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大型橋梁防腐蝕涂裝

2016-08-17 12:04:19 作者：本網整理來源：防腐蝕論壇分享至：

    橋梁是人類最杰出的建筑之一，美國舊金山金門大橋、澳大利亞悉尼港橋、英國倫敦橋、日本明石海峽大橋、中國江陰長江大橋等，都是一件件寶貴的空間藝術品，成為陸地、江河、海洋和天空的景觀，成為城市標志性建筑。

    人們很早就能利用鋼鐵來制造橋梁了。英國在1779年，建成了世界上最早的鑄鐵橋――科爾布魯克德爾大橋（跨長30m，高12m）。這座橋至今仍在使用，各個構件間的連接方法采用了以往木結構的接頭和榫接技術。我國四川大渡河上在1706年建成了著名的鐵索橋，這也可能是世界是最早的懸索橋雛型。

    支撐現代建筑的結構材料主要是鋼鐵和混凝土。鋼鐵的高強度和穩定的性能，韌性好而且適合于工廠化批量生產，使得鋼鐵成了最佳建筑用結構材料。鋼鐵技術發展，促進了人類歷史上建筑技術的變革。18世紀后半葉起，人們開始應用鑄鐵技術進行工廠、倉庫、商場、停車場等的建造，框架、桁架和拱結構獲得了廣泛的應用。由于科技之發展及鋼材品質之進步，鋼結構之重要性被先進國家所肯定，在一些先進城市，大樓、橋梁、大型公共工程，多采用鋼結構建筑。但是鋼鐵最大的問題是它的腐蝕性，如何防止鋼鐵橋梁的腐蝕，有效地保護橋梁構件，延長使用期，是鋼鐵橋梁建造中要考慮的頭等大事之一。

    混凝土也是現代最重要的建筑材料之一，廣泛用于大壩、、地板、貯槽等。高強度預應力混凝土結構被廣泛應用于現代橋梁的橋塔建造，以及許多剛構連續橋梁方面。堅硬的混凝土本身也耐腐蝕的材料，經常用于鋼結構的保護，但是混凝土也有反應性，比如說在酸性環境中，所以它的表面也需要涂料的保護。

    第一節橋梁建筑的發展

    橋梁可以分為鐵路橋和公路橋，根據需要，鐵路橋和公路橋可以兩橋合一，典型的如我國早期建設的南京長江大橋和武漢長江大橋，以及澳大利亞的悉尼港口大橋。在橋面結構上，鐵路橋以桁架梁為主，公路橋現在的發展以箱形梁為主。

    現代化的橋梁建設，主要有斜拉橋、懸索橋、拱橋、PC連續剛構橋等建造形式。下面我們分別回顧一下這幾類橋梁的建設歷史，同時了解一下這些橋梁的結構形態，這對如何進行防腐蝕設計有著相當大的幫助。

    1.斜拉橋（Cable Stayed Bridge）

    將梁用若干根斜拉索拉在塔在上，便形成斜拉橋。與多孔梁橋對照起來看，一根斜拉索就是代替一個橋墩的（彈性）支點，從而增大了橋梁的跨度。斜拉橋是大跨度橋梁的最主要橋型，在跨徑200~800m的范圍內占據著優勢，對于200-650米跨度的公路橋（鐵路橋在400米以下）中，斜拉橋是較佳的方案。

    斜拉橋由索塔、主梁、斜拉索組成，選擇不同的結構外形和材料可以組合成多彩多姿、新穎別致的各種形式。索塔型式有A型、倒Y型、H型、獨柱，材料有鋼、混凝土的。主梁有混凝土梁、鋼箱梁、結合梁、混合式梁。斜拉索布置有單索面、平行雙索面、斜索面，拉索材料有熱擠PE防護平行鋼絲索、PE外套防護鋼絞線索。

