大型桥梁防腐蚀涂装

2016-08-17 12:04:19 作者：本网整理来源：防腐蚀论坛分享至：

    桥梁是人类最杰出的建筑之一，美国旧金山金门大桥、澳大利亚悉尼港桥、英国伦敦桥、日本明石海峡大桥、中国江阴长江大桥等，都是一件件宝贵的空间艺术品，成为陆地、江河、海洋和天空的景观，成为城市标志性建筑。

    人们很早就能利用钢铁来制造桥梁了。英国在1779年，建成了世界上最早的铸铁桥――科尔布鲁克德尔大桥（跨长30m，高12m）。这座桥至今仍在使用，各个构件间的连接方法采用了以往木结构的接头和榫接技术。我国四川大渡河上在1706年建成了著名的铁索桥，这也可能是世界是最早的悬索桥雏型。

    支撑现代建筑的结构材料主要是钢铁和混凝土。钢铁的高强度和稳定的性能，韧性好而且适合于工厂化批量生产，使得钢铁成了最佳建筑用结构材料。钢铁技术发展，促进了人类历史上建筑技术的变革。18世纪后半叶起，人们开始应用铸铁技术进行工厂、仓库、商场、停车场等的建造，框架、桁架和拱结构获得了广泛的应用。由于科技之发展及钢材品质之进步，钢结构之重要性被先进国家所肯定，在一些先进城市，大楼、桥梁、大型公共工程，多采用钢结构建筑。但是钢铁最大的问题是它的腐蚀性，如何防止钢铁桥梁的腐蚀，有效地保护桥梁构件，延长使用期，是钢铁桥梁建造中要考虑的头等大事之一。

    混凝土也是现代最重要的建筑材料之一，广泛用于大坝、、地板、贮槽等。高强度预应力混凝土结构被广泛应用于现代桥梁的桥塔建造，以及许多刚构连续桥梁方面。坚硬的混凝土本身也耐腐蚀的材料，经常用于钢结构的保护，但是混凝土也有反应性，比如说在酸性环境中，所以它的表面也需要涂料的保护。

    第一节桥梁建筑的发展

    桥梁可以分为铁路桥和公路桥，根据需要，铁路桥和公路桥可以两桥合一，典型的如我国早期建设的南京长江大桥和武汉长江大桥，以及澳大利亚的悉尼港口大桥。在桥面结构上，铁路桥以桁架梁为主，公路桥现在的发展以箱形梁为主。

    现代化的桥梁建设，主要有斜拉桥、悬索桥、拱桥、PC连续刚构桥等建造形式。下面我们分别回顾一下这几类桥梁的建设历史，同时了解一下这些桥梁的结构形态，这对如何进行防腐蚀设计有着相当大的帮助。

    1.斜拉桥（Cable Stayed Bridge）

    将梁用若干根斜拉索拉在塔在上，便形成斜拉桥。与多孔梁桥对照起来看，一根斜拉索就是代替一个桥墩的（弹性）支点，从而增大了桥梁的跨度。斜拉桥是大跨度桥梁的最主要桥型，在跨径200~800m的范围内占据着优势，对于200-650米跨度的公路桥（铁路桥在400米以下）中，斜拉桥是较佳的方案。

    斜拉桥由索塔、主梁、斜拉索组成，选择不同的结构外形和材料可以组合成多彩多姿、新颖别致的各种形式。索塔型式有A型、倒Y型、H型、独柱，材料有钢、混凝土的。主梁有混凝土梁、钢箱梁、结合梁、混合式梁。斜拉索布置有单索面、平行双索面、斜索面，拉索材料有热挤PE防护平行钢丝索、PE外套防护钢绞线索。

