斜拉设备

2024-08-30

斜拉设备（通用7篇）

斜拉设备篇1

摘要：水泥在建筑中是不可或缺的一种基本建筑材料, 而水泥生产过程之中使用最多的是机械设备, 如何运用最合理的设备完成优质、高效的生产, 则成为了目前的一项课题。本文将从设备特点、设计工艺、电耗、经济效益等方面分析水泥生产中所运用的斜拉输送设备, 并通过分析提出设备的选择及其使用。

关键词：水泥输送,斜拉设备,经济效益

0前言

随着科学技术的不断创新, 越来越多的新型机械设备逐渐步入了生产过程之中。高效、便捷是新型机械设备发展的主题, 如何更新换代出更加适合生产的机械设备已经是社会广泛关注的问题。水泥, 在建筑建造中是一种不可或缺的基本建筑材料, 而在水泥生产过程中机械设备占据着主要的地位。为了配合建筑业的大力发展所导致的水泥需求量的提升, 水泥生产企业应当运用最现代化的设备, 在最短的时间内完成优质、高效的生产任务。所以, 其对于机械设备的选择是关键。一直以来, 很多水泥生产厂家也的确对水泥生产中的主要机械设备非常的重视, 但对于相关的次要机械设备, 例如通用输送设备的重视力度则普片偏低。而对于实际生产中, 通用输送设备的重要性则同样的不容忽视。在生产过程之中, 如果通用输送设备的设计和选用不当, 很可能造成主要机械设备运转率偏低等问题, 其极大程度的影响了生产的效益和效率。

1 部分输送设备的特点

1.1 SCD型熟料槽式输送机

SCD型熟料槽式输送机是我国借鉴发达国家的先进设备, 自行研发的一种水泥熟料输送设备, 其已经被广泛的运用于各大水泥生产厂的水泥输送过程之中。SCD型熟料槽式输送机可以水平或倾斜输送干燥的粒状物料, 其倾斜角度≤55°, 输送距离可以达到150 m, 最大提升可达到65m高, 输送能力可达20~310 m3/h (物料容重1.45 t/m3) 。其主要由头、尾部装置、加油装置、运行部分、传动装置、支架、轨道和防护装置、安全保护装置等组成。因其牵引链采取模锻链成型链板, 承载与牵引分开的结构, 所以其具有强度高、使用寿命长、受力合理、运行平稳等优点。而且SCD型熟料槽式输送机工艺布置灵活, 对安装位置的要求没有过多的限制, 可以水平布置也可以倾斜布置, 或者水平倾斜混合布置。其驱动装置采取背负式结构安装, 起到了占地空间小, 安装检修方便的作用。

1.2 倾角螺旋输送机

倾角螺旋输送机主要由进、出料口、机槽 (螺旋) 、叶片 (螺旋) 、驱动装置、等组成, 是目前水泥生产厂家使用很广的一种输送设备。倾角螺旋输送机的优点有成本低、简单结的构组成、密封性良好、操作方便安全等特点。被广泛应用于建材、化工、冶金、电力、粮食等部门。而其最适合的, 是在混凝土搅拌站中进行输送作业。倾角螺旋输送机具有维修困难、机器部件较易磨损、消耗力较大、输送工作量大等缺陷。其只适于输送水泥、生料等易流态化的粉状物料。对粒度大、流态性能差的物料则不能输送;只能在一定的斜度下向下输送, 不能向上辅输送。而且其对于安装要求很高, 安装施工相对较为困难。目前, 常用的螺旋输送机型有GX和LS, LS型是GX型的更新换代产品。

1.3 FU链式输送机

在生产过程之中, FU链式输送机被运用于输送水平或倾斜15度角的状态输送小颗粒状、粉状物料的输送设备。具有使用寿命长, 运转性能可靠, 节能高效, 密封, 维修方便等优点, 在使用性能上其显著优于其他老式的输送设备, 到目前来说是一种各方面性能都比较理想的输送设备。在水泥厂常用来输送水泥、生料、煤粉等粉状物料。在使用过程中, 当遇见温度高、磨琢性高、颗粒较大的物料时, 应当让FU链式输送机处于较低的链速运行。相反, 当遇见磨琢性较为弱, 温度低, 颗粒状小的物料时, 则必须选用较高的链速。使用过程中, 应该尽量采用单侧和两侧的进料口, 减少物料对上部链条的摩擦, 这样可以减少摩擦, 提高机械的使用寿命。为了减少FU链式输送机的设备磨损, 应当使得物料的输送量大于机器运转能力的65%来进行运转, 当机器运转低于65%时, 则会因为机槽内料层薄弱造成空转, 形成磨损。