    現代斜拉橋可以追溯到1956年瑞典建成的主跨182.6米斯特倫松德橋。歷經半個世紀，斜拉橋技術得到空前發展，跨徑大于400m有40余座。20世紀90年代以后在世界上建成的著名的斜拉橋有法國諾曼底斜拉橋（主跨856米），南京長江二橋鋼箱梁斜拉橋（主跨628米）、福建青州閩江結合梁斜拉橋（主跨605米）、挪威斯卡恩圣特混凝土梁斜拉橋（主跨530米），1999年日本建成的世界最大跨度多多羅大橋（主跨890米），是斜拉橋跨徑的一個重大突破，是世界斜拉橋建設史上的一個里程碑。

    我國第一座斜拉橋在1975年于四川云陽建成，主跨76米。我國在1991年建成了上海南浦大橋（主跨為423米結合梁斜拉橋），開創了我國修建400米以上大跨度斜拉橋的先河，大跨徑斜拉橋如雨后春筍般的發展起來。我國已成為擁有斜拉橋最多的國家，在世界10大著名斜拉橋排名榜上，中國有6座，跨度600米以上的斜拉橋世界僅有6座，中國占了4座。2001年建成的南京長江二橋鋼箱梁斜拉橋（主跨628米），名列世界第三位。

    2.懸索橋（Suspension Bridge）

    懸索橋是制造方面技術最為復雜，橋型最為漂亮的橋梁。一千米以上的橋梁只能使用該種橋型建造。

    利用鐵鏈作懸索的橋梁，比較有名的就是我國四川大渡河上面的瀘定橋了，它于1706年建成。最早利用眼桿和銷鉸作懸鏈的橋梁，是英國于1826年建成的麥地海峽橋和1864年建成的克利夫頓（clifton）橋，這兩座橋至今還在使用。利用鋼絞線和鋼絲等制造的現代懸索橋是在二十世紀以后才出現的。

    美國是最早進行現代懸索橋建設的國家。在1903年建成的主跨為488m的威廉姆斯堡橋（Williamsburg Bridge）。著名的舊金山金門大橋（Golden Bridge）于1937年落成，主跨達到了1280m。1964年，美國建成了主跨超過金門大橋18m（18+1280=1298m）的維拉扎諾海峽橋（Verrnzano Narrows Bridge）。此橋為當時的世界最大跨度的懸索橋，紀錄保持了17年，直到1981年被英國主跨為1410m的恒伯爾橋（Hubmer）打破。

    歐洲最早的大跨度懸索橋是1959年法國建成的主跨為608m的坦卡維爾橋（Tancariville Bridge）。首次采用鋼箱梁與斜吊索的懸索橋是英國在1966年建成的主跨988m的塞文橋（Severn），開創了懸索橋建設的另一流派。

    日本的懸索橋建設在20世紀80年代為高峰期，以本四連絡橋為代表，1983年在尾道－今治線上建成主跨770m的因島大橋和1985年建成的主跨560m大島大橋；1985年建成的主跨876m的大鳴橋位于神戶―鳴門線上；兒島－坂出線上，1988年建成了主跨940m的下津井大橋，主跨1100m的南備贊大橋和主跨990m的北備贊大橋。日本在1998年建成了世界最大跨度的明石海峽大橋（主跨1991米）。從1000米到近2000米，這是一個重大突破，是世界懸索橋建設史上的又一座豐碑。

    我國此時也進行了懸索橋建設的高峰期，主跨648m的廈門海滄大橋，900m的西陵峽長江大橋，888m的虎門大橋，452m的廣東汕頭海灣大橋，960m的宜昌長江大橋，重慶市主跨612m的鵝公巖長江大橋等。1998年建成的江陰長江大橋（主跨1385米）和1999年建成的香港青馬大橋（主跨1377米，公鐵兩用），現在分別位列世界第四、第五位。正在建設中的潤揚大橋南汊橋為1490 m單跨雙鉸鋼箱梁懸索橋，是我國建橋史上工程規模最大，技術含量最高的現代化特大型橋梁工程，建成后可以超過英國的恒伯爾橋成為世界主跨第三。

