关于斜拉桥的抗震论文

关于斜拉桥的抗震论文

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桥梁工程论文3000字左右

写作思路：可以根据现如今中国桥梁建设的发展水平进行阐述，可以从技术创新体制建设方面这个角度出发进行描述，中心要明确等等。

正文：

现如今，我国的桥梁建设事业飞速发展，如何利用现有的设备来满足人民对交通便利的需求，成为桥梁建设所要面对的主要问题。相信随着施工施工技术的发展、经验的积累及计算软件的普及，会出现更多更好的公路桥梁施工方法。

由于我国仍处于社会主义初级阶段，我国桥梁施工单位与其他一些企业一样，工作任务仍要靠上级直接下达命令，所要做的科研项目和技术改进还要靠有关部门立项拨款才可进行后续工作，而当桥梁施工完成后又往往束之高阁，只有一小部分能产生应有的可观效益。自从中国加入世贸组织以来，由于受国际关系的影响，我国桥梁建设行业与真正的国际标准要求还是存在很大的距离。这使得企业在桥梁施工的技术创新方面的紧迫感和积极性都大打折扣。

首先，在技术创新体制建设方面出现了缓慢进展的局势。虽然国家有关部门已经明令要求大型桥梁施工单位要建立以技术为中心的一种系统的创新体系，但仅仅有一小部分的企业响应了国家的号召，大部分桥梁施工单位仍选择维持旧有的施工技术体制，甚至有些企业仅仅在表面上建立了技术中心，而实际上却没有按新的体系运行。

其次，桥梁施工单位对技术创新工作的重视程度还是不够。由于施工建设市场的不完善和一些不良的施工风气的影响，许多人认为只要能拿下桥梁施工工程就可以把一系列的任务都能完成，这也就造成了他们重经营轻技术问题的产生。

除了以上两个方面，施工技术创新的投入还是不够。这也就导致了技术创新的积极性不够，多数桥梁施工单位对于科技的投入量不够，技术进步速度受到不同程度的影响，造成了产业升级相应滞缓。

施工人员可以利用强制式来对混凝土的拌制，需要注意的是拌制时间一定要达到施工要求，拌制时间既不能太长，也不能太短。因为搅拌时间如果过短，那么混凝土的混合将不会均匀，而搅拌时间如果过长，那么将会破坏混凝土原材料的结构。

同时，在混凝土搅拌的过程中，一定要严格的控制加水量和外加剂的用量。只有科学的控制水灰比例，减少混凝土的干缩量。只有把混凝土拌制均匀，才能达到混凝土的设计强度，从而满足桥梁施工的需要。

良好的混凝土施工技术不仅能降低混凝土内部的温度，还能减少混凝土的内外温差，这样会使由温度造成的裂缝产生几率得到降低。施工人员可以利用插入式振动器的振实来进行混凝土浇筑的过程，在这个环节，是不允许过振现象所导的混凝土表面粗、细集料离析而靠近模板的混凝土表面集料集中问题的出现，也要注意不可产生漏振而使混凝土表面产生麻面、蜂窝、孔洞、裂缝等质量问题。

在每次地振捣部位振动直到混凝土停止下沉不再冒出气泡、表面呈现平坦泛浆，才可以徐徐提起振动器。总之，混凝土的振捣应引起施工人员足够重视，只有混凝土振捣的结果符合要求，才能使桥梁的施工质量得到保证。

裂缝是桥梁施工的主要病害，那么对于防止裂缝产生的关键在于混凝土的养护。混凝土浇筑收浆完成后应及早进行洒水养护，保持混凝土表面处于湿润的状态。由于水泥在水化过程中产生很大的热量，混凝土空心板在浇筑完成后必须在侧模外喷水散热，以免混凝土由于温度过高，体积膨胀过大，在冷却后体积收缩过大产生裂缝。

在桥梁工程的施工期间，预应力的检查结果一切正常。但在后期的相邻标段的现浇梁施工时，却发现梁顶面的高程出现异常，这很可能是由于边墩顶内侧支座脱空造成的。在对桥梁预应力问题的处理中，桥梁施工单位面临着巨大的压力， 桥梁的基础、桥墩、现浇梁施工的各个工序都会造成预应力问题的发生。

在桥梁可以通车后，气温回升会造成桥梁弯处梁不同程度发生了支座脱空现象, 使桥面伸缩缝受到严重的损害而使路面无法正常行车。支座脱空的处理方法是十分困难和复杂的，需要将箱梁整体起顶后进行支座位移，同时要对墩帽及桥墩进行加宽处理，基础要增加钻孔桩。匝道被迫封闭，处理时间长达半年。

局部蜂窝问题的产生主要是因为混凝土结构强度大大降低了结构的严密性，其疏松的结构强度几乎达到了最低点。在桥梁的使用过程中，如果发生局部蜂窝问题，会导致它所承受能力极大地减少，并且遭受腐蚀而造成重大的损伤的几率更大，大大地降低了桥梁施工工程的承载力和耐久性。

现如今，我国的桥梁施工建设如火如荼，如何利用现有的施工技术来满足人民对交通便利的需求成为桥梁建设所要解决的主要问题。相信随着施工技术的发展、经验的积累，会出现更多更好的桥梁施工方法，为国家和人民的财产安全提供更有效的保障。

