大跨度悬索桥的加劲梁国内外多数采用钢箱和钢桁架结构,铁路悬索桥更是如此。其钢梁结构的腐蚀防护一方面要求结构细节设计时,对各部位预留可检修甚至可更换的操作条件,便于运营期的维修养护;另一方面重视对涂装体系的选型设计,获取全寿命周期的最优性价比。
钢梁所处的腐蚀环境可以理解为一种荷载——腐蚀荷载,对钢结构长期产生作用。对于失去防腐保护的钢桥结构,腐蚀荷载将不停地损伤结构直至破坏。《铁路钢桥保护涂装及涂料供货技术条件》(TB/T 1527—2011)和《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》(JT/T 722—2008)均列出了腐蚀环境分类及相应的防腐涂装体系,这是我国桥梁工程设计主要的参照标准,同样适用于大跨度悬索桥的钢结构。同时对特殊环境的重要工程,还可参照国际著名防腐标准ISO 12944提出的更加专业的防腐要求。
桥梁因腐蚀而垮塌是屡见不鲜的。宜宾南门大桥是一座系杆拱桥,1990年7月建成,由于吊索下端锚头附近部位常年积水,造成吊索内部钢丝被腐蚀断裂,8根吊索连同部分桥面于2001年11月7日垮塌,三辆汽车坠入金沙江,一艘船被毁,7人伤亡。2007年8月1日,美国明尼苏达州35号州际公路密西西比河大桥轰然坍塌,几乎整个主桥都落入密西西比河的激流中,造成13人死亡、134人受伤。这座钢桁架桥于1967年建成通车,设计寿命为50年,不幸的是,它只活了40岁。事故调查结论之一为鸟粪导致钢杆件发生局部腐蚀,断面严重损伤。2019年10月1日上午,台湾地区宜兰地标建筑南方澳跨海大桥突然倒塌,桥上一辆油罐车连同桥体一同坠海,三艘渔船被压沉,导致6人死亡、10余人受伤,该桥通车仅20年,初步判定为海洋腐蚀导致吊索断裂引起拱桥整体垮塌。(www.daowen.com)
为了使钢桥在其设计使用年限内安全为社会服务,设计选择合理的防腐方案就显得十分必要。良好的防腐措施不仅节省运营期维修养护的工作量和费用投入,甚至可以延长钢桥结构的终身使用寿命。按照目前的防腐技术及相应的合理价格投入,初次防腐的设计有效期已可以达到25年以上。而桥梁的设计寿命是100年,在其寿命周期内最初两年应认真查看有无锈蚀,这是对钢桥防腐质量的全面复核。以后每隔5年对防腐涂层进行全面检查,发现锈蚀部位及时小修小补,而不是每隔25年清除旧漆膜再重新涂装。钢桥涂层在到达防腐设计有效期后,钢桥一般不会全面锈蚀,但会有较多局部锈蚀,面漆粉化褪色严重甚至局部开裂脱落。只要底漆基本完好,全面清理面漆并彻底修补锈蚀部位后,维修养护仅重涂面漆即可。
大气中钢铁的腐蚀是电化学过程,即铁和氧气在潮湿环境中生成铁锈。铁锈的化学成分为FeO、Fe2 O3·n H2 O、Fe3 O4、FeO(OH)、Fe(OH)3等。保护钢铁不生锈的基本思路是表面钝化、阴极保护及隔绝水分及空气。近年来在严酷腐蚀环境下的钢桥防腐设计全部采用由富锌涂层提供阴极保护+隔绝方式。
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