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在強腐蝕的海洋環境中,還要求橋梁設計使用壽命100年至120年,怎麽實現的?
2017-10-23 | 供稿: 】【打印】【關閉

  古語雲:“山無徑迹,澤無橋梁,不相往來”,發展交通是發展經濟的必要手段,而橋梁對于交通系統無論是從安全性、耐久性、經濟性和適用性角度都是最合適的選擇,是世界各國交通系統中最重要的組成部分。這其中,海洋橋梁的建設既可以充分促進沿海經濟的發展,也是國家海洋戰略安全的需要。

  杭州灣跨海大橋是我國橫跨中國杭州灣海域的跨海大橋,大橋橋梁處于強腐蝕海洋環境中,建設當時爲確保大橋壽命,在國內第一次明確提出了設計使用壽命大于等于100年的耐久性要求。海洋腐蝕的威脅有多大?維持100年壽命有多難?

  這就不得不講講海洋橋梁的腐蝕防護問題。

杭州灣跨海大橋

  橋梁在海洋環境中承受著交變載荷、海浪沖蝕、汽車尾氣汙染等多種腐蝕因素的交互作用,甚至還要承受台風雷暴等極端天氣的考驗,腐蝕往往在容易被人忽略的地方發生,對橋梁結構的完整性和穩定性造成損傷。這種結構完整性損傷會在飓風載荷和車輛的交變載荷下加劇,在一定的外界條件下會對橋梁産生嚴重破壞,甚至導致橋梁坍塌,已成爲橋梁安全的隱形“殺手”。

  例如美国旧金山San Mateo-Hayward跨海大桥,处于浪溅区的预制横梁因钢筋锈蚀产生破坏,使用不到20年就必须耗巨资进行修补。对于严重腐蚀的结构,目前尚无成熟的康复技术,即使投入大量资金,其结果也只是阻止加速腐蚀,但桥梁必须降级使用。

  我國近20年建設了一大批結構新穎、現代化程度和科技含量高的斜拉橋、懸索橋、拱橋等特大型海洋橋梁,積累了豐富的橋梁設計和施工經驗,橋梁建設水平已跻身于國際先進行列。其中,橋梁的設計壽命也從過去的30~50年增加到80~120年,這對于社會財富積累、建設節約型社會具有重要意義,同時,也保障了橋梁服役期的安全可靠性。

  目前,海洋大橋的設計壽命爲100年甚至120年,是指通過腐蝕防護技術保護橋梁結構的條件下大橋有效使用壽命。而我國過去建設的基礎設施的設計壽命大多可維持30~50年,因此100~120年壽命指標的提出,對橋梁腐蝕防護技術、腐蝕防護管理均提出了更高要求。研究橋梁防腐新技術是時代的要求,是保障橋梁耐久性的重要前提,也是緊迫任務。

鋼管樁腐蝕

 

混凝土護欄腐蝕

  海洋橋梁上使用的鋼結構有鋼管樁、鋼箱梁和鋼制拉索等主要承重結構,以及鋼圍堰、承台底板以及螺栓緊固件、焊接結構等附加物。

  其中,鋼箱梁、鋼制拉索所處的腐蝕環境主要是海洋大氣區,腐蝕因素主要是汽車尾氣和海水蒸汽,在這一環境中鋼箱梁和鋼制拉索的腐蝕形式以均勻腐蝕和點蝕爲主。由于海洋大氣環境非常潮濕、鋼結構表面的電解質溶液充足,當異種金屬結構相連時鋼結構還較容易發生電偶腐蝕。

  由于鋼箱梁和鋼制拉索處于大氣環境中,防護措施一般是塗覆防護塗層,不能采用電化學防護。鋼管樁需要塗覆防腐塗層,但海水以及紫外線等會嚴重影響塗層的耐久性,必須配合電化學保護、外包其他防護材料等方法才能獲得良好的防護效果。

  海洋環境下鋼筋混凝土的結構腐蝕主要體現在混凝土結構性能退化和鋼筋腐蝕兩方面。混凝土本身腐蝕破壞機理包括混凝土碳化以及混凝土凍融循環等破壞等。由于混凝土本身性能退化以及氯離子的侵蝕,破壞了鋼筋表面的保護性環境使鋼筋所處環境滿足腐蝕發生的條件,從而導致鋼筋發生腐蝕。

  因此,鋼筋混凝土的防腐蝕原理主要是通過物理或化學手段,提高混凝土的防護性能,具體措施主要有使用高質量混凝土、適當提高混凝土保護層厚度、在混凝土或鋼筋表面塗覆防腐塗層、向混凝土中添加緩蝕劑以及采用電化學保護等。

  橋梁的腐蝕防護問題是安全和經濟的問題,在耐久性要求大大提高的情況下,提倡采用全壽命經濟方法,轉變思路,綜合考慮而非僅考慮初期投資成本,爲橋梁能更好的服役做鋪墊。對目前蓬勃興起的橋梁結構壽命預測技術,應在橋梁的設計中予以大力支持。而對海洋橋梁的腐蝕監測是維護在其服役過程安全運行的重要保障手段,是對橋梁按時進行檢測和維護的前提,必須重視。海洋橋梁的腐蝕防護問題,需要設計者、建設者和管理者攜手共同解決,任何一個鏈條脫節都無法保證橋梁的長期安全。

  

  原作者:金属所 魏英华

 

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