桥梁拉索是拉索支承桥梁（包括吊索拱桥、斜拉桥和悬索桥等）最重要的承载构件，是桥梁的生命线，其耐久性与可靠性直接关系到桥梁的安全运行与使用寿命。然而，桥梁拉索的使用现状不容乐观，几乎所有的在役桥梁，其拉索都存在不同程度的病害，并且日益恶化。因桥梁拉索断裂造成桥梁垮塌的严重事故，也时有发生。桥梁拉索病害严重威胁桥梁的安全及正常使用。海恩法则告诉我们：每一起严重事故的背后，必然有29次轻微事故和300起未遂先兆以及1000起事故隐患。要杜绝拉索事故的再次发生，要让拉索实现正常的使用寿命，必须防患于未然。

桥梁拉索可依据桥梁类型与使用功能分为以下七类：

悬索桥用拉索主要包括：主缆、吊索（吊杆）、锚碇拉索等。与拉索有关的构件有索鞍、散索鞍、索夹、索股联结件等。

主缆一般由公称直径Φ5.2mm的镀锌高强钢丝组成，两端用热铸锚锚固，与索股联结件连接。吊杆一般采用高强钢丝（钢绞线），连接主缆上的索夹后吊起桥面系，承受桥面系荷载。当采用预应力式锚碇时，需设置锚碇拉索。锚碇拉索一般采用高强钢丝（钢绞线）成品索，张拉施工后，通过索股联结件与主缆索股连接，承受主缆拉力。

自锚式悬索桥因其没有锚碇构造，主缆索股直接锚固在桥面系主梁上。其余用索与悬索桥用索类同。

斜拉桥斜拉索一般采用高强钢丝（钢绞线），一端锚固在主塔，一端锚固在主梁。通常主塔为张拉端。矮塔斜拉桥拉索张拉端设在梁端，塔顶设索鞍将拉索载荷均匀传递到索塔。

拱桥用拉索主要包括：吊杆、系杆等。吊杆、系杆一般采用高强钢丝、高强钢绞线。

吊杆固定于拱肋后吊起桥面系，承受桥面系荷载。系杆锚固于拱肋顺桥向外侧，平衡拱肋的水平推力。

组合式桥、特种桥、人行景观桥及简易桥一般采用简化的悬索桥、斜拉桥、拱桥，或悬索桥、斜拉桥、拱桥之间的相互组合。其用索与悬索桥、斜拉桥、拱桥的用索类似。

组合式桥以悬索桥与斜拉桥组合最为普遍。

特种桥以简化的悬索桥最为普遍。其功能主要用于物料输送的跨越构造。如输油管道、输气管道、输水管道（构造）的跨越桥梁。

体外预应力体系是后张预应力体系的重要分支之一，体外预应力拉索（体外索）是位于构件主体截面外部的预应力束，它如同体内索一样，通过对构件施加预应力，以抵消外荷载对结构的拉应力作用。

体外预应力亦可用于结构加固，以增加结构的预应力度，提高结构刚度，控制结构挠度与裂缝，提高结构的承载能力。

体外索一般采用高强钢绞线成品索体，或高强钢绞线单元式索体。两端锚固于结构锚块（墩）上，跨中通常设置转向装置、索体支承结构和减振装置。当索体较长时可设置连接器。体外索还可采用预应力碳纤维板。

临时拉索通常是为了配合主体结构施工而采用的工具索。如拱桥拱肋悬臂拼装用的临时扣索、转体施工用的牵引拉索等。

临时拉索属于临时性使用的工具索，使用时间短。当主体结构施工完毕时，一般都会拆除。

临时拉索一般使用的应力水平较斜拉桥的斜拉索、拱桥的吊杆高，达到拉索材料公称强度的0.5～0.55，临时应力峰值可达到拉索材料公称强度的0.6～0.65。

最常用的辅助拉索是大跨度悬索桥、斜拉桥、拱桥的减振用拉索。它与每根斜拉索或吊杆相互连接，增加斜拉索或吊索的刚度，从而提高拉索的振动频率、增加拉索模态阻尼，从而有效地抑制斜拉索或吊索的振动，以提高斜拉索或吊杆乃至桥梁结构的使用寿命。