    现代斜拉桥可以追溯到1956年瑞典建成的主跨182.6米斯特伦松德桥。历经半个世纪，斜拉桥技术得到空前发展，跨径大于400m有40余座。20世纪90年代以后在世界上建成的著名的斜拉桥有法国诺曼底斜拉桥（主跨856米），南京长江二桥钢箱梁斜拉桥（主跨628米）、福建青州闽江结合梁斜拉桥（主跨605米）、挪威斯卡恩圣特混凝土梁斜拉桥（主跨530米），1999年日本建成的世界最大跨度多多罗大桥（主跨890米），是斜拉桥跨径的一个重大突破，是世界斜拉桥建设史上的一个里程碑。

    我国第一座斜拉桥在1975年于四川云阳建成，主跨76米。我国在1991年建成了上海南浦大桥（主跨为423米结合梁斜拉桥），开创了我国修建400米以上大跨度斜拉桥的先河，大跨径斜拉桥如雨后春笋般的发展起来。我国已成为拥有斜拉桥最多的国家，在世界10大著名斜拉桥排名榜上，中国有6座，跨度600米以上的斜拉桥世界仅有6座，中国占了4座。2001年建成的南京长江二桥钢箱梁斜拉桥（主跨628米），名列世界第三位。

    2.悬索桥（Suspension Bridge）

    悬索桥是制造方面技术最为复杂，桥型最为漂亮的桥梁。一千米以上的桥梁只能使用该种桥型建造。

    利用铁链作悬索的桥梁，比较有名的就是我国四川大渡河上面的泸定桥了，它于1706年建成。最早利用眼杆和销铰作悬链的桥梁，是英国于1826年建成的麦地海峡桥和1864年建成的克利夫顿（clifton）桥，这两座桥至今还在使用。利用钢绞线和钢丝等制造的现代悬索桥是在二十世纪以后才出现的。

    美国是最早进行现代悬索桥建设的国家。在1903年建成的主跨为488m的威廉姆斯堡桥（Williamsburg Bridge）。著名的旧金山金门大桥（Golden Bridge）于1937年落成，主跨达到了1280m。1964年，美国建成了主跨超过金门大桥18m（18+1280=1298m）的维拉扎诺海峡桥（Verrnzano Narrows Bridge）。此桥为当时的世界最大跨度的悬索桥，纪录保持了17年，直到1981年被英国主跨为1410m的恒伯尔桥（Hubmer）打破。

    欧洲最早的大跨度悬索桥是1959年法国建成的主跨为608m的坦卡维尔桥（Tancariville Bridge）。首次采用钢箱梁与斜吊索的悬索桥是英国在1966年建成的主跨988m的塞文桥（Severn），开创了悬索桥建设的另一流派。

    日本的悬索桥建设在20世纪80年代为高峰期，以本四连络桥为代表，1983年在尾道－今治线上建成主跨770m的因岛大桥和1985年建成的主跨560m大岛大桥；1985年建成的主跨876m的大鸣桥位于神户―鸣门线上；儿岛－坂出线上，1988年建成了主跨940m的下津井大桥，主跨1100m的南备赞大桥和主跨990m的北备赞大桥。日本在1998年建成了世界最大跨度的明石海峡大桥（主跨1991米）。从1000米到近2000米，这是一个重大突破，是世界悬索桥建设史上的又一座丰碑。

    我国此时也进行了悬索桥建设的高峰期，主跨648m的厦门海沧大桥，900m的西陵峡长江大桥，888m的虎门大桥，452m的广东汕头海湾大桥，960m的宜昌长江大桥，重庆市主跨612m的鹅公岩长江大桥等。1998年建成的江阴长江大桥（主跨1385米）和1999年建成的香港青马大桥（主跨1377米，公铁两用），现在分别位列世界第四、第五位。正在建设中的润扬大桥南汊桥为1490 m单跨双铰钢箱梁悬索桥，是我国建桥史上工程规模最大，技术含量最高的现代化特大型桥梁工程，建成后可以超过英国的恒伯尔桥成为世界主跨第三。

