南京長江二橋南汊大橋斜拉索撞擊后損傷檢測分析研究

魏海偉，吳忠振，霍翔

（1.中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100088；2.中國公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100097）

斜拉索是斜拉橋的關(guān)鍵構(gòu)件，車輛或船只撞擊斜拉索很有可能導(dǎo)致斜拉索護(hù)套破損、阻尼器脫離、底座錨固松動(dòng)和斜拉索斷絲等，這將極大程度上威脅橋梁結(jié)構(gòu)安全[1,2]。2013年一輛渣土車撞向天興洲大橋斜拉索，8號斜拉索受損嚴(yán)重；2014年一輛空載掛車撞擊杭州灣大橋斜拉索，北塔下游側(cè)B11號斜拉索表面護(hù)套剮蹭嚴(yán)重[3]；2010年受1號臺(tái)風(fēng)影響,越南平橋被3艘因維修停留在海防港造船廠的貨船撞擊,有1艘貨船甲板上層建筑(船尾樓)撞上該橋主梁，兩根斜拉索受到嚴(yán)重撞擊[4,5]。隨著交通量的增加，斜拉索受到撞擊的風(fēng)險(xiǎn)概率也會(huì)越來越大，有必要針對撞擊事故進(jìn)行系統(tǒng)化程序化的檢測研究總結(jié)。

1 概況

南京長江第二大橋（以下簡稱南京二橋）是國家“九五”重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目之一，位于現(xiàn)南京長江下游11公里處，全長21.197公里，由南、北汊大橋和南岸、八卦洲及北岸引線組成。設(shè)計(jì)速度100公里/小時(shí)；設(shè)計(jì)荷載：汽-超20，掛-120。南京二橋的主橋南汊大橋是一座雙塔雙索面五跨連續(xù)的鋼箱梁斜拉橋，主跨為628m，跨徑布置為（58.5+246.5+628+246.5+58.5）m。南汊大橋斜拉索采用空間雙索面扇形索布置，每個(gè)索面20對斜拉索，全橋共80對（160根）索。斜拉索在塔柱上的錨固間距為1.75～2.5m；斜拉索在梁上的錨固間距，在標(biāo)準(zhǔn)梁段為15m，塔下無索區(qū)為2×21.5m，輔助跨錨索間距12m。斜拉索與鋼箱梁采用套筒錨固，在塔上張拉。斜拉索采用直徑φ7mm高強(qiáng)度平行鋼絲外擠包高密度聚乙烯（即PE護(hù)套）形成拉索，最大索長333.8m,重26.7噸。斜拉索按拉索直徑分類共有φ112mm，φ120mm，φ130mm，φ141mm，φ150mm五種規(guī)格。為方便描述斜拉索位置，根據(jù)南京長江第二大橋南汊大橋施工圖的編號規(guī)則，對每根斜拉索進(jìn)行編號，斜拉索編號格式如下所示：（索塔）-（塔側(cè)）-（上下游）-（編號），其中：索塔N表示北塔，S表示南塔；塔側(cè)A表示岸側(cè)，J表示江側(cè)；上下游S表示上游，X表示下游；編號面向塔側(cè)為小編號，背向塔側(cè)為大編號，依次為1～20。示例：NAX16表示北塔岸側(cè)下游側(cè)16號斜拉索。2016年1月，南京二橋南汊大橋發(fā)生多起車輛撞擊事故，其中一輛貨車偏離行車路線撞擊到編號為NAX16斜拉索，為全面反映該斜拉索損傷情況，南京長江第二大橋有限責(zé)任公司委托中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司進(jìn)行了斜拉索撞擊后損傷檢測分析研究。

2 檢測方法

為全面客觀反映車撞事故對斜拉索基本性能的影響，斜拉索檢測采用多索交叉驗(yàn)證對比和多方法交叉驗(yàn)證對比。本次主要檢測項(xiàng)目為外觀檢查、索力檢測和索體鋼絲銹蝕斷絲檢測。外觀檢查主要針對受損NAX16斜拉索；索力檢測利用斜拉橋?qū)ΨQ結(jié)構(gòu)特性，現(xiàn)場對同一塔側(cè)的具有相同受力形式對稱及鄰近斜拉索進(jìn)行索力檢測，同時(shí)與歷年檢測結(jié)果進(jìn)行對比；索體鋼絲銹蝕斷絲檢測主要利用磁致伸縮導(dǎo)波傳感器對受損斜拉索及鄰近斜拉索進(jìn)行檢測。

（1）外觀檢查，用以判斷撞擊對斜拉索外觀的損傷，這是檢查的基本項(xiàng)目，通過目測來檢查索身護(hù)套是否有鼓包、銹包、開裂、斷裂、膨脹及變形等現(xiàn)象，目測檢查減震阻尼器的防腐涂裝、連接螺栓、支架和底座外觀情況。

（2）索力檢測利用索力檢測儀在環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)激勵(lì)條件下測定斜拉索的索力。采用專用夾具將加速度計(jì)固定在斜拉索上，以測定拉索的橫向振動(dòng)，加速度計(jì)將索的隨機(jī)振動(dòng)信號轉(zhuǎn)變成電信號經(jīng)放大器放大后送到FFT信號分析儀中進(jìn)行頻譜分析，得到拉索的橫向振動(dòng)頻率，再經(jīng)分析得到索力。