因桥梁拉索造成的事故屡见不鲜。常见的桥梁拉索事故，有拉索损伤与断裂造成桥梁结构垮塌或其他伤害事故、拉索火灾造成的拉索和桥梁结构受损事故，以及拉索冰凌坠落造成行车、行人伤害事故等。

这是最常见、最普遍发生的事故。由于部分早期拉索的技术缺陷、施工质量及管养不到位等问题，造成拉索长期腐蚀，直至断裂。如广州海印大桥斜拉索上端裸露的钢丝用脆性的水泥砂浆防腐，且防腐的水泥砂浆多年后未凝结，拉索高强钢丝长期裸露，最终高强钢丝腐蚀性断裂。宜宾小南门金沙江大桥吊索也因长期腐蚀断裂造成部分桥面垮塌事故，等等。

拉索腐蚀对拉索寿命与安全有极其重要的影响。桥梁拉索一般处于高应力状态下工作，因此应力腐蚀特征明显。有研究表明【1】，预应力筋的腐蚀速度与预应力筋的工作应力密切相关，工作应力越高，腐蚀速度越快。当预应力筋发生应力腐蚀时，其力学性能明显下降，极易产生疲劳脆断。因此，桥梁拉索的寿命将会大大缩短。此时，桥梁拉索可能会在没有任何征兆的情况下发生脆性断裂。目前，多座桥拉索的事故，无论从事故特征，还是拉索寿命都与研究结果吻合。

应力腐蚀是金属材料在拉应力与腐蚀介质共同作用下的腐蚀现象。应力腐蚀过程一般可分为三个阶段。第一阶段为孕育期,在这一阶段内,因腐蚀过程局部化和拉应力作用的结果,使裂纹生核；第二阶段为腐蚀裂纹发展时期,当裂纹生核后,在腐蚀介质和金属中拉应力的共同作用下,裂纹扩展:第三阶段中,由于拉应力的局部集中，裂纹急剧发展导致材料的破坏。应力腐蚀,尤其是在交变应力作用下的腐蚀疲劳,材料的腐蚀速度加快,金属表面粗糙不平,应力集中明显,极易发生没有任何征兆的脆性断裂。因此,应力腐蚀是一种非常危险的破坏。对于桥梁拉索来说,防止应力腐蚀应加强拉索的有效防护，减少腐蚀介质的作用。

调查与研究表明,拱桥吊杆、斜拉桥斜拉索等下端预埋管处,悬索桥的主缆散索段、锚碇段由于水患的影响,拉索的腐蚀最为严重【2】。悬索桥的主缆由于目前的施工方法没有把施工过程中的水排出,成桥后主缆内部相对湿度极高(85%以上)。再有,主缆由于构造上的原因,内部钢丝与大气贯通,在氧气循环交换的作用下,主缆钢丝易发生腐蚀【3】。

融雪剂有强烈的腐蚀性，对拉索的腐蚀不容忽视。图1为桥梁拉索腐蚀的典型案例。

a 拱桥吊杆腐蚀断裂

b 拉索锚头腐蚀

图1 拉索腐蚀图

桥梁拉索腐蚀后会大大缩短使用寿命，增大桥梁垮塌的风险。因此，须重视并加强桥梁拉索的防腐措施：

1.确保拉索的水密性性能。桥梁拉索应具有良好的水密性性能，当处于水浸环境中工作时，水也不应进入拉索内部的受力钢丝。通常，桥梁拉索应通过水密性试验与检验。水密性试验可参照国际结构混凝土协会（fib）的规范【4】进行。

试验拉索张拉至公称抗拉强度的0.3σb后浸入3m水头的带颜色液体中，经过0.45～0.2σb的10个索力周期荷载循环后，保持拉索索力至拉索公称抗拉强度的0.3σb。液体20℃（常温）～60℃冷热交替循环8个周期，当水温达到最高（或最低）时，拉索作±25mrad横向摆动250次后检查拉索有无进水。试验装置如图2所示。