物理研究性学习《桥梁的研究》论文

一、桥梁建筑美学

自古以来，建筑（包括桥梁建筑）与绘画、雕塑被称为三大造型艺术（又称为空间艺术或视觉艺术）。它和其他门类艺术有共同的特征，如：鲜明的形象、强烈的艺术感染力、

、反映时代特征等。但是桥梁建筑艺术作为实用艺术，又有它自己独特的艺术特征。

功能价值与审美价值的统一。桥梁建筑不仅要表现出结构上的稳定连续、强劲力感和跨越能力，而且要有美的形态与内涵，只有内容和形式的高度统一，才能显示出不朽的生命力。

艺术和技术紧密相关。技术本身也是美的因素之一，计算力学、钢筋混凝土的发展，才使各式轻巧、大跨的桥梁得以出现。

桥梁建筑美的基本因素：

一．统一和谐
二．均衡稳定
三．比例协调
四．韵律优美

统一和谐

多样统一是形式美的一种高级形态，也是创造形式美的最高要求。从本质上讲，多样统一的和谐规律与人类社会和自然界一切事物的发展规律相一致。

一、 多样统一

多样统一产生和谐是自古希腊以来美学家们一向极为看重和追求的。毕达哥拉斯学派的美学思想就是建立在自然科学基础上的和谐，他们认为"美就是和谐"，"和谐是杂多的统一"，和谐的事物可以引起人们生理和心理上的共鸣，因此就产生了美感。并从数的和谐又联系到音乐的节奏乃至建筑上的柱、门窗等构造要素的排列，形成了衡量美的客观理论性尺度。

多样统一，一般表现为两种形态，即有差异的统一和对立的统一。前者属于各种不同量的因素之间的变化，如各种形式要素的多少、高低、长短、大小等，呈现出一渐变的调和美。后者是指各种不同因素之间的对立统一，如刚柔。明暗、冷暖。浓淡等有规律的组合，这种形态往往造成强烈的感观效果，在对比中见统一。

在桥梁建筑设计中应该注意在变化中呈对比，于对比中求和谐。这里变化多样是基础，差异对比是手段，统一和谐是目的。

二、桥梁建筑中多样统一手法

桥梁及周围环境的复杂多样是必然的，桥梁的组成有上部结构、下部结构、附属结构，又有主桥、引桥之分，不同部位的组成部分各有不同的功能，不同的功能又表现为不同的形式，而所构成的桥梁整体，要完成一个具体的总的目的或功能。因此，一切都要围绕着这个目的，使整个桥梁建筑自身及与周边环境成为有机的整体，而不是杂乱无章、支离破碎。

1．多样中求统一

从复杂的结构中提出各种可以互相统一的因素，起到衔接。联系和协调的作用，使整体看起来"天在无缝"。如桥梁中栏杆。灯柱、行杆。桥墩、跨度一般采用整齐划一，相同形态、相同间距或有规律的变化，从而起到整体统一协调、简洁明快的效果。

2．统一中求多样

单纯的同一是统一的最简单形式，过多的"同"不可避免地会产生单调。呆板。所以，同中求异，统一中求多样。求变化，才能营造情趣与韵味。

如纵观卢沟桥柱头上的狮子，它们的间距、大小、轮廓都是统一的，内容上也以表达狮子的情态为主旨而统一，但细看这485个石狮却是千姿百态，趣味无穷，堪称一绝。

3．结构体系统一

桥梁各局部设计要体现整体划一的概念，避免产生孤立、离散、自成体系的不和谐现象，这在设计中是非常重要的。

4．结构形态的统一

恰当地处理次要部位对主体部分的从属关系，使所有细部形态从属于总体的几何形态，用相似的几何形态将各个部分协调在一起，如同音乐中主旋律反复出现一样，产生和谐统一美感。

均衡稳定

中国美学家朱光潜先生曾说"美的形体无论如何复杂，大概含有一个基本原则，就是平衡和匀称。"

桥梁建筑是一种空间实体结构，通过它的外在形象所展示的体量就有一种均衡稳定感。

左右的对比存在着是否均衡的问题，上下的对比就产生了是否稳定的问题，二者相互关联。一般来说，均衡的建筑外观常常能满足稳定的要求。

一、 均衡

均衡是大自然赋于人类生理上的一种本能要求。一方面人们从实践中已逐渐形成了一整套与重力有联系的审美体验；另一方面由于视觉的特点，能给予审美感受上的满足。桥梁建筑作为视觉艺术，应该注意强调均衡中心，或者说只有容易觉察的均衡，才会令人满意。

均衡分静态均衡与动态均衡，前者主要指在静力状态下的体量。形态的均衡，后者指依靠运动来求得瞬间平衡的形态，如乌的飞翔、动物的跑跳等。桥梁建筑其固定不变的形态自然属静态均衡，但由于在结构上的对称与非对称，又可分对称均衡与非对称均衡，前者对称的形态引起稳定、平和、安全、满足的美感，后者不对称的形态使在静态中具有运动的趋势，产生类似动态均衡的心理诱惑力，令人兴奋、激动，有一种生机勃勃的勉力。

二、对称均衡

对称形式大然是均衡的。生物体态是对称的，如人及动物都是凭借左右两侧对称的器官才能保持机体的平衡。因而对称形式符合人的生理要求与心理习惯，必然产生美感。

在传统美学中认为对称就是美，也是自古以来重要的构图手法。如古希腊的雅典神庙、巴黎圣母院，罗马教堂以及我国的故宫、大坛。大安门广场……等等都是对称形式，表现出肃穆、端庄。大部分古今中外桥梁所采取的布局也都是对称形式。我国古代桥梁更是具有良好的对称均衡性，多孔桥大多为三、五、七、九等奇数跨。一般中孔大边孔渐小，这不仅可以在水深急流的河中心不设桥墩，利于通航，而且在主从关系分明、均衡稳定上也是得当的，如 11孔的卢沟桥、北京颐和园十七孔桥等均是如此。