    悬索桥悬挂系统大部分情况下用“索”做成，所以叫作“悬索桥”。和拱桥不同的是，作为承重结构的拱肋是刚性的，而作为承重结构的悬索则是柔性的。为了避免在车辆驶过时，桥面随着悬索一起变形，现代悬索桥一般均设有刚性梁（又称加劲梁）。桥面铺在刚性梁上，刚性梁吊在悬索上。悬索一般均支承在两个塔柱上。塔顶设有支承悬索的鞍形支座。承受很大拉力的悬索的端部通过锚碇固定在地基中，个别也有固定在刚性梁的端部者，称为自锚式悬索桥。

    悬索桥的主体结构可以分为三大部分：

    l 桥塔

    l 缆索

    l 加劲梁

    桥塔

    在20世纪60年代以前，较大跨度的悬索桥的桥塔几乎全是钢铁制造，由美国的一系列著名悬索桥为代表，如旧金山奥克兰海湾大桥、旧金山金门大桥等等。

    日本的悬索桥一直是采用的钢塔，因为日本是个多震国家，采用钢结构桥塔比混凝土结构要轻，抗震性好。并且，日本的钢结构制造和安装架设方面其能力也是世界上一流的。优质的栓焊技术和大型浮吊整体施工，在很大程度上加快了工期，减少了劳动力。

    早期的美国悬索桥桥塔采用铆接结构，将钢板和角钢连接成多格式塔柱，格室内空间很小，对于涂料的施工很不方便。美国旧金山－澳克兰海湾大桥的塔柱截面为十字形，4个分肢有若干个小格室。

    近年来由于栓接和焊接技术的发展，钢塔柱改用了有加劲肋条的大钢板来组成大格式截面，大部分为大十字型或T型截面，格室大且数量少（有的只有一个格式）。这样就有利涂料的施工和维修了。其代表性的内部结构，如1988年建成的博斯普鲁斯海峡二桥塔柱截面见下图。

    混凝土浇注，特别是模板技术，是在近几十年才发展起来的。所以混凝土桥塔是在20世纪60年代左右才采用的。1959年，法国的坦卡维尔桥（Tancarvile）首先使用了混凝土进行桥塔的建设。1981年建成的当时世界第一跨度（1410m）的英国恒伯尔大桥，也使用了混凝土进行桥塔的修建。从此，大跨度桥梁开始了混凝土修建桥塔的潮流（日本除外）。我国的大跨度桥梁全部是采用混凝土进行浇注的。

    缆索

    悬索桥的缆索体系包括主缆和吊索。吊索有时也会用眼杆圆杆，这时可以称之为吊杆，但是现代悬索桥主要是采且柔性大，操作性强的钢丝索作为吊拉构件，即吊索。

    主缆的截面一般先由？5mm左右的钢丝组成钢丝束股，然后再由若干根钢丝束股组成一根主缆。钢丝束股的方法有两种，空中编丝成缆（Air Spinning）和预制平行钢丝束股（Prefabricated Parallel Strands）。前者简称AS法，后者简称PS法或PWS法（Parallel Wire Strands）。

    PS法最早在美国的新港桥上应用，但是日本是大量采用并发展该方法的国家。PS法可以在建造桥梁的同时在车间进行钢丝索的编制，加快了施工进度。但是它要求有非常大吨位的起重运输设备。在我国，除了青马大桥外，其它所有的悬索桥都采用PS法编制主缆，虎门大桥有一部分主缆是在现场编制的。

    加劲梁

    加劲梁为涂装防腐的主要部位，也是耗漆量最多的地方（除了钢质桥塔外）。悬索桥的加劲梁的主要使用的是钢结构，我国的汕头海湾大桥（主跨452m）则是个例外，采用了混凝土箱梁。

    早期的加劲梁都为钢桁梁，目前铁路桥和公铁两用桥都是采用的这一形式。

    1940年美国在华盛顿洲建成主跨853m的塔科马老桥，加强梁采用了钢板梁，由于其断面抗风性差，在建成当年11月7日被风吹断。以此为鉴，进行了的风洞试验，1950年重建塔科马新桥，加强梁改为钢桁梁结构。从此，风洞试验成为了悬索桥设计的必要手段。