图2 水密性试验装置及原理图

2.水密性与气密性。桥梁拉索的腐蚀与水与气密切相关。拉索的大多数部位，如悬索桥主缆内部、主缆散索段，斜拉索、吊杆上下端预埋管内、拉索锚头等往往没有明显的水存在。但是，由于它与大气相通，相对湿度高，腐蚀也很容易发生。我们的研究认为，桥梁拉索实行全封闭，包括相关部件实现水密性与气密性，可确保桥梁拉索在整个服役期内不易被腐蚀，达到拉索的使用寿命要求。在研究斜拉索的腐蚀案例时，学者认为最有效的防腐手段就是将钢丝与大气隔离【5】。

3.桥梁拉索的多层防腐措施。国际结构混凝土协会（fib）的规范建议，要确保斜拉索的100年使用寿命，桥梁拉索应该采用多层单元式防腐措施。实践证明，诸如平行钢丝类拉索，由于钢丝与钢丝之间是完全贯通的，在毛细作用下，全部钢丝同时受到腐蚀影响。

4.加强施工中的防水。在施工过程中应采取临时防水和可靠的排水措施，避免雨水进入下端预埋管内浸泡拉索。

常见的拉索火灾事故有三类：施工过程、运营过程、人为纵火造成的拉索火灾事故。

由于目前桥梁拉索没有完善的防火标准及设计规范，拉索防火基本无严格要求。有一些种类的拉索其部分材料为了达到防腐及防护的要求，仍使用一些可燃甚至易燃材料，一旦失火，桥梁拉索极易损坏，甚至桥梁拉索被火烧断，造成桥梁结构受损，严重者会造成桥梁结构垮塌。

桥梁拉索失火时，由于燃烧时的高温作用，拉索的外防护层材料（大多数为HDPE）参与燃烧并损坏，主要受力的高强材料退火导致其机械性能下降，严重时在温度和索拉力的作用下断裂。对于桥梁拉索而言，受力的高强材料其温度不应超过300℃。当温度达到450℃左右时（不同的材料有所不同），其强度、硬度及所有的力学性能明显变化，表面涂层也受到不同程度的破坏，材料更易锈蚀。

桥梁拉索失火时，由于燃烧时的高温作用，也容易导致拉索失锚。

施工过程中的拉索火灾事故一般都为交叉作业时电焊焊渣引燃拉索外的HDPE护套所致。因此，施工过程中拉索应有适当的防火措施。2014年，厦（厦门）蓉（成都）高速公路湖南郴州赤石大桥施工过程中，塔端电焊作业引起的拉索火灾导致9根斜拉索断裂，梁端下挠2m的拉索火灾事故，是目前最为严重的拉索火灾事故。

运营过程中的拉索火灾事故大多数都为运营车辆自燃殃及所致。2016年3月13日，一辆运输食品的货车途经四川雅西高速公路苏村坝大桥时自燃，5根斜拉索引燃受损。

2008年，广州鹤洞大桥斜拉索的火灾事故是一起较为罕见的拉索火灾事故。拉索上的彩灯因短路引燃斜拉索的HDPE护套，造成拉索受损。

图3 斜拉索火灾现场——广州鹤洞大桥斜拉索火灾事故

人为纵火的拉索火灾事故目前还较为罕见。

埃及REF桥（Rod EI Farag stay cable bridge,Egypt）参照美国后张法协会（PTI）规范【6】，对斜拉索提出桥面以上8米的防火要求值得借鉴：

1.距离桥面垂直高度8米的范围内，斜拉索防火性能应满足在1100℃的高温环境下，确保拉索系统在90分钟内，拉索内部温度不超过300℃（注：这是目前最严苛的试验）。

2.拉索工作状态工况（45%σb应力水平），在300℃环境中持荷30分钟，不发生失锚。

鉴于桥梁拉索的重要性及失火后的危害后果，我们应该重视桥梁拉索的防火。建立健全桥梁拉索防火规范。

1.桥梁拉索设计标准。应提出拉索构造、材料、防火等级、隔离措施等要求。

2.桥梁拉索安装要求。应提出运输、储存及施工中的防火措施。

3.桥梁拉索试验、验收规范。应提出拉索防火试验、验收要求。

常见的事故有三类：运营车辆超载、山区桥梁滚石、交通事故造成的拉索事故。

超载，使得拉索在超过容许工作拉力限度状态下工作。此时，拉索会发生潜在的损伤，超载的荷载水平与频次会造成拉索损伤程度的积累，最终导致拉索使用寿命的缩短。超载严重时，可使拉索瞬时断裂。此外，超载还会造成桥梁其他结构的损伤与破坏。

