錨頭

錨頭研究背景

從理論上講采用激振器或人工激振等，測試錨桿的橫向固有振動特性(主要是分析振動階數(shù)的自振頻率)，根據(jù)結構的自由振動微分方程可方便地測出其張力狀況，本研究利用無損檢測方法對錨桿采用自動激振裝置和直徑分別為6、10和17的激振錘進行激勵得到計算頻率(主要是頻率、重心頻率以及基礎頻率)，利用弦振動理論并結合錨桿張力與系統(tǒng)彈簧系數(shù)的關系來分析測試預應力錨桿張力，研究表明其方法是有效的可行的。但是利用其測試分析得到的計算頻率 ( 主要是頻率 、重心頻率以及基礎頻率 ) 來推定張力的大小 。在實驗室或工程實踐中測試精度并不十分理想，其原因在于預應力錨桿工程屬于隱蔽工程，受錨固介質(zhì)、傳感器固定位置、預應力索或錨桿露出長度、測試對象和不同預應力等多因素的影響，振動特性變得相當復雜，研究試圖探討在不同預應力下錨頭的振動特性進而得到在瞬間激勵下系統(tǒng)計算頻率與作用系統(tǒng)的張力之間的關系。

錨頭不同預應力下錨頭的振動特性

由于預應力錨桿工程屬于隱蔽工程，所以對錨頭的振動特性的研究顯得至關重要，為了方便試驗，按照圖1所示標注并進行試驗。

把傳感器固定安裝在不同測試對象的東、西、南和北4個方位，研究傳感器在不同方位下，在不同的打擊力度下以及錨索不露出的情況下，錨桿在不同拉力(拉力在10 MPa以下)作用下，經(jīng)特制激勵裝置瞬間激勵，對系統(tǒng)響應的影響。

（1）錨索沒有露出的試驗及測試數(shù)據(jù)分析

分別在對象A和對象B進行測試，把傳感器分東、西、南和北四個方向，采用磁鐵安裝固定，而激勵裝置在其相對的方向激勵并采集數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的分析，主要采用在開發(fā)軟件的頻譜分析功能的基礎上，結合不同算法以計算頻率體現(xiàn) 。測試結果分析見表1和圖2。

如圖2所示，總體上講，計算頻率伴隨拉力的增強而增加。(I)系列趨勢線優(yōu)于(II)系列趨勢線，也說明了傳感器在南、北方向是有利的，這也符合壓電式傳感器結構特性，在該方向傳感器以及引出電纜不起負效應作用，有利發(fā)揮傳感器的壓電效應。

在低拉力情況下，同樣的拉力，測試對象B的計算頻率普遍高于測試對象A的計算頻率；也說明了在拉力不大的情況下，若對測試對象B進行測試，容易誘導出高頻。

（2）不同打擊力度的試驗及測試數(shù)據(jù)分析

主要把傳感器安裝在不同方位下，提高激勵打擊力度的倍數(shù)(主要是采用了2倍和3倍)并激勵下，研究不同方位和打擊力度對響應的影響。表2和表3是在原來的力度上，分別提高2倍和3倍打擊力度的結果。

從圖3可知，打擊力度的影響主要在低拉力(≦4 MPa)范圍內(nèi)，力度越大越容易激勵高頻信號；而在高拉力作用下，力度越大趨勢向更好的方向發(fā)展，并且傳感器的固定方向?qū)y試結果的影響不大。

錨頭研究結論

綜上所述，可得到以下有意義的結論：

(1)作用于系統(tǒng)的響應頻率(計算頻率)隨系統(tǒng)拉力增加而增大。

(2)傳感器安裝固定位置，最好在測試對象的上下(南北)方向，符合傳感器的壓電效應原理；為了操作性更強，建議傳感器安裝在測試對象的下部，激勵在對側的上部。

(3)測試對象最好選擇在安裝有夾片的錨具上，不僅利于測試數(shù)據(jù)的穩(wěn)定，還有利于傳感器的安裝和激勵裝置的發(fā)振。

(4)打擊力度對系統(tǒng)響應的影響也主要存在于低拉力范圍內(nèi)，力度越大越容易激勵高頻信號，計算頻率偏高。但是伴隨拉力的增加，這種影響減弱。值得說明的是系統(tǒng)的響應需要有一定能量的行為來激勵，只有充分的激勵，系統(tǒng)的響應才是不變的、穩(wěn)定的。因此，要求有一定沖擊力度的打擊能量來激勵。