2 部分输送设备的运行电耗

要进行水泥厂常用斜拉输送设备的选择, 必须进行多方面的比较, 对于优缺点进行全方位的分析, 同时还应该考虑各种机械的耗电。随着目前我国坚持走可持续发展的道路, 节能环保的理念已经深入人心。机械的运行靠的是消耗电能, 电能是国家发展中不可或缺的一项资源, 如何节约电能资源, 已经是生产企业施行节能环保的重要项目。所以, 对于水泥厂选择输送设备则必须从耗电的方面考虑。同时为了比较以上三种水泥厂输送设备的运行电耗, 接下来将会以输送距离13 m (进出料口距离) 、输送量为75 t/h的出磨水泥作为计算基准来进行计算。

2.1 SCD型熟料槽式输送机

根据输送量选择SCD500×15m, 倾斜角8°。SCD型熟料槽式输送机链速15 m/min, 输送量75 m3/h。

式中N—驱动功率, k W;

Q—输送量, m3/h;

w—链速, m/s;

L—输送距离, m;

Y—物料堆积密度, t/m3。

根据计算得出N=583.4m3/h。

单位产品电耗须增加0.0055 k W/t。从而得出系统单位产品电耗:0.0453 k W/t。

2.2 倾角螺旋输送机

根据输送量选择LS500×14.0 m, 转速40 r/min。

式中No—需用功率, k W;

G—输送量, t/h;

λ—运行阻力系数, 对水泥λ=1 9;

H—螺旋输送机的垂直投影高度, m;

D—螺旋直径.M;

L—螺旋输送机的水平投影长度, m;

N—电动机功率, k W;

η—效率, 取η=0.9~0.94。

计算得No=5.78 k W.N=6.42 k W

单位产品电耗0.0856 k W/t

2.3 FU链式输送机

由于FU链式输送机现在还没有系统的功率计算公式, 所以只能使用根据产品样本功率配置, 试着总结出的经验公式。根据输送量可选用FU350×14 m, 链速14 m/min, 输送量58 m3/h。

式中N—驱动功率, k W;

Q—输送量, m3/h;

w—链速, m/s;

L—输送距离, m;

y—物料堆积密度, t/m3;对出磨水泥取Y=1.3;

K1—修正系数, 对FU350取k1=2.9;

K2—修正系数, 当Y>0.5时取k2=1.0。

根据计算得出N=3.08~4.06k W, 取N=3.57k W

单位产品电耗:0.0476k W/t。

以上对于三大常用输送设备的计算, 我们可以很清楚的得出, 在三个常用设备之中, SCD型熟料槽式输送机的单位产品耗电量最小, 即其耗电量是最小的;其次是FU链式输送机;最后则是倾角螺旋输送机。然而在选择中, 依旧要视实际情况和生产环节来选择。

3 经济效益

本文只是列出了现阶段三个比较常用的输送设备, 所以在经济效益上, 依旧得通过计算在这三个常用设备中进行比较, 从而得出最好的结论。为便于经济效益的比较, 以设备年运行300 d, 每天运24 h, 电价0.5元/k Wh为计算基准。计算后所得出的主要经济指标见表1。

从表1可看出, SCD型熟料槽式输送机的运行费用在三个设备中较为低, 其最经济和实用;其次是FU链式输送机, 最后才是倾角螺旋输送机。

4 结语

随着我国工业化建设的不断发展, 使得生产商对于生产设备的要求也不断的提高。如何在快速发展中寻求高效、节能环保的设备, 是生产企业所面临的一项课题。长期以来, 很多水泥生产厂家对于设备的选择, 维护和保养并不重视, 除影响了厂家自身经济效益以外, 还使社会造成了资源上的几大浪费。所以, 正确的选择和使用相关生产设备是水泥生产的重中之重。一切选择的前提, 都应当遵循节能环保的原则, 推行“少花钱, 多办事”的理念。

参考文献

[1]熊会思, 熊然.新型干法水泥厂设备管理与维修手册[R].冀东水泥厂内部资料, 2011.