    懸索橋懸掛系統大部分情況下用“索”做成，所以叫作“懸索橋”。和拱橋不同的是，作為承重結構的拱肋是剛性的，而作為承重結構的懸索則是柔性的。為了避免在車輛駛過時，橋面隨著懸索一起變形，現代懸索橋一般均設有剛性梁（又稱加勁梁）。橋面鋪在剛性梁上，剛性梁吊在懸索上。懸索一般均支承在兩個塔柱上。塔頂設有支承懸索的鞍形支座。承受很大拉力的懸索的端部通過錨碇固定在地基中，個別也有固定在剛性梁的端部者，稱為自錨式懸索橋。

    懸索橋的主體結構可以分為三大部分：

    l 橋塔

    l 纜索

    l 加勁梁

    橋塔

    在20世紀60年代以前，較大跨度的懸索橋的橋塔幾乎全是鋼鐵制造，由美國的一系列著名懸索橋為代表，如舊金山奧克蘭海灣大橋、舊金山金門大橋等等。

    日本的懸索橋一直是采用的鋼塔，因為日本是個多震國家，采用鋼結構橋塔比混凝土結構要輕，抗震性好。并且，日本的鋼結構制造和安裝架設方面其能力也是世界上一流的。優質的栓焊技術和大型浮吊整體施工，在很大程度上加快了工期，減少了勞動力。

    早期的美國懸索橋橋塔采用鉚接結構，將鋼板和角鋼連接成多格式塔柱，格室內空間很小，對于涂料的施工很不方便。美國舊金山－澳克蘭海灣大橋的塔柱截面為十字形，4個分肢有若干個小格室。

    近年來由于栓接和焊接技術的發展，鋼塔柱改用了有加勁肋條的大鋼板來組成大格式截面，大部分為大十字型或T型截面，格室大且數量少（有的只有一個格式）。這樣就有利涂料的施工和維修了。其代表性的內部結構，如1988年建成的博斯普魯斯海峽二橋塔柱截面見下圖。

    混凝土澆注，特別是模板技術，是在近幾十年才發展起來的。所以混凝土橋塔是在20世紀60年代左右才采用的。1959年，法國的坦卡維爾橋（Tancarvile）首先使用了混凝土進行橋塔的建設。1981年建成的當時世界第一跨度（1410m）的英國恒伯爾大橋，也使用了混凝土進行橋塔的修建。從此，大跨度橋梁開始了混凝土修建橋塔的潮流（日本除外）。我國的大跨度橋梁全部是采用混凝土進行澆注的。

    纜索

    懸索橋的纜索體系包括主纜和吊索。吊索有時也會用眼桿圓桿，這時可以稱之為吊桿，但是現代懸索橋主要是采且柔性大，操作性強的鋼絲索作為吊拉構件，即吊索。

    主纜的截面一般先由？5mm左右的鋼絲組成鋼絲束股，然后再由若干根鋼絲束股組成一根主纜。鋼絲束股的方法有兩種，空中編絲成纜（Air Spinning）和預制平行鋼絲束股（Prefabricated Parallel Strands）。前者簡稱AS法，后者簡稱PS法或PWS法（Parallel Wire Strands）。

    PS法最早在美國的新港橋上應用，但是日本是大量采用并發展該方法的國家。PS法可以在建造橋梁的同時在車間進行鋼絲索的編制，加快了施工進度。但是它要求有非常大噸位的起重運輸設備。在我國，除了青馬大橋外，其它所有的懸索橋都采用PS法編制主纜，虎門大橋有一部分主纜是在現場編制的。

    加勁梁

    加勁梁為涂裝防腐的主要部位，也是耗漆量最多的地方（除了鋼質橋塔外）。懸索橋的加勁梁的主要使用的是鋼結構，我國的汕頭海灣大橋（主跨452m）則是個例外，采用了混凝土箱梁。

    早期的加勁梁都為鋼桁梁，目前鐵路橋和公鐵兩用橋都是采用的這一形式。

    1940年美國在華盛頓洲建成主跨853m的塔科馬老橋，加強梁采用了鋼板梁，由于其斷面抗風性差，在建成當年11月7日被風吹斷。以此為鑒，進行了的風洞試驗，1950年重建塔科馬新橋，加強梁改為鋼桁梁結構。從此，風洞試驗成為了懸索橋設計的必要手段。