三、 非对称均衡

对称处理得当，具有对称美。然而它只是多元美中的一元，并非仅只有对称桥等均是如此。

三、 非对称均衡

对称处理得当，具有对称美。然而它只是多元美中的一元，并非仅只有对称才美，若不分场合、不分功能一味追求对称，则会流于平庸呆板。况且由于环境。地理条

条件诸多因素难以处理，许多桥梁并不适合采用对称形式。

在建筑上，现代派认为对称是古典主义原则，是一种世代相传的潜在习惯。而在经济上、美学上如不因势利导，对称布置极易造成浪费和呆滞。特别是随着现代建筑中新技术、新工艺。新结构的不断发展，人们的建筑观点已自发地倾向于不对称结构，几乎作为一种"革命"冲破对称模式的约束，不拘一格自由多变，追求新、奇。巧、变，充分发挥非对称的自由、灵活、生动、经济、轻快、活泼的优点以及动态的美感，突出个性，适应多层次审美心理要求，以显示人类现代文明生活中的丰富多采。

这种建筑思潮自然也影响到桥梁建筑，近年来，国内外桥梁建筑也有不少这方面的大胆尝试，出现了别具一格、造型新颖、令人赞叹的杰作。

比例协调 和谐的比例与尺度是建筑形态美的必要条件。

圣·奥古斯丁说："美是各部分的适当比例，再加一种悦目的颜色"；关于建筑的美，维特鲁威斯所著粮筑十书冲认为建筑之美在于比例，建筑的理论是："证明和说明建筑物的比例与规则的能力"；17世纪法国建筑家法兰梭亚·布龙台称："建筑上整体的美来自绝对的、简单的可以认为的数学上的比例"；几乎所有的美学家、建筑学家都一致认为比例在建筑艺术上的重要性。

合乎比例或优美的比例是建筑美的根本法则，适宜的数比关系是建筑形式美的理性表达，是建筑外观合乎逻辑的显现。

工程建筑和谐美，体现在量上就是寻求比例与尺度的协调，对桥梁建筑这种单维突出的结构，协调比例尤为重要。

一、比例与尺度的概念

比例是艺术领域中诸相对面间的度量关系（数比关系为其一）。一般是指建筑物各部分相对尺寸，狭意的说指整体或局部的长、宽、高尺寸间关系，广义的看还包含实体与空间之间，虚与实之间，封闭与开敞之间，凹凸之间，高低之间，明暗之间，刚柔之间。

尺度是指建筑整体或局部给人感觉上的印象与其真实大小之间的关系，或者说是可变要素与不变要素的对比。

简言之：比例是物与物的相比；尺度是物与人（或其他易识别的不变要素）间相比，前者只表明各种相对面间的相对度量关系，不需涉及具体尺寸。但尺度是感觉上的印象。是建筑与人的关系方面的一种性质。当建筑物和人体以及内在感情之间建立起紧密而简洁的关系时，建筑物的实用、美观、舒适等更为明显。

二、桥梁建筑的比例

桥梁各个局部及整体的比例是以其固有的功能关系和结构关系为艺术构思前提的，必须在深刻了解桥梁结构内在规律的基础上去寻求桥梁体态匀称和比例和谐，决不能违背结构关系和力学原理。

比例的概念和一定历史时期的技术条件、功能要求以及一定的思想内容是分不开的。比如古代石梁、石拱相对厚重，预应力混凝土技术使桥梁的跨越能力大大提高，与旧的结构相比就显得十分纤细。

一座桥梁，其各部分的比例只有达到匀称和谐时，才能构成优美的形象。但实际上比例处理不当也是"常见病"，比如，挪威特罗姆斯港桥，其悬臂孔跨径较边孔跨径还小，显得布置缺少章法。另外，净高和跨径之比为2.5左右，显得桥墩过细过高而比例失调，缺乏稳定感。

三、桥梁建筑的尺度

建筑的一切取决于人的要求，所以，人是衡量建筑尺度的最直接、最明显的标志。对桥来说，与人体功能紧密相关的踏步、栏杆扶手、行驶的车辆等都是辅助标志。良好的建筑尺度应当从建筑物及其局部的大小同它本身用途相适应的程度，及其大小与周围环境相适应的程度来理解，由这种综合的判断获得的尺度感可以分为三类：

1． 自然尺度

一般情况下，人的视觉印象尺寸和真实尺寸之间是一致的，这就是正常尺度，也称自然尺度。桥梁的自然尺度就是要求桥梁的整体与局部和人体等尺度标志之间形成合乎功能要求、合乎常情的空间外观，给人一种真实、自然、亲切的感觉。例如，城市桥梁相距较近、关系密切，应当具备令人舒适、便利的尺度。

2． 雄伟尺度

有时，为了满足精神功能要求或赋予建筑以特殊的性格（如纪念性），往往有意识地采用夸大的尺度，使建筑的视觉尺寸印象超过真实尺寸，显得更大、更有力、更雄伟壮观。大型桥梁建筑环境空间宽广无垠，桥梁凌空架设，因而大多选用长、大、高的尺度以构成壮观、磅礴的气势。

3． 亲切尺度

使建筑空间比它实际尺寸看上去小一些，产生一种自由的、非正规的亲切感，建筑必须具有与功能、环境协调的良好尺度，就像人有好的风度一样。不适宜德、夸大虚假的尺度会使人产生装腔作势的不愉快感。我们乐于领受桥梁的雄伟壮观，也喜欢园林小桥典雅、秀丽的风姿。

韵律优美

一、节奏与韵律

节奏一词源于生活，富于音乐，是表现乐音的高下缓急即重音与音程的重复和交替，又称节奏的强弱快慢。诗歌中的韵律为音韵、节律，韵古称作均；律即规律，韵律即和谐优美的旋律。