錨頭裝得好，那整體材安裝得美麗得體，結實耐用，但如果拼接得不好，就會出現(xiàn)裂縫，破爛等現(xiàn)象。在預應力混凝土里，鋼筋錨頭是保證預應力鋼筋的預應力不損失，長期存在的設施。螺栓錨頭是受拉普通鋼筋末端旋入螺栓；焊端錨板是受拉普通鋼筋末端與厚度d的錨板塞焊。在鋼筋末端配置彎鉤或機械錨固是減小錨固長度的有效方式，其原理是利用受力鋼筋端部錨頭（彎鉤、貼焊錨筋、焊接錨板或螺栓錨頭）對混凝土的局部擠壓作用加大錨固承載力。

錨頭研究背景

斜拉橋由于其跨度較大、造型美觀、施工方便等特點而成為應用較多的一種橋型。如果橋位處大氣環(huán)境惡劣，例如處于跨海灣區(qū)域，鹽分較高，而斜拉索一般都布置在梁體外部，直接與大氣接觸，因而極易產(chǎn)生腐蝕。如今，由于保護措施的逐漸完善，斜拉橋斜拉索索體已經(jīng)得到了很好的保護，而斜拉索與錨具結合部位由于保護措施較少從而成為斜拉索防腐蝕的薄弱環(huán)節(jié)，國內(nèi)已有多座斜拉橋由于斜拉索腐蝕破壞尤其是斜拉索與錨具結合部位的腐蝕而導致?lián)Q索，造成了巨大的經(jīng)濟損失和不良社會影響。本文特以舟山桃夭門大橋斜拉索上下錨頭的綜合防護方案為例，介紹斜拉索在上下錨頭部位的防腐蝕保護技術。

錨頭工程概況

桃夭門大橋是舟山大陸連島工程的第三座特大橋，橫跨桃夭門水道，為七跨連續(xù)半漂浮體系混合式斜拉橋，橋跨布置見圖4。

（1）主要技術標準

公路等級：4車道一級公路；設計行車速度：60 km/h；設計荷載：汽車-超20級，掛車-120；橋梁寬度：橋面凈寬22.5 m；通航標準：通航凈高按設計最高通航水位以上32 m，通航凈寬為280 m；設計風速：橋址區(qū)離地面20 m 高度處百年一遇10 min平均最大風速為42.8 m/s，計入海島地形系數(shù)后設計風速為55 m/s；地震基本烈度：6度。

（2）橋位區(qū)氣候條件

舟山群島氣候上表現(xiàn)為大陸性氣候向海洋性氣候轉換的過渡性氣候。氣象要素的經(jīng)向梯度大，季節(jié)滯后，溫暖濕潤，雨熱同季，災害性天氣類型多、頻次高。大橋工程區(qū)累計年平均氣溫在16℃左右，一年中日最高氣溫不小于35℃的平均天數(shù)為2.4～8.4 d，日最高氣溫不小于30℃的平均天數(shù)為53～58 d，日最低氣溫不大于0℃的平均天數(shù)為14～16 d；年平均相對濕度在80%左右，年平均日照時數(shù)在1880～2258 h之間；地區(qū)年平均降水量在900～1400 mm，全年平均降水日數(shù)（日雨量不小于0.1 mm）為130～160 d，最長連續(xù)降水日數(shù)在16～22 d之間，主要表現(xiàn)為3～4月的春季連陰雨天氣；常年盛行風向以西北風和東南偏南風為主，臺風一般在每年的5~11月，其中大部分發(fā)生在7～9月，約占全年的86%。