由于一般的超载只会形成拉索的内在损伤积累，不会造成拉索明显的表观性的改变。所以，人们对超载危害的重视度是不够的。

对于桥梁拉索的寿命而言，我们可以通过疲劳试验来评估。拉索在额定疲劳强度（应力上限与应力幅度）下，通过循环荷载次数来评估其寿命。当疲劳荷载强度增加时，应力上限或应力幅度都会相应增加，此时，拉索破坏时的循环次数就会减少。超载，其实就是增加了拉索工作时的疲劳荷载水平。不言而喻，拉索的寿命将会缩短。

滚石一般发生在山区的桥梁。雨水冲刷、风化、地质运动，甚至地震等等，造成滚石冲击桥梁拉索，导致拉索损伤，严重时断裂。一般情况下，山区桥梁的拉索应增加安全度和防护设计。

交通事故的发生，车辆及货物可能殃及桥梁拉索，造成拉索损坏。

爆炸是指爆炸物引爆时所产生的冲击波对桥梁拉索造成的破坏。人为破坏是指人利用某种工具对桥梁拉索实施的破坏。

爆炸对拉索的破坏程度与爆炸当量、爆炸距离、爆炸物形式有关。爆炸当量越大，爆炸距离越小，破坏程度越严重。当爆炸距离为零时，为接触爆炸，爆炸的破坏性极强。换句话说，较小的爆炸当量就可以达到更大的破坏水平。当爆炸物夹有飞片时，由于爆炸飞片的冲击作用，对拉索有更强的破坏能力。

爆炸可能发生的情况有：雷击、恐怖袭击、战争、意外爆炸等。

雷击对拉索的破坏主要是高温引燃拉索中的可燃材料，诸如拉索外防护的HDPE。强大的冲击波对拉索施加的额外荷载，使得拉索超载破断或失锚。正常情况下，桥梁都设置有避雷系统，雷击的发生概率极低。

恐怖袭击是恐怖分子利用爆炸物或手持式武器对拉索实施的攻击。爆炸物爆炸一般利用运输工具在桥面引爆。这种爆炸的破坏程度取决于爆炸物的当量及爆炸距离。如果爆炸距离为零时，接触爆炸的破坏性极强。所以，有防爆要求的桥梁，应作拉索的防爆设计，隔离人为接触和桥面端的拉索设置抗爆结构。埃及REF桥（Rod EI Farag stay cable bridge,Egypt）的斜拉索要求桥面3m高度内具备抗爆功能，当50磅的TNT爆炸时，拉索的断丝率不许超过50%。手持式武器可从远处对拉索实施攻击，破坏性极大。一般仅用2枚炸弹就可对中小型桥梁造成毁灭性的破坏【7】。

战争，最容易攻击的目标就是桥梁。因为，破坏桥梁可有效阻断交通补给。现代战争，精确制导武器的精度已经达到了1m，甚至更高，可对桥梁结构包含拉索在内给予毁灭性的打击。

意外爆炸时有发生。最常见的意外爆炸就是装载有易燃易爆物的运输车辆，在桥面上引起的偶然爆炸。由于车辆装载有大量的爆炸物，爆炸当量大，对桥梁结构及人员的伤害都较大。

2007年10月6日，广东虎门大桥油罐车爆炸，当场造成6人死亡1人重伤，桥梁受损。2009年1月14日，安徽芜湖长江大桥两车发生碰撞，其中一辆满载烟花爆竹的货车起火并爆炸，导致2人死亡，1人重伤，桥梁受损。2013年2月1日，连霍高速河南三门峡义昌大桥一辆运输烟花爆竹的大货车发生爆炸，造成该桥南半幅桥面垮塌80米，十几辆车坠落，9人死亡，重伤4人，轻伤7人。