    流线型钢箱梁最早的使用是从英国Severn桥开始的，我国的许多桥梁采用的都是钢箱梁。与钢桁梁相比，钢箱梁为平面构件，对于涂装来说非常方便，也便于以后的维修保养。并且，内部作为封闭结构，可以采用抽湿机防锈。

    香港青马大桥（主跨1377m），从外观上看近似于能透风的钢箱梁，而内部结构有两片高6.3m的纵向主桁架，横向中心距26m，它们与上下两层正交异性钢桥面共同提供抗弯刚度并支承桥面车道。沿加劲梁的纵向，在梁体内第隔4.5m就布置有无斜用杆的刚性横向框架，它由中央两根竖杆加上主桁架内的两根竖杆以及上下横梁组成。下层桥面的的双线轻载客运铁道即从这些框架中通过。所以实则上青马大桥的加劲梁为双层桥面钢桁梁。

    3.拱桥

    世界上最出名的拱桥可能是澳大利亚悉尼港口大桥，这是一座公路铁路并行的两用桥，它与附近的悉尼歌剧院成了澳大利亚的象征。

    拱桥是我国历史悠久的源远流长的一种技术。目前世界上最大跨度的石拱桥是2001年在山西晋城跨径达146m的晋焦高速公路丹河大桥。根据建筑材料的发展使用，拱桥从早期的石拱桥到混凝土拱桥，到现在的钢管混凝土拱桥和钢拱桥，无论从材质还是形态，以及长度方面都有了新的突破。

    我国大跨度混凝土拱桥的建设技术，现在居于国际领先水平。1997年建成的重庆万州长江大桥（主跨420米），为世界最大跨度的混凝土拱桥。

    钢管混凝土是一种钢-混凝土复合材料，具有高强、支架、模板三大作用，自架设能力强，较好地解决了大跨径拱桥经济、省料、安装方便，后期承载能力高的问题。该桥型我国近年来发展很快，最大跨径为2000年建成的中承式钢管混凝土拱桥广州ㄚ髻沙珠江大桥（主跨360米），为目前世界第一钢管混凝土拱桥。目前正在建设的巫山长江大桥（主跨460米），这将又是一座创世界纪录特大跨径钢管混凝土拱桥。

    世界最大跨径钢拱桥是1997年建成的美国新河桥（主跨518.2米）上承式钢桁架拱桥；名列第二是1931年建成的美国贝尔桥（主跨504米）中承式钢桁架拱桥；名列第三是1932年建成的澳大利亚悉尼港桥（主跨503米，公铁两用）中承式钢桁架拱桥。我国大跨径钢拱桥修建较少，最大跨径的钢拱桥是四川攀枝花3002桥（主跨180米）。上海最近动工建设的芦浦大桥（主跨550米）中承式钢箱拱桥，建成后比世界第一的美国新河桥还长31.8米，将夺冠世界第一钢拱桥。

    4.刚构桥

    PC连续刚构桥很多，随着世界经济发展，PC连续刚构桥将得到更快发展。1998年挪威建成了世界第一stolma桥（主跨301米）和世界第二拉夫特桥（主跨298米），将PC连续刚构桥跨径发展到顶点。我国大跨径PC连续刚构桥型和PC梁桥型的建桥技术，已居世界领先水平。1988年建成的广东洛溪大桥（主跨180米），开创了我国修建大跨径PC连续刚构桥的先例。世界已建成跨度大于240米PC梁桥17座，中国占7座。1997年建成的虎门大桥副航道桥（主跨270米）为当时PC连续刚构世界第一。

    PC刚构桥由于完全用钢筋混凝土建成，所以以往都不用涂料进行保护。近来发现这些大型的桥梁如果不妥善进行保养的话，隐患很大。