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大型桥梁拉索损伤与健康监测唐亚鸣,张河79

文章编号:1003-4722(2002)05-0079-04
大型桥梁拉索损伤与健康监测

唐亚鸣,张河
(南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094)

摘要:拉索是斜拉桥和悬索桥的重要组成部分,分析了拉索累积损伤和自然损伤的主要原
因,探讨了拉索健康监测的几种主要理论方法,为大跨度桥梁拉索安全检测提供了参考依据。
关键词:桥梁;缆索;损伤;健康监测
中图分类号:U446文献标识码:A

Large-spanBridgeCableDamageandHealthMonitoring
TANGYa-ming,ZHANGHe
(SchoolofMechanics,NanjingUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210094,China)
Abstract:Cableistheimportantpartofcable-stayedbridgeandsuspensionbridge.Themainrea-
sonofthebridgeaccumulatedamageandnaturedamageareanalyzed.Severaltheoryandwaysofcable
healthmonitoringarediscussed.Itcanbethereferencetothecablesafetymonitoringoflargebridge.
Keywords:bridge;cable;injure;healthmonitoring

1引言设计完全一致。1根拉索中各股的受力也不可能完
近年来,桥梁的安全性问题日益引起人们的广全相同。受力相对集中的拉索首先容易疲劳断裂,
泛关注。拉索是斜拉桥和悬索桥的重要组成部分,和腐蚀断裂一样,力的重新分配将导致或加速其余
其造价约占全桥造价的25%～30%。2001年11月各根或各股拉索的破坏。拉索的腐蚀一般分为3
7日,四川省宜宾市的南门大桥发生桥面局部跨蹋种:钢丝锈蚀、应力腐蚀和氢脆。钢丝锈蚀是最普遍
[1]
事故,钢缆锈蚀是这起事故的主要原因之一。委的一种现象,是由空气中的CO2、H2O和Fe及其内
内瑞拉马拉开波桥和我国的济南黄河大桥、广东海部杂质互相作用引起的铁的锈蚀。应力腐蚀开裂和
印大桥被迫提前换索造成很大的经济和社会影响。氢脆都是电化学现象,在同时满足环境、材料、应力
大风、地震、超重车辆、船只等大型漂浮物的撞击和的条件下才会发生。美国1940年在俄亥俄州朴次
洪水等自然灾害也会给桥梁及拉索造成不同程度的茅斯格兰特将军大桥发生的缆绳锚爪鞘开裂的事
损伤。因此,桥梁拉索的防护和监测意义十分重大。故[2],就是因为雨水中含有的微量硝酸盐附在缆绳
上发生应力开裂。氢脆和应力腐蚀作用条件相同,
2拉索损伤原因但作用过程相反。材料断裂时间和环境极性关系曲
2.1长期积累损伤线见图1,氢脆是断裂时间随阴极变化而变短,应力
拉索是斜拉桥和悬索桥的重要受力构件,拉索腐蚀开裂是断裂时间随阳极变化而变短。
的积累损伤主要是疲劳和腐蚀。斜拉桥是按超静定2.2自然灾害损伤
设计的,一般能经受某根拉索的突然断裂。拉索应大风是大跨度桥梁的最危险载荷,大跨桥在风
力分配从理论设计上看比较合理,但实际上由于制的作用下位移显著,如明石桥60m/s风速下加劲梁
造、安装的原因每根拉索的实际承载不可能与理论侧移3m,青马桥85m/s风速下加劲梁侧移4.7m。

收稿日期:2002-05-13
作者简介:唐亚鸣(1972-),男,博士生,1995年毕业于河南农业大学农业工程系,现为南京理工大学机电系在读博士研究生。
80桥梁建设2002年第5期

方法中磁检测原理是最佳的无损检测方法之一。例
如该方法已广泛应用于输油管道的检测、汽轮发电
机管道的检测、空调系统管道的检测、火车轨道与车
轮的检测、钢丝绳缺陷检测及其它工作使用场合铁
磁性构件的检测。漏磁法是无损检测的主要手段之
一,它通过测量被磁化的拉索表面泄露的磁强度来
判定缺陷的大小。一旦拉索的表面有损伤或断丝,
一部分磁场将从拉索中泄露出来,这一外泄的磁场
可被传感器检测。当拉索遇到里面或内部缺陷产生
的材料间断时,磁力线将会发生聚集(畸变)从而引
起可被检测的漏磁或磁场变化。德国约于1970年
开始将能够同时检查局部缺陷和测量金属横截面面
积缩小的电磁设备沿缆索检测,我国近年也探索了
图1氢脆和应力开裂断裂时间和极性关系
利用爬升机器人检测斜拉桥的拉索[4]。但这种方
地震、大型船只等漂浮物的撞击和洪水都会威胁到
法尚不能检测拉索延伸在主梁内部分的损伤情况。
桥梁及拉索的安全健康。在美国,几乎在最近发生
3.3索力监测
的每个较大的地震事件中都有桥梁被损坏。例如在