[2]水泥设备巡检维护与机械设备故障分析及检修技术应用手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2009.

[3]水泥工业用熟料输送机[Z].

[4]常松枝.FU链式输送机的功率计算[J].水泥, 2002, 40 (6) .

斜拉桥斜拉索施工技术篇2

随着我国经济的发展,桥梁建设不断扩大,斜拉桥作为具有较大跨越能力的一种桥型,外形优美,构造大方简洁。这种桥型从引入我国桥梁建筑领域开始至今,发展时间并不长,但发展速度相当快,它在全世界范围内普及也不过只有短短半个世纪。就现阶段来看,中国已建成二十余座斜拉桥,并且其成桥状态,及其在车载和自重相应下的结构特点,在业界被受关注。本文针对宝鸡代家湾渭河斜拉桥的具体情况,对挂索牵引力计算,斜拉索张拉及索力调整施工进行了总结,可供同类工程施工参考。

1工程概况

宝鸡代家湾渭河斜拉桥主桥是独塔无背索斜拉桥,全长1146m,跨径组合为9×20m+(20 m+75 m+32 m)+16×32 m+(32 m+75 m+20 m)+10×20m,在跨越310国道和拟建滨河路时采用单索面斜塔斜拉桥方案,跨径布置为20 m+75 m+32 m。主塔倾斜60°,为钻石型C50混凝土桥塔。主梁为四室箱梁,梁高2.15~3.15 m,桥面宽28m。斜拉索为扇形单索面,布置在中央分隔带上。斜拉索采用双层PE防护PES7-187平行钢丝索,配用锚具为LZM7-187L(G),标准强度1670MPa。梁上索距6m,塔上索距2.7m,共9根索,最大索力控制在450T,最小倾角28.6°,拉索张拉端位于塔上。该桥的数据尺寸布置如图1所示。

2斜拉索构造概述

宝鸡代家湾渭河大桥采用Φ7钢丝制作,钢丝的标准强度Ryb=1670MPa,钢丝配用冷铸锚,具体冷铸锚构造见表1。

3挂索牵引力

本桥采用的是先安梁端,后安塔端,塔上为张拉端的方法。先计算挂索的牵引力,见公式(1)。

式中:△L———为牵引力为T时拉索上端离塔柱上相应索孔锚板端面的距离;

L0———为上下两端索孔锚板中心的几何距离;

L———拉索的长度;

W———为拉索每单位长度重量;

Lx———为L0的水平投影长;

T———为拉索的设计牵引力。

由上式可得出关于T的一元三次方程,依次可得1#~9#索的牵引力见表2。

精下料长度见式(2)。

式中:L———拉索精下料长度;

L0———每根拉索的长度基数,是该拉索上下两个索孔出口处在拉索张拉完成后锚固面的空间距离;

ΔLe———拉力作用下拉索弹性伸长修正;

ΔLf———拉力作用下拉索垂度修正;

ΔLML———张拉端锚具位置修正;最终位置可设定螺母定位于锚环前1/3处;

ΔLMD———锚固端锚具位置修正;可设定螺母定位于锚杯的1/2处;

LD———锚固板厚度;

2d———拉索两端所需的钢丝墩头长度,d为钢丝直径。

温度修正及应力下料修正可根据具体情况考虑。

弹性伸长量和垂度修正值可分别式(3)、(4)计算。

式中:σ———拉索设计应力;

E———拉索弹性模量;

T———拉索设计拉力;

L0———拉索长度基数;

LX———L0的水平投影;