事实上节奏与韵律是密不可分的统一体，是一种生理和心理上的需要，是美感的共同语言，是创作和感受的关键。

按我国古代"阴阳生万物"的哲学，桥梁建筑中直线的、刚劲的、明亮的、坚实的构件如塔；梁、柱、墩等被赋予"阳性"，而建筑中曲线的、柔和的、幽暗的、虚空的如曲线的拱。主缆、拉索、桥上桥下空间……等属于阴性，阳性为实，阴性为虚，虚实相生，对立统一。其交替组合及变化，能产生变化无穷的节奏与韵律。

人称"建筑是凝固的音乐"就是因为它们都是通过节奏与韵律的体现而造成美的感染力。成功的建筑总是以明确动人的节奏和韵律显扬于世，将无声的建筑变为生动的语言和音乐。

二、韵律的表现手法

工程建筑上的节奏与韵律是通过体量大小的区分，空间虚实的交替，构件排列的疏密、长短的变化，曲柔刚直的穿插……等变化来实现的，具体手法有以下几种： <

1.连续韵律

以一种或几种建筑要素连续地重复排列而形成，可以获得整齐划一、简洁统一、连续流畅的美感。如桥梁上的栏杆、灯柱的连续排列。

2.渐变韵律

建筑上的连续结构要素按一定的规律或秩序进行微差变化可以增加建筑物的生动性、情趣性，有助于取得真体和谐美。如多孔桥的孔径变化，吊桥的吊索长短变化。

3.起伏韵律

节奏进行强弱、大小、高低、虚实、曲直等有规则变化，或按一定规律时而增加时而减少，可形成激情的起伏韵律。如颐和园的玉带桥，中部突出隆起，似玉带飘扬。

4.交错韵律

运用各种形式要素作有规律的纵横交错、相互穿插等手法，构成虚实进退、明暗相间、色彩变化的韵律感。

二、桥的分类

梁式桥

在竖直荷载作用下，梁的截面只承受弯短，支座只承受竖直方向的力。多孔架桥的梁在桥墩上不连续的称为简支梁；在桥墩上连续的称为连续梁；在桥墩上连续，在桥孔内中断，线路在桥孔内过渡到另一根梁上的称为悬臂梁。支承在悬臂上的简支架称为挂梁；伸出有悬臂的梁称为锚梁。架式桥的梁身可以做成实腹的，也可以做成空腹的（称为桁梁）。

拱式桥

在竖直荷载作用下，作为承重结构的拱肋主要承受压力。拱桥的支座则不但要承受竖直方向的力，还要承受水平方向的力。因此拱桥对基础与地基的要求比梁桥要高。下图分别表示上承式拱桥（桥面在拱肋的上方）、中承式拱桥（桥面一部分在拱肋上方，一部分在拱助下方）与下承式拱桥（桥面在拱肋下方）。仅供人、言行走的拱桥可以把桥面直接铺在拱肋上。而通行现代交通工具的拱桥，桥面必须保持一定的平直度，不能直接铺在曲线形的拱肋上，因此要通过立柱或吊杆将桥面间接支承在拱肋上。

斜拉桥

斜拉桥日文称"斜张桥"，德文称"斜索桥"，英文称"拉索桥（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。
斜拉桥这种结构型式古已有之。但是由于斜拉索中所受的力很难计算和很难控制，所以一直没有得到发展和广泛应用。直到本世纪中，由于电子计算机的出现，解决了索力计算难的问题，以及调整装置的完善，解决了索力的控制问题，使得斜拉桥成为近50年内发展最快，应用日广的一种桥型。

悬索桥

桥面支承在悬索（通常称大揽）上的桥称为悬索桥。英文为Suspension Bridge，是"悬挂的桥梁"之意，故也有译作"吊桥"的。"吊桥"的悬挂系统大部分情况下用"索"做成，故译作"悬索桥"，但个别情况下，"索"也有用刚性杆或键杆做成的，故译作"悬索桥"不能涵盖这一类用桥。和拱肋相反，悬索的截面只承受拉力。简陋的只供人、畜行走用的悬索桥常把桥面直接铺在悬索上。通行现代交通工具的悬索桥则不行，为了保持桥面具有一定的平直度，是将桥面用吊索挂在悬索上。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。现代悬索桥的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。