錨頭實施方案

斜拉索通過索塔錨固區(qū)將索力傳遞給混凝土索塔，錨固區(qū)必須在保證恒載、活載作用下的自身合力受力外，構造上還要滿足施工的要求，同時要考慮方便養(yǎng)護和維修。索塔錨固方式多采用拉索在錨固區(qū)斷開（相對于鞍座錨固結構）非交錯式錨固結構，主要包括：環(huán)向預應力錨固、 錨固鋼橫梁、鋼錨箱三種錨固方式，桃夭門大橋則采用了環(huán)向預應力錨固的錨固方式（見圖5）。

桃夭門大橋是一座混合式斜拉橋，在鋼箱梁段采用了耳板式連接，在混凝土梁段采用了錨管式連接。

（1）上錨頭防護

由于環(huán)境惡劣，為防止潮濕環(huán)境對上端斜拉索錨具的腐蝕，必須對上錨頭進行密封，并且孔端密封后表面平整，增加了大橋的美觀。

首先對錨孔金屬管內(nèi)表面的雜質(zhì)進行徹底清理并做除銹處理，在金屬管內(nèi)表面刷涂兩道環(huán)氧底漆，然后對管口做臨時封堵，并分2~3次對管內(nèi)進行發(fā)泡密封，待發(fā)泡完畢后，對發(fā)泡表面進行修整，調(diào)用HM106密封膠對管口進行密封，最后刷涂兩道塔用聚氨酯面漆。

（2）下錨頭防護

桃夭門大橋下錨頭采用了在混凝土梁段用錨管連接，在鋼箱梁段采用銷鉸連接兩種連接方式，鋼套管上口的密封處理考慮到實用性和美觀性的結合，采用了不同規(guī)格的不銹鋼將軍帽，這些部位都成為防護的重點。

鋼套管在進行徹底的清理后，采用聚氨酯發(fā)泡材料填充。聚氨酯發(fā)泡材料是由聚醚與多次甲基多苯基、多異氰酸酯發(fā)生聚合反應后而成，具有質(zhì)量輕、不吸水、低導熱性、隔氣性好、韌性好等特點，從而能夠有效地使錨具與雨水、潮氣以及其他腐蝕介質(zhì)相隔離聚氨酯發(fā)泡施工采用專用氣泵提供壓縮空氣，使混合料在導管口處呈霧狀高壓噴出得以充分混合反應，直接噴入錨管進行發(fā)泡，噴射量由計算所得的實際體積控制。發(fā)泡完畢24 h后，對管口的發(fā)泡材料進行修整，然后填充聚氨酯防水密封膠。

由于桃夭門大橋位于海峽地區(qū)，且在橋位兩側有兩個很大的油庫，空氣中鹽分、油霧及水氣的含量都非常高，環(huán)境十分惡劣，即使是不銹鋼也會產(chǎn)生一定程度的銹蝕，因此，對斜拉索錨具的防護不僅僅只限于內(nèi)部的防護，外部的防護從美觀和實用的角度來說都需要重視。經(jīng)過對現(xiàn)場情況的研究和分析，最終決定采用在錨管及將軍帽外部涂刷防銹漆的方法來進行防護，具體的涂裝體系為：二道環(huán)氧鍶黃底漆（80 μm），一道環(huán)氧云鐵中間漆（40 μm），二道氟碳面漆（80 μm），顏色與防撞護欄一致。在施工中，由于空氣中油霧含量極高，附著在表面影響粘結力，所以要求每一層防銹漆涂刷之前都要對工作面用特定的溶劑進行徹底清洗，并且進行打磨粗糙，增加層間的結合力，涂刷時要均勻涂刷保證美觀。經(jīng)過以上步驟，桃夭門大橋形成了一套完整且行之有效的錨頭防護系統(tǒng)。