W———拉索每单位长度质量。

由计算出的牵引力T,再计算出拉索的精下料长度L,见表3。

4斜拉索张拉

4.1张拉前的准备工作

(1)检查临时锚固是否稳固牢靠,拆掉牵引索连接接头,保证拉索上没有任何额外的挂件。

(2)将锚垫板上的油污、废渣等杂物清理干净,确保板面清洁干燥;检查并测量冷铸锚头内外螺牙有无破损,是否与锚垫板孔眼中间对正。

(3)检查张拉设备的电源是否安装到位,校验油表、液压油泵和千斤顶的标定。

(4)备齐张拉所需的计算资料,如每次张拉的力值、张拉次数、换算的读数、梁面的标高变化值、塔柱的偏移值、拉索的理论延伸量等等。

4.2张拉程序

拉索的张拉程序:做好准备工作,在指定位置安装千斤顶,张拉杆拧入冷铸锚杯,拧入张拉杆工具锚圈,施加5%的设计索力,根据设备状态适当调整其安装位置,详尽记录初始张拉值,卸除安装千斤顶的吊点或支垫点,分级施力直至达到一次张拉规定的拉力值,与张拉同步拧紧锚圈。量测应力、应变值,与设计应力、应变值核对。外观检查(锚垫板、锚箱、塔柱结构等变形情况,拉索油污断丝、滑丝现象),检验合格,解除千斤顶和张拉杆,进入下一根索的张拉周期。

5索力调整

索力调整与索力张拉同时进行,此桥在塔端张拉,则在塔端调整索力,张拉与调整共用一套设备,这样,施工支架,升降平台,千斤顶悬吊设施均可共用,以节省成本和时间。索力调整施工按下述步骤进行。

(1)计算好要调整的索力,延伸量,主梁标高的变化值等数据。

(2)检查并调试好张拉设备的完好设备。

(3)将张拉设备、工具分别安装就位,张拉丝拧入冷铸锚杯,并拧合到位,不安装工具锚圈,千斤顶与油泵油管接好。

(4)开动油泵,使千斤顶活塞无负荷空升少许,如调索要求提高索力,则空升3~5cm即可,如调索要求降低索力,则空升值为拉索回缩值加3~5cm。

(5)拧入工具锚圈,索力检测采用拉杆拉力的方式,在工具锚圈与千斤顶垫圈之间安装穿心式压力传感器。

(6)按预先计算并确定调索的相应的张拉力,通过电动油泵进油或回油逐级调整索力。如果是降低索力,则先进油张拉至上次张拉的吨位,看锚圈是否有所松动,如果没有松动,则增加少许拉力,使锚圈松动,反时针拧松锚圈至大于拉索回缩量位置,油泵缓慢回油使拉索索力降低,直到满足设计要求,随即拧紧锚圈,量测并检查索力调整后各项数据是否符合设计要求;如果是增加索力,则缓慢进油张拉至设计索力值,随即拧紧锚圈。在调整过程中,如果调索延伸量超过千斤顶行程,则第一次张拉达到千斤顶行程时,旋紧锚圈,千斤顶回移,重复进行下一行程的张拉。

调索过程中,应以检测、校核数据配合油表读数,共同控制张拉力,并随时观测。调整后索力值如表4所示。

6结论

斜拉索施工是斜拉桥施工重点之一,宝鸡代家湾渭河大桥针对斜拉索施工特点而采用的施工工艺,充分考虑了斜拉索为扇形单索面,拉索在塔上为张拉端等特点,合理的施工方法保证了工程的顺利完工,也保证了成桥后的桥梁质量。本文针对宝鸡代家湾渭河斜拉桥的具体情况,对挂索牵引力计算,给出了调整索力大方法,并定量给出了数据支持,调整索力明显降低,说明本文的方法是有效的,可为相关工程和研究提供借鉴。

参考文献

[1]孙德君.对我国铁路斜拉桥发展的探讨[J].工程科学,2008(12):56-57.

[2]马文田.混凝土斜拉桥的施工控制与索力调整[D].广州:华南理工大学建筑工程系,1997.

斜拉设备篇3

关键词：斜拉桥,碳纤维,复合斜拉索,有限元分析

随着科技发展, 新材料不断被应用在工程领域。近年来, 碳纤维材料用作拉索的斜拉桥在许多国家都有尝试。如丹麦的海宁桥、法国的拉胡安斜拉桥、江苏大学人行桥等等, 均采用碳纤维材料斜拉索。传统的钢丝斜拉索有诸多缺陷, 如自重大、抗疲劳性能和耐腐蚀性差等, 碳纤维斜拉索是在传统刚斜拉索的外层包裹碳纤维材料, 应用的目的就是为了能克服以上传统斜拉索的不足, 发挥其轻质、高强、抗震、耐腐的优点, 本文应用有限元软件对复合材料斜拉索的性能进行了初步的分析。

