钢桥面板疲劳裂纹与维修对策

陈江　范厚彬　张继东　俞登华

摘 要：钢桥面板多使用于悬索桥或斜拉桥等长大桥梁，在使用过程中桥面板（尤其焊接部分）较易产生疲劳裂纹。文章从钢桥面板的疲劳裂纹类型、相应维修方法、检测技术和桥面铺装等方面全面介绍了日本相关的经验及最新技术，为中国今后钢桥面养护提供参考。

关键词：钢桥面；疲劳裂缝；维修；日本经验技术

中图分类号：TU47 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）04-0168-02

Abstract： Steel bridge panels are mostly used in long bridges such as suspension bridges or cable-stayed bridges. In the process of the use of it， the deck slab （especially the welded part） is easy to produce fatigue cracks. This paper introduces the relevant experience and the latest technology in Japan in the aspects of fatigue crack type， corresponding maintenance method， inspection technology and deck pavement of steel bridge slab， which provides reference for the maintenance of steel bridge deck in China in the future.

Keywords： steel bridge deck； fatigue crack； maintenance； Japanese experience and technology

钢桥面板多使用于悬索桥或斜拉桥等长大桥梁，而此类大桥由于超载车辆通行产生的集中应力，造成桥面板变形，尤其焊接部分较易产生疲劳开裂。根据钢桥板的疲劳开裂大致可分为四大类。根据开裂的部位和状况，不同的开裂原因及进展情况也各不相同，需要针对不同情况进行相应合理的维修处置。其次，钢桥面板的铺装较混凝土桥面板而言，在选材及施工管理上、铺装工艺及施工过程中品质管理的水平不一，直接影响桥体品质。本报告针对钢桥板的这两项课题，介绍相关日本经验及最新技术，为中国今后钢桥面维修提供参考。

1 疲劳裂纹损伤及其对策

钢桥面板的疲劳裂纹共四大类：U肋与桥面板焊接部分，U肋对焊部分，竖向加劲肋与桥面板焊接部分，U肋与横隔板交接部分。图1中的4张照片为实际开裂情况及应急处理：照片A为沿U肋和桥面板焊接处产生的裂缝，裂缝从①开裂到②，之后向U肋的母体方向延伸；照片B为U肋和隔板焊接处产生的裂缝；照片C为对裂缝处进行刨削打磨处理后的照片；照片D为对延伸到母体的裂缝打直径为25mm的止裂孔，绿色线条是使用磁粉探测法检测出的裂缝。诸如此类的损伤，需及时采取相应的紧急处理以防止损伤进一步恶化。

针对开裂损伤，采取应急处理后，需重新制定相应的修补计划，进而实施彻底的维修或加固施工。

目前，主要的施工法有：在桥面实施钢纤维加固水泥（SFRC）铺装；在焊接面追加加固板并将U肋内部填充砂浆；更换开裂部位，重新焊接等。针对实际工况，选择适合的施工法尤为重要。钢纤维混凝土（SFRC）铺装施工可提高路面强度，对裂缝产生起到预防减少的作用。但施工本身需要对道路进行长期大规模限行，在撤除此铺装时，后期研磨清扫及粘结剂的涂抹也都有较高的品质要求。此外追加焊接方向多在上方，对焊接工的技术要求十分高。即便是熟练工，也必须进行考试，确认施工精度是否达标。

2 钢桥面板疲劳裂纹检测技术

钢桥面板使用U肋时，会由U肋内部的焊接缝开始，产生贯穿桥面板的裂缝，如图2。这类开裂通常较难发现，长期放置不仅会损害铺装层的耐久性，也会在路面产生坑塘，造成交通安全隐患。

针对这样的损伤，我们开发了涡流探测技术，可从路面直接探测铺装层厚度在100mm内的裂缝。涡流探测仪的工作原理是通过电磁感应使金属等导体产生感应电流，当有裂缝时电流值会改变，通过电流变化检测出有否裂缝。涡流探测检测车上设有4块激发线圈，以时速3m/分行走，可检测长度大于100mm以上的裂缝。不足之处是此检测车虽可检测到裂缝的方位，但无法直接确定裂缝形状等详细信息。此时则会使用相控阵技术（PhasedArray）从钢桥板下侧对裂缝进行更详尽的检测。

3 钢桥面板铺装耐久性

钢桥板较RC桥板有更大的弹性变形，在铺装选材、构成，以及施工品质上均有较高要求。本段介绍钢桥板铺装及施工要点。

图3为铺装层示意图Ⅰ和Ⅱ。示意图Ⅰ中的基层采用了变形追随性及水密性较高的浇筑沥青，此基层可省略涂覆防水层。缺点在于需要使用专用的浇筑式沥青运输车，确保沥青均匀搅拌并且温度可维持在220～260℃之间。示意图Ⅱ中的基层则采用高弹性改性沥青，为改性沥青铺装或SMA铺装。此类铺装有较强的耐流动性和耐磨损性。在日本的沥青弯曲试验中，针对固态沥青进行折弯试验。由最大应力和弯曲量测算出“弯曲工作量”，此项指标视同柔软性，即试验表明高弹性改性沥青具有良好的柔软性。同样，车辙试验测定出的DS值也表明，高弹性改性沥青较普通改性沥青具有更全面、强化的性能，更适用于弹性变形较大的钢桥板铺装。

目前，Ⅰ型铺装用于南京长江第四大桥，Ⅱ型铺装用于上海奉浦大道金汇港大桥，两种铺装均已用于中国的桥梁建设，使用状况均良好、正常。

在铺装施工方面，首先需将钢桥板上的锈斑研磨清除干净，并且在清除后4小时内完成粘结层的涂覆。Ⅱ型铺装则需要加涂防水层。粘结剂分环氧树脂类和橡胶沥青类两类。环氧树脂类虽与桥板的粘结度高，但与沥青的粘合度不够，考虑到钢桥板、粘结层、铺装层间的互溶性及粘结剂本身的柔软性，橡胶沥青粘结剂更佳。

4 结束语

钢桥面板具有自重轻，承载力高的特性，尤为适合长大桥的梁体结构。然而伴随桥梁变形的疲劳损伤不可小觑，在养护管理、铺装选材、施工的各个阶段也需要充分重视和讨论。

本文就逐年增多的桥梁钢桥板的疲劳损坏进行探讨，介绍了日本的损坏类型、维修方法及新型的检测技术。归纳了钢桥板的铺装类型和特性，就铺装的不同材料和构成介绍了2种高性能铺装。并对橡胶沥青型粘结剂的特点和选用提出了相关意见。

希望文中所述的技术和材料，可以在中国今后的桥梁建设和养护过程中得到广泛运用。

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