朋友们能我写一篇关于道路与桥梁的毕业论文吗？？5000字

索结构在桥梁工程中的应用及基本防腐处理措施
摘要:研究目的:索结构在桥梁工程中得到了日益广泛的应用,其主要应用桥型范围是悬索桥、斜拉桥、拱桥、
系杆拱桥等,索的构造也相应分为缆索、拉索及吊索等多种类型,根据桥梁索结构所处的环境条件,相应对其
提出了很高的防腐性能要求。
研究结论:索结构由于其优异的材料性能特点,在桥梁等多种工程中得到广泛应用,为保证长期安全使
用,对索结构的防腐应采取综合工程措施。目前对构成索结构的材料采取的基本防腐处理措施主要为热浸镀
锌和环氧喷涂处理。
关键词:桥梁工程;索结构应用;腐蚀特点;防腐措施;热浸镀锌;环氧喷涂
　　随着我国桥梁建造水平的提高,在对桥梁与运输
服务的综合效益、与周边环境相协调的景观要求、与结
构使用寿命相一致的耐久性设计等方面都提出了更高
的要求,悬索、斜拉等桥型结构的应用日趋普遍,对索
结构的防腐处理提出了新的要求与课题。
1　索结构在桥梁等工程中的应用特点
索结构在桥梁工程中得到了日益广泛的应用,根
据索的应用部位、结构受力及变形特点,主要包括缆
索、拉索及吊索等多种类型,索的材料主要由钢丝束、
钢绞线、钢丝绳等柔性构件构成,同时部分有类似功能
要求的构件也可采用圆钢等(如小跨度吊桥的吊杆
等),索结构在桥梁工程中的主要应用桥型结构范围
是悬索桥、斜拉桥、拱桥、系杆拱桥等,其中包括悬索桥
的主缆索和吊索、斜拉桥的斜拉索、拱桥及系杆拱桥的
吊索、水平拉索(明索)等,对于一些桥梁结构的特殊
处理(包括施工过程中的临时受力需要)及旧桥加固
等有时需采用体外索的处理形式,也属索结构在桥梁
工程中的应用范围。
另外,也有一些诸如预应力锚索等也在包括桥梁
等很多工程中得到日益广泛的应用,特别在水电、高挡
墙路基、桥梁以及其它各种加固工程等应用十分广泛,
对保证工程安全、有效控制工程投资发挥了重要作用,
尽管有些严格从结构特点上判断不属于索结构,但从
防腐处理考虑则很多具有类似的技术要求。对不稳定
的岩(土)体采用预应力锚索体系进行整体加固已成
为目前基本选择和常规做法,工艺上也具备愈加成熟
的特点,在道路工程设计施工中也常常面临高路基工
程,从满足受力要求、节省工程量、节约占地需求、降低
工程投资、改善外观效果等方面考虑,自立互锚(或半
自立锚固)混凝土挡土墙也应用较多,山区地形条件
更是如此,桥梁工程中也有较多应用工程实例,以切实
保证结构安全及设计合理,如在万州长江二桥的锚碇
结构设计中,根据工程地质条件,为保证结构安全及有
效控制工程量,锚碇前端采用了预应力岩锚体系。
目前,从桥梁跨度、桥型构造特点、结构美观、施工
条件等各种因素综合考虑,索结构在桥梁工程中的应
用前景十分广泛,包括永久工程及临时工程等,尤其是
钢索的柔性结构特点对施工可以带来很大便利,而随
着材料科学的不断发展,用于索结构的主要材料钢丝、
钢绞线、钢丝绳等材料强度不断发展、规格系列越发齐
全、防护水平显著提高,同时设计计算分析水平及施工
操作水平也迅猛提高,以上各种条件变化为索结构在
桥梁工程中日益广泛的应用创造了良好条件。根据腐
蚀条件及长期使用经验,对包括桥梁用各类索结构的
防腐处理引起工程界愈加高度的重视,成为衡量桥梁
工程设计施工质量、保证结构耐久性关键控制因素之
一,结合有关防腐处理研究部门及相关生产厂家的共
同努力,其防腐处理的工艺及技术水平也有了很大提
高,除对索结构的基本材料钢丝、钢绞线等本身外表面
必须进行必要的防腐处理,通常采用热镀锌或环氧涂
层防护等处理措施,还需对成型后的缆索或索股等采
用其它防护处理措施,为切实保证其有效防护使用年
限要求、提高整个工程的使用性能条件提供良好保证。
对由平行钢丝或钢绞线构成的各种拉索、吊索等
构造,其成型规格尺寸通常不是很大,一般外表面采用
热挤PE进行防护,应在工厂进行专业化施工,同时PE
材料也具备较好的现场修补条件,热挤PE有单层或
双层构造,外层有多种色彩选择,可以满足防护及景观
效果等多方面要求;悬索桥主缆在成桥后需对其采取
综合防护处理,有较高技术要求;对于由钢丝绳构成的
索结构通常可采用涂装或油脂防护;此外,对索结构的
锚固与其它构造的衔接处理也高度重视,采取了一系
列工艺改进措施。
2　桥梁索结构应用中存在的主要问题
由于索结构基本为体外构造,暴露于大气环境之
中,处于十分不利的腐蚀环境条件,因此,用于桥梁工
程时必须充分考虑其很高的防腐性能要求,不仅包括
索的自身防腐处理,对其与相关构造的衔接处理也需
予以高度重视,且在很多情况下成防腐薄弱环节及影
响结构安全的控制因素,必须采取有效措施切实保证
其耐蚀性要求,为确保结构整体安全创造有利条件。
在以往国内外桥梁工程设计施工中,尽管针对索的防
护重要性有一定认识,通常也都采取了相应的防护处
理措施,但由于受当时防护处理技术水平、认识水平及
重视程度不够的制约影响,因而由于对索的防护处理
不力、影响工程正常使用及需要进行返工处理的工程
实例很多,而进行相应事故的处理投资费用很高,且费
工费时,对正常交通一般也会造成很大影响,个别严重