1 碳纤维复合斜拉索静力分析

复合斜拉索为内层为钢丝束外层包裹数层碳纤维的复合结构, 碳纤维与钢束间利用树脂有效粘结。利用ANSYS建立斜拉索模型, 进行静力分析。

1.1 材料选择

钢丝束采用PES 7-139, 采用两种碳纤维布对钢束分别包裹4层、8层、12层。对结果数据进行对比分析, 材料主要参数如表1、表2:

1.2 计算的基本假定

静力分析是为了得到复合斜拉索的本构关系, 分析碳纤维布-钢丝束复合斜拉索的强度及弹性模量的变化。因此对实验有两个假定:

(1) 钢丝束与碳纤维布结合足够牢固, 可以共同工作。

(2) 在应力小于规定非比例伸长应力前, 钢丝束符合胡克定律。

1.3 建立ANSYS有限元模型

ANSYS建立复合斜拉索模型, 选用link8杆单元模拟钢丝束, 采用shell63壳单元模拟外层包裹的碳纤维布。渐变加载, 运算得出结果。

1.4 结果分析

将两种型号碳纤维布复合斜拉索的应力-应变曲线汇总如图1、图2所示。

从结果可以看出:

(1) 碳纤维复合斜拉索的抗拉强度、屈服强度及弹性模量均有提高。

(2) 其提高幅度随碳布包裹层数及碳布自身强度的提高而增大。

(3) 在应力—应变曲线中, 在应变为1.5%的节点, 应力有突变, 因为在模型中, 已经假定碳纤维达到极限伸长率时丧失强度, 退出工作。

2 复合斜拉索自振特性分析

斜拉索的振动导致的疲劳破坏是斜拉索的主要病害之一。新型的复合斜拉索振动特性的变化关系着结构的安全。下面利用MiDAS对碳纤维复合斜拉索进行自振特性分析。

2.1 建立复合拉索有限元模型

采用有限元软件MiDAS进行自振特性分析, 确定复合斜拉索的基频和自振周期, 根据多阶自振模态中的振动参与质量来确定各振动方向主振型。

建立复合斜拉索模型, 索长50m, 倾角45°, 轴向拉力3000kN以模拟斜拉索承受的恒载。下方支点, 开放垂直向自由度。斜拉索所用材料分别选取PES 7-139钢束, 以及上文中Ⅰ组、Ⅱ组复合斜拉索。MiDAS模型如图3。

运行MiDAS分析, 得到前十阶振型频率和震动参与质量相对值。复合斜拉索前五阶振型如图4 (a) 至4 (e) 。

2.2 数据分析

复合斜拉索前五阶阵型与PES 7-139钢束一致。如图5所示, 随着复合斜拉索弹性模量的提高,

自振基频随之提高。如表4所示:随着振动频率提高, 复合斜拉索频率提高幅度更加显著。

复合斜拉索自振基频的提高, 使斜拉索的频率进一步远离主梁的自振频率, 降低发生索梁耦合振动的概率。还可更有效地降低风雨激振作用、风荷载等外界荷载引起的共振。

3 结语

利用有限元分析方法, 对碳纤维复合斜拉索的静力性能以及自振特性的模拟计算得出:

(1) 碳纤维复合拉索在几乎没有增加原钢丝索质量和界面面积的基础上, 可有效地提高斜拉索的抗拉强度以及弹性模量。

(2) 复合斜拉索的自振频率也有所提高, 可以更好地避免斜拉索共振。

本文只是作为碳纤维复合斜拉索研究的初步分析, 下一步还有大量研究有待进行, 让碳纤维和钢材优势互补, 会使斜拉索的工程性能得到显著提高, 如果复合材料的斜拉索得以应用, 对斜拉桥的发展将有大的推动。

参考文献

[1]梅葵花.CFRP拉索斜拉桥的研究[D].南京:东南大学, 2005.

斜拉设备篇4

派河三桥位于肥西县上派镇普贤路上, 该桥主跨跨径为70 m, 边跨跨径为50 m, 采用预应力混凝土箱梁结构, 箱梁采用满堂支架现浇的方法施工。斜拉索采用单索面扇形密索布置。斜拉索在主梁上的横向间距为1.0 m, 顺桥向两侧钢索为不对称的扇形布置。主跨标准索距6.0 m, 边跨索距为4.0 