    流線型鋼箱梁最早的使用是從英國Severn橋開始的，我國的許多橋梁采用的都是鋼箱梁。與鋼桁梁相比，鋼箱梁為平面構件，對于涂裝來說非常方便，也便于以后的維修保養。并且，內部作為封閉結構，可以采用抽濕機防銹。

    香港青馬大橋（主跨1377m），從外觀上看近似于能透風的鋼箱梁，而內部結構有兩片高6.3m的縱向主桁架，橫向中心距26m，它們與上下兩層正交異性鋼橋面共同提供抗彎剛度并支承橋面車道。沿加勁梁的縱向，在梁體內第隔4.5m就布置有無斜用桿的剛性橫向框架，它由中央兩根豎桿加上主桁架內的兩根豎桿以及上下橫梁組成。下層橋面的的雙線輕載客運鐵道即從這些框架中通過。所以實則上青馬大橋的加勁梁為雙層橋面鋼桁梁。

    3.拱橋

    世界上最出名的拱橋可能是澳大利亞悉尼港口大橋，這是一座公路鐵路并行的兩用橋，它與附近的悉尼歌劇院成了澳大利亞的象征。

    拱橋是我國歷史悠久的源遠流長的一種技術。目前世界上最大跨度的石拱橋是2001年在山西晉城跨徑達146m的晉焦高速公路丹河大橋。根據建筑材料的發展使用，拱橋從早期的石拱橋到混凝土拱橋，到現在的鋼管混凝土拱橋和鋼拱橋，無論從材質還是形態，以及長度方面都有了新的突破。

    我國大跨度混凝土拱橋的建設技術，現在居于國際領先水平。1997年建成的重慶萬州長江大橋（主跨420米），為世界最大跨度的混凝土拱橋。

    鋼管混凝土是一種鋼-混凝土復合材料，具有高強、支架、模板三大作用，自架設能力強，較好地解決了大跨徑拱橋經濟、省料、安裝方便，后期承載能力高的問題。該橋型我國近年來發展很快，最大跨徑為2000年建成的中承式鋼管混凝土拱橋廣州ㄚ髻沙珠江大橋（主跨360米），為目前世界第一鋼管混凝土拱橋。目前正在建設的巫山長江大橋（主跨460米），這將又是一座創世界紀錄特大跨徑鋼管混凝土拱橋。

    世界最大跨徑鋼拱橋是1997年建成的美國新河橋（主跨518.2米）上承式鋼桁架拱橋；名列第二是1931年建成的美國貝爾橋（主跨504米）中承式鋼桁架拱橋；名列第三是1932年建成的澳大利亞悉尼港橋（主跨503米，公鐵兩用）中承式鋼桁架拱橋。我國大跨徑鋼拱橋修建較少，最大跨徑的鋼拱橋是四川攀枝花3002橋（主跨180米）。上海最近動工建設的蘆浦大橋（主跨550米）中承式鋼箱拱橋，建成后比世界第一的美國新河橋還長31.8米，將奪冠世界第一鋼拱橋。

    4.剛構橋

    PC連續剛構橋很多，隨著世界經濟發展，PC連續剛構橋將得到更快發展。1998年挪威建成了世界第一stolma橋（主跨301米）和世界第二拉夫特橋（主跨298米），將PC連續剛構橋跨徑發展到頂點。我國大跨徑PC連續剛構橋型和PC梁橋型的建橋技術，已居世界領先水平。1988年建成的廣東洛溪大橋（主跨180米），開創了我國修建大跨徑PC連續剛構橋的先例。世界已建成跨度大于240米PC梁橋17座，中國占7座。1997年建成的虎門大橋副航道橋（主跨270米）為當時PC連續剛構世界第一。

    PC剛構橋由于完全用鋼筋混凝土建成，所以以往都不用涂料進行保護。近來發現這些大型的橋梁如果不妥善進行保養的話，隱患很大。