的还会造成工程报废,所造成的影响及损失更大,从结
构特点及以往工程实例特点分析,其中斜拉桥出现的
问题更多一些,由此造成了很大的直接及间接损失,拱
桥的吊索也很容易发生类似问题。
针对悬索桥结构而言,对其主缆的防护历来十分
重视,通常除对材料本身进行必要的防护处理外,对成
型后的缆索外表面通常还会采取一系列其它防护处理
措施(结构封闭及涂装处理),使之缆索处于相对封闭
状态,同时主缆的受力特点也决定了其受力条件较为
均匀,应力幅度变化相对不大,两端连接锚头基本采用
工艺成熟的热铸锚工艺,材料性能匹配较好,通常不会
出现腐蚀局部薄弱环节,基于以上特点,悬索桥由于主
缆防护处理不利出现重大工程事故的不多,因而就主
缆防护存在一定的重视不够或认识不足之处,在较长
一段时间就此方面的技术发展进步相对不大,但并不
表明其缆索的的防护处理就不存在技术问题。由于大
跨度悬索桥对主缆索进行了封闭处理,进行相应检查
较为困难,有些问题不能及时发现和暴露出来,但近年
来美国、日本等国家对以往修建的大跨度悬索桥主缆
索进行的相关检查(拆除外表面涂装及缠丝后)中发
现,其主缆钢丝的锈蚀现象较为严重和普遍,主要原因
是虽然对钢丝自身及缆索外表面进行了相关的防护处
理,但外表面防护处理仍难以完全避免外部水汽浸入,
防护涂层的龟裂及索鞍、索夹等防水薄弱环节的存在
是主要原因,而水汽一旦浸入则很难顺利排出,由此形
成主缆内部湿度很大,严重恶化了其腐蚀环境,造成钢
丝锈蚀,因而近年来除该改进缠丝材料构造及工艺、采
取进一步的封闭措施外,还考虑采用必要的除湿设备,
当然工程投资会有所增加,但考虑长期使用目的仍是
必要的。我国进行现代意义的大跨度悬索桥建设时间
不长,各桥梁工程对主缆也尚未进行相关检查,有些可
能出现的问题也尚未暴露出来,但借鉴国外经验,对主
缆防护采取各种加强措施仍是十分必要的。
国内外桥梁工程由于对索的防护处理不利造成较
大影响及损失的主要工程实例有:德国汉堡的Kohl-
brand Estruary桥,由于斜拉索腐蚀严重,建成的第三
年就更换了全部的斜拉索,耗资达6 000万美元,是原
来斜拉索造价的4倍;委内瑞拉的Maracibo桥,建于
1958~1960年间,受当时技术水平制约,其斜拉索没
有进行镀锌处理,采用一般的涂漆防护,经过不断的风
雨侵蚀,斜拉索锚头处的锚箱罩盖率先损坏,进而使得
斜拉索与上锚箱的接口处发生锈蚀,且相当一部分锈
蚀十分严重, 1979年发生个别斜拉索断裂,因此决定
对全桥斜拉索进行更换,全部进行镀锌处理,并采用了
含有铅质的酚醛树脂糊膏进行表面防护,且换索后拉
索根数增加一倍;我国广州海印大桥于1988年年底建
成, 1995年起陆续发生索股断裂及松断事故,调查表
明产生的主要原因是管道压浆工艺未能保证拉索顶部
灌注饱满,造成拉索直接与空气接触进而发生锈断,为
防止事故的进一步发生,被迫进行全桥换索工程,耗资
大量资金及时间; 2001年11月7日,宜宾南门大桥
(拱桥)倒塌,事故调查发现拉索已经发生严重生锈;
此外,国内外还有许多斜拉桥建成后陆续进行了局部
换索或其它处理。美国在1903年建世界上第一座现
代化长跨度悬索桥W illiamsburg桥,受当时技术水平
和造价制约,没有对钢丝进行镀锌处理而采用一般防
护,建成后仅7年就发现钢丝锈蚀断裂, 1922年对缆
索补缠镀锌钢丝,但1934年又发现主缆内有水从锚碇
处流出,虽陆续采取了多种处理方案,但都没有能够阻
止锈蚀发展, 1992年开始被迫进行为期3年的主缆维
护工作,耗资7 300万美元。
3　索结构的腐蚀特点
索结构在桥梁工程的应用环境特点基本处于高空
之中,主要的腐蚀环境是大气环境腐蚀,在高纬度地
区,对悬索桥主缆索通常还要考虑到积雪对缆索的影
响。目前构成桥梁索结构的材料基本为高强度钢丝或
钢绞线组成,另外钢丝绳在悬索桥吊索中也有较多应
用,而钢绞线或钢丝绳也是由不同直径的钢丝在工厂
再加工而成,因此高强度钢丝是桥梁工程中索结构的
最基本材料,属冷拨碳素钢,包括强度等各项技术指标
不断取得提高,目前在不进行镀锌处理等条件下其标
准强度多为1 860MPa,而2 000MPa及以上标准是今
后的发展方向,且多采用低松弛系列,能够更好地适应
工程实际需要,同时,在对钢丝进行镀锌处理过程中,
钢丝表面会有一定损伤,因此镀锌钢丝(或钢丝绳)的
抗拉强度等有所降低,目前相关标准中通常采用
1 600~1 700MPa。
由于钢丝的含碳量较高,通常在0. 75% ~0. 85%
之间,因此塑性条件相对较差,在没有进行防护的条件
下其抗腐蚀性很差,造成钢丝自身腐蚀的主要原因包
括应力腐蚀及疲劳腐蚀:应力腐蚀是材料在一定环境
中由于外加或本身残余的应力,加之腐蚀的作用,导致
金属的早期破裂现象,金属的应力腐蚀破裂主要是对
应力腐蚀较为敏感的合金上发生,纯金属很少产生,合
金的化学成分、金相组织、热处理对合金的应力腐蚀破
裂有很大影响,处于较高应力状态情况下,包括材料内
部各种残余应力、组织应力、焊接应力或工作应力在