（3）索體鋼絲銹蝕斷絲檢測可借助磁致伸縮導(dǎo)波傳感器，由于該傳感器的提離距離可達(dá)幾厘米，在檢測過程不需要拆除PE，因此它尤其適用于帶PE保護(hù)層拉吊桿的在役檢測。平行鋼絲斜拉索缺陷預(yù)警門限設(shè)定為直通波幅值的5%，用以判斷斜拉索的局部腐蝕和斷絲缺陷，如缺陷回波高于紅線，則判斷該斜拉索可能存在明顯缺陷；錨固段腐蝕狀態(tài)評估門限設(shè)定為錨固端部回波小于直通波幅值的10%，用以判斷斜拉索錨固段的腐蝕狀態(tài)，如錨固端部回波信號小于該信號，則判定該斜拉索錨固段可能存在大面積腐蝕。

3 檢測結(jié)果

3.1 外觀檢查

經(jīng)現(xiàn)場檢查，該拉索主要病害為：拉索下部鋼護(hù)筒油污，鋼護(hù)筒劃傷與破損，阻尼器被撞壞、缺失，PE護(hù)套破損、開裂等，斜拉索外觀病害見圖2，檢查結(jié)果匯總見表1。

表1 外觀檢查結(jié)果匯總表

3.2 索力檢測

現(xiàn)場檢測時(shí)對南京二橋南汊大橋被撞擊的NAX16斜拉索和其同一塔側(cè)、具有相同受力形式的NAX15、NAX17、NJX15、NJX16、NJX17、NAS15、NAS16、NAS17、NJS15、NJS16、NJS17共計(jì)12根斜拉索進(jìn)行了索力檢測分析研究。還將本次索力測試結(jié)果分別與14年、15年測試結(jié)果進(jìn)行對比，對比結(jié)果詳見表2和圖3。由圖表數(shù)據(jù)分析我們可以看出：

（1）本次NAX16斜拉索索力測試結(jié)果與14年測試結(jié)果相對變化為2.37%，與15年的測試結(jié)果相對變化為5.09%，索力測試誤差均在±10%以內(nèi)，符合《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）的要求；

（2）其余斜拉索索力測試結(jié)果與14年測試結(jié)果最大相對變化-5.07%，與15年的測試結(jié)果最大相對變化為5.72%，索力測試誤差均在±10%以內(nèi)，符合《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）的要求；

（3）NAX16斜拉索與同一塔側(cè)、對稱斜拉索索力檢測結(jié)果對比，14年與其他索力比值最大偏差為8%、15年與其他索力比值最大偏差為12%、16年與其他索力比值最大偏差為8%，近三年的比值偏差均在15%以內(nèi)，相近斜拉索索力變化穩(wěn)定。

表2 2014-2016年斜拉索索力對比表

表3 NAX16與對稱斜拉索索力檢測結(jié)果對比表

3.3 索體鋼絲檢測

現(xiàn)場檢測時(shí)對南京二橋南汊大橋被撞擊的NAX16和相臨近的NAX15、NAX17斜拉索進(jìn)行索體鋼絲銹蝕斷絲檢測研究。被撞擊的NAX16斜拉索的導(dǎo)波檢測信號如圖4（a）所示。從檢測信號圖我們可以看出：

（1）從信號波形看出7.3m附近存在下錨頭回波信號，經(jīng)計(jì)算，其距離傳感器7.28m，與現(xiàn)場實(shí)測距離較吻合，且回波信號幅值高于紅色的錨固端部回波門限；

（2）從檢測波形看出無超過預(yù)警門限的回波信號或其他異?；夭ㄐ盘?，通過檢測結(jié)果可判斷該斜拉索無銹蝕活動(dòng)或斷絲，斜拉索狀態(tài)為無銹蝕活動(dòng)或斷絲。

NAX15 和NAX17斜拉索的導(dǎo)波檢測信號如圖4（a）和（b）所示。通過信號分析，可以認(rèn)為NAX15和NAX17斜拉索無銹蝕活動(dòng)或斷絲，斜拉索狀態(tài)為無銹蝕活動(dòng)或斷絲。

4 結(jié)論

對南京二橋南汊大橋被撞擊的NAX16斜拉索進(jìn)行損傷后檢測分析研究，主要結(jié)論如下：

（1）NAX16斜拉索被撞擊后，導(dǎo)致斜拉索被撞部分出現(xiàn)鋼護(hù)筒劃傷與破損，阻尼器被撞毀缺失，PE護(hù)套破損、開裂等病害；

（2）對NAX16和相鄰斜拉索及其它對稱部位的斜拉索進(jìn)行了索力檢測對比，測試結(jié)果與14年、15年測試結(jié)果相對變化測試比較誤差均在±10%以內(nèi)，可認(rèn)為NAX16斜拉索索力均未出現(xiàn)明顯異常；

（3）經(jīng)過相應(yīng)的無損檢測，NAX16斜拉索被撞擊后索體鋼絲未出現(xiàn)斷絲，索體鋼絲也未出現(xiàn)明顯銹蝕；相鄰的NAX15、NAX17斜拉索通過檢測對比，狀態(tài)均為無銹蝕活動(dòng)或斷絲；

（4）本次檢測可為類似纜索橋梁拉索撞擊后損傷檢測分析提供重要參考。