对于桥梁拉索抗爆，仍无标准规范。国际上，美国国家高速公路与交通运输协会针对美国国内高速公路桥梁发布了高速公路桥梁抗爆设计指南-NCHRP645：《Blast-Resistant Highway Bridges:Design and Detailing Guidelines》，也仅在结构抗爆上做了一些规定。拉索抗爆仍无规可循。

在桥梁拉索防爆方面，我们可以采取以下措施：

1.可能发生爆炸的拉索段，如桥面以上3m范围内，采用抗爆设计。埃及REF桥的经验值得借鉴；

2.采取隔离措施，严防爆炸物在拉索上发生接触爆炸；

3.适当增加拉索的安全系数。

人为破坏通常是用强力电锯、手持式火焰切割器等工具，对拉索实施的破坏性切割。在我国，在人可以接触到的拉索部位，一般都设置有防止损伤拉索表面的金属隔离套管，可以有效防止人为伤害拉索的表面。但对于利用切割工具对拉索实施的破坏，还须加强金属隔离套管的厚度与直径、材质。如有必要，采取有效的隔离措施，阻止人为接触。

当地震发生时，强大的地震冲击波使得桥梁结构大幅度晃动、变形和错位。此时，拉索承受强大的轴向拉力。当轴向拉力超过拉索的容许拉力时，拉索发生断裂，或发生失锚。

低周期荷载试验就是考核拉索承受类似于地震超强荷载作用下的能力。

有防震要求的桥梁结构，应设置防落梁装置和结构减震隔震措施。最大限度降低拉索的损坏。

拉索缺陷事故是指拉索在设计选型、生产制造、安装施工等方面，未能满足实际使用要求，造成拉索非正常断裂的事故。依据桥梁及拉索规范的要求，拉索应达到相应的性能指标。否则，将产生非正常破断，造成桥毁人亡。

对于设计选型来说，要根据桥梁的结构特点、荷载类型与水平、施工方法、桥位地理条件等，从拉索的使用寿命、安全系数、疲劳荷载强度、运输及安装、运营与管养等等方面合理选择拉索的类型。

对于生产制造来说，工艺水平、材料选择、关键零部件的加工及组装质量，决定拉索总成的性能好坏。拉索的总体质量，原则上要通过型式试验和典型规格的各种试验验证。

对于安装施工来说，因拉索的重要性及技术性较强，必须选择有经验具备专业资质的施工队伍。专业施工资质方面国际工程非常重视，有严格的准入制度，我国在这方面亟待改善。

拉索安装施工过程中，要严格遵守各类拉索的安装技术规程。以往的经验教训告诉我们，拉索安装过程中最容易出的问题和环节是：储存、运输中碰撞、火灾、腐蚀（大多数为雨淋）、存储时间过长等造成拉索的损坏；交叉施工电焊、碰撞造成拉索的损坏；起吊中不合理的起吊方式和吊具造成拉索损伤或损坏；施工不按规定编束，索内打绞，张拉拉断；不按规定过度超张拉；不按规定完成最后的防腐防水施工。

拉索缺陷事故案例见图4。

a 拱桥系杆未编束张拉导致断裂

b 未装吊具钢丝绳损伤拉索HDPE护套

c 保管不善使拉索锈蚀

d 拉索制造质量问题导致拉断锚杯

图4 拉索缺陷事故案例

在一定温度、湿度、风力的条件下，空气中的水汽在拉索表面积结成冰凌。当温度升高，或过大的振动，或冰凌过大时产生坠落，造成行车、行人伤害事故。拉索冰凌的形成机理尚未完全明确，一般认为，当温度在0℃以下，湿度＞９０％，风力3～4级时，容易形成冰凌。目前没有成功应用的抑制拉索冰凌形成的工程经验和研究成果。

拉索冰凌对拉索本身影响很小，但易造成交通安全事故。防御拉索冰凌事故的措施可通过交通管制实现。

防止拉索冰凌的产生，可从拉索表面材料、表面形状方面研究，或在拉索内部植入电阻丝，或在拉索内部通热风（钢绞线拉索），使拉索表面温度保持在冰点以上，可有效阻止拉索冰凌形成。

我国已有多座桥梁拉索发生过冰凌坠落事故。