内,且基本为拉应力影响,可以引起应力腐蚀破裂,防
止应力腐蚀破裂的主要方法是消除或减少其应力状
况,并且通过改变介质的腐蚀性(添加缓蚀剂),选用
耐应力腐蚀破裂的金属材料,从而避免相关腐蚀的出
现;疲劳腐蚀是钢铁在交变应力作用和腐蚀介质的共
同作用下产生的一种腐蚀现象,同时也是在桥梁工程
的索结构中发生较为普遍、概率较大的腐蚀现象,减少
疲劳腐蚀的主要方法是选择适应相关腐蚀环境的抗腐
蚀的材料,同时对材料表面进行镀锌、涂漆等方法减轻
疲劳腐蚀的作用。
桥梁工程设计施工过程中,针对索结构的应用,从
保证其使用安全考虑通常都留有相对较大的安全系
数,不同的索结构及材料类型对相应的安全系数有具
体要求,尽管如此,各种索结构通常仍是在较高的应力
状态下工作的,虽然对于工作疲劳应当没有影响,但是
在高应力状态下,腐蚀介质和应力的相互发生作用,如
果不进行合理有效的防护处理,其腐蚀是非常容易发
生的,腐蚀发生将会大大影响钢丝的受力性能,同时从
桥梁工程的构造特点考虑,索结构与其它构造的衔接
部位通常也是最易受腐蚀的薄弱的地方,同时悬索桥
的主缆索在锚碇范围是通过散索鞍后散开在锚室内进
行锚固,而锚碇为地下结构,无论采用何种锚碇构造,
锚室内的空气湿度通常都很大,对包括缆索及各种连
接构件的防腐都十分不利,目前,在锚碇洞室内通常还
需设置排水及除湿设备,以改善洞室内的腐蚀环境条
件。1967年12月,美国西弗吉尼亚州和俄亥俄州之
间的俄亥俄大桥突然倒塌,事故调查的结果就是因为
应力腐蚀和腐蚀疲劳产生的裂缝所致。
4　钢丝的热浸镀锌处理
热浸镀锌工艺在桥梁工程中得到了广泛应用,尤
其是在各类索结构的防腐处理中应用更是极为普遍,
是目前对钢丝防腐处理的常规工艺方法,对钢丝进行
热浸镀锌可以有效防止或减小索结构在制造、运输、架
设以及使用过程中的锈蚀,结合其它合理的防腐处理
措施,切实保障其耐蚀要求,进而为整个工程的安全长
期使用提供良好条件。热浸镀锌工艺已有较长的发展
历程,用于钢丝防护主要是随着现代悬索桥的建设而
得到发展并逐步扩大其应用范围,美国是世纪上建造
现代悬索桥最早的国家,在20世纪30年代就开始在
悬索桥上使用主缆及吊索系统用镀锌钢丝,比如世界
闻名的金门大桥,而一些没有使用镀锌钢丝的桥梁多
因应力腐蚀或腐蚀疲劳而不得不后期进行换索加固。
热浸镀锌即是把钢铁浸入温度达440~465℃或
者更高温度的熔化锌中进行处理的过程,铁基体与熔
锌反应,形成铁-锌合金层覆盖在整个工件表面,镀锌
表面有一定的韧性,可耐很大的摩擦及冲击,同时与基
体有着良好的结合,钢丝热浸镀锌的基本工艺流程为:
除油→水洗→酸洗→水冲洗→熔剂处理→烘干→热镀
锌→后处理→收线→成品。热浸镀锌的镀层厚度通常
在50~250μm,对于钢丝要求其锌层重量控制在300
g/m2以上,同时对附着力按有关要求进行严格的检查
控制,镀锌质量保证主要的控制因素包括表面基材处
理效果、助熔方式、镀锌时间、引出方式、引出后的处理
(锌层均匀性及表面效果)等。
5　环氧树脂涂层处理
5. 1　基本材料特点及应用条件
环氧树脂是由环氧氯丙烷和双酚基丙烷在碱作用
下缩聚而成的高聚物,含有极性高而不易水解的脂肪
基和醚键,涂膜的耐化学性好,其结构是刚性的苯环和
柔性的烃链交替排列,物理机械性能良好,同时其固化
时体积收缩率低,可避免由于内应力的产生影响附着
力,由于环氧树脂属热固性树脂,其固化后形成的三维
交联的主体结构会导致其很少有分子键滑动,因而使
用中需增加其韧性指标,通常可采用胺类固化剂,有机
多元胺在常温条件下能与环氧树脂交联固化,所形成
的涂膜具有良好的附着力及硬度指标,同时具有耐脂
肪烃溶剂性、耐稀酸(碱)性和耐盐水性,防腐性能十
分理想。
当需要防护处理的金属结构等处于较为特殊的使
用环境条件(如埋于地下土层当中等),根据其腐蚀特
点及对防腐材料的性能特点要求,可针对配方作进一
步改进以满足相关的使用要求。由于煤焦沥青含有环
烃结构,如酚或塞酚之类具有很好的抗腐蚀细菌功能,
同时具有很好的水下不渗透性,因此,在环氧树脂防腐
体系里加入煤焦沥青可使其具有一般环氧树脂所不具
有的特性,可以有效提高涂层在土壤中的抗水渗透性
及抗细菌腐蚀性能等,其涂料配方由环氧树脂、溶剂、
固化剂、填料等组成。
根据实际使用环境条件的不同,钢铁等金属材料
的腐蚀过程及腐蚀类型较为复杂多样,主要为化学腐
蚀及电化学腐蚀等,为保证其使用耐久性及结构安全,
必须进行防腐处理,对涂膜的基本质量要求包括涂膜
厚度的合理选择、附着力、耐皂化性能、化学耐久性、耐
冲击性等。采用环氧树脂涂层防护处理对工艺设备的
要求很高,其应用于桥梁等工程的防护处理在美国、日
本等国家发展起步较早,国内近年来也发展很快,由于
需进行专业化生产的特点,已有部分生产厂家引进了
必要的技术和设备,通过消化吸收具备了相应的生产
能力。目前在桥梁等工程上应用最多的是环氧喷涂钢
绞线(简称SC钢绞线),由于工艺处理复杂,技术要求
高,因而其造价相对较高,但由于其优良的防腐性能条
件和技术优势使之具备广阔的发展应用前景,主要应
用于斜拉索、吊索、桥梁体外索加固、岩(土)体加固及
一些地下工程等对防腐性能要求很高的工程,也可用
于常规工程,用于桥梁等工程后防腐年限大幅度提高,
结构安全更有保障,同时可以有效避免或减少后期损
失,如斜拉桥曾较多地发生断索等工程事故需要进行
更换处理,其换索施工不仅对正常交通造成很大影响,
而且所需费用十分昂贵,各种损失巨大。
5. 2　SC钢绞线主要技术特点
随着高强度预应力钢绞线在包括桥梁等许多工程
中日趋广泛的应用,特别是根据各类索结构的构造形
式、应用环境特征、腐蚀特点,同时考虑在保证工程整
体寿命及结构安全方面的重要作用,对其防腐效果及
耐久性提出了越来越高的要求,防腐处理技术的相应
发展是其关键,为从根本上有效解决钢绞线的防腐耐
久性问题,环氧树脂涂层预应力钢绞线(英文名称Sur-
passCoa.t Strand,故简称SC钢绞线)技术得到了很快
的发展及应用,从涂装操作特点考虑属粉末涂装法,常
用的粉末涂装主要有流动浸渍法和静电喷涂法, SC钢
绞线系采用高压静电喷涂法将环氧树脂粉末喷射于钢
绞线各根钢丝上,然后加热熔融、固化、冷却,从而在组
成钢绞线的各根钢丝外表面形成一层致密的环氧涂
膜,为实现这一目标,喷涂前需将钢绞线各根钢丝暂时
打散,喷涂后再将其复扭成型。
以前对钢绞线的防腐处理通常采用镀锌钢绞线、
外表面整体进行树脂填充及涂装环氧层、普通钢绞线
外侧设热挤PE防护层等处理方法,而SC钢绞线则是
对组成钢绞线的各根钢丝外表面都进行环氧涂膜处
理,要求环氧涂膜层有良好的致密性及厚度均匀,因此
称之为全涂装钢绞线。SC钢绞线系与其它防腐处理
类型的钢绞线的主要区别是由于所用的防腐材料与工
艺上的不同,从而造成其防腐效果及钢绞线机械性能
方面的较大差异,一般钢丝或钢绞线经镀锌处理后,由
于镀锌过程对钢丝表面不可避免地产生一定损伤,因
而机械性能均有所下降,体现在设计中的影响主要是
强度指标需要降低,另外,镀锌钢绞线表面锌层被刮伤
后,刮伤处会产生阴极电化学反应,从而加快腐蚀的发
生,其它防腐处理方式也存在一定的薄弱之处,包括防
腐效果、物理特性变化、锚具要求、与混凝土的附着效
果、对施工操作的影响等方面, SC钢绞线主要技术特
点如下:
5.2.1　对构成钢绞线的各根钢丝都进行了充分的表
面材质调整,各根钢丝一边旋转一边进行涂装处理,与
其它涂装法比较,其膜层厚度较薄(平均120 ~
180μm)且均匀,同时致密性好,耐磨性强,可靠性高,
具有良好的耐离子渗透、耐化学品、耐电压、耐紫外线
辐射、耐疲劳性能等基本特点,综合防腐效果十分理
想,应用前景广阔。
5.2.2　与涂装前的普通钢绞线相比, SC钢绞线的强
度及柔软性没有降低,同时,由于涂装处理时的温度不
高,不会出现镀锌处理造成的强度损失较大的特点,其
强度指标与不涂装钢绞线基本没有区别,松弛率也可
保证,十分有利于设计施工控制。
5.2.3　普通钢绞线即使出厂不久,局部仍易产生锈蚀
或浮锈,而在存放时间较长、保护措施不利条件下或由
于施工养护等方面的原因,极易发生较为严重的腐蚀
现象,甚至导致报废,而SC钢绞线在制造时需在打散
情况下对各钢丝进行表面防腐处理,成型后不会出现
防腐蚀薄弱部位,不会发生锈蚀现象,合理的操作可充
分保证其涂膜质量。
涂装处理后的SC钢绞线较原基材外径变化很
小,目前所用的常规锚具、夹片仍可适用,无需另行采
用专用锚具,有利于方便施工、合理控制投资。
由于膜层厚度相对较薄, SC钢绞线的涂装材料用
量较少,有条件作到价格更为合理,现场施工通常不会
另行增加费用,目前主要在于出厂价格相对较高,其主
要原因在于对设备、技术及操作工艺要求很高等方面
因素,同时国内能够生产的厂家也有限,随着普及率的
不断提高及各方面条件的不断改善,其价格也会相应
降低。
6　结论
(1)索结构由于其优异的材料性能特点,在桥梁
等多种工程中得到广泛应用,同时,随着设计施工技术
及材料工艺不断发展,其应用范围日益扩大,在工程建
设中发挥着极为重要的作用,特别在大型工程建设中
具有难以替代的作用。
(2)为保证制造质量及精度要求,降低现场工作
量及难度,进行工厂化生产制造是主要应用发展方向,
应根据工程特点进行合理选择,包括合理的锚固连接
构造。
(3)根据材料自身及使用环境特点,为保证工程
长期安全使用,避免或减少各种损失,对索结构的防腐
必须高度重视,采取相应工程处理措施。
(4)对索结构的防腐应采取综合工程措施,随着
技术进步及认识程度的不断提高,在此方面已取得很
大发展。除对索体材料自身进行必要的镀锌、环氧喷
涂等措施外,对成型后的索体结构进行热挤PE及其
它防护处理措施,可取得良好防腐效果。
参考文献:
[1]　中华人民共和国交通部.公路悬索桥设计规范(报批稿)
[S].
[2]　JTJ 027—96,公路斜拉桥设计规范(试行)[S].
[3]　GB/T 21073—2007,环氧涂层七丝预应力钢绞线[S].
[4]　唐清华,郑史雄.斜拉桥与悬索桥的防腐[ J].四川建
筑, 2005(1): 125-126.