題。由于對拉索承受交變應力作用下的腐蝕實驗數據較少，研究采用的腐蝕參數為拉索未受力情況下的實驗數據，較受力情況下的腐蝕分析偏安全。

　　4泉州灣跨海大橋主橋纜索的壽命分析預測

　　針對泉州灣跨海大橋這一具體工程，結合斜拉橋拉索腐蝕的三個階段，根據現有研究成果對泉州灣跨海大橋的主橋纜索進行壽命分析。泉州灣跨海大橋主橋纜索的計算使用壽命可以分為以下兩個部分：護套老化開裂時間和鍍鋅鋼絲腐蝕時間。分別計算兩個時間，就可以預測拉索的安全使用壽命。5結論根據計算結論，在泉州市目前的大氣環境下，泉州灣跨海大橋主橋拉索的安全使用壽命可能無法滿足原來25-30a的設計要求，極有可能會出現提前失效的情況。根據現有斜拉橋的實驗研究數據和工程實例，斜拉橋拉索失效會嚴重影響橋梁的安全使用。

　　針對泉州灣跨海大橋主橋纜索的具體情況，建議其相關管理部門加強對橋梁纜索的檢測檢查，及時發現橋梁拉索可能存在的問題，如拉索護套開裂等問題，預防因拉索腐蝕造成橋梁無法正常使用的問題的發生。為了減少因拉索腐蝕可能產生的安全問題和經濟損失，建議泉州灣跨海大橋的拉索在使用維護過程中，采用一定的工程措施減少拉索腐蝕的發生，如定期對拉索護套表面進行清潔、修補，在PE保護套外部增加PVF氟化膜保護帶等;在主纜拉索更換時，采用防腐蝕性能更好的拉索或者采取一定的工藝提髙腐蝕性能，如在平行拉索的空隙中填充具備隔絕水汽、阻蝕防腐作用防腐油性蠟，增加拉索的抗腐蝕性，提髙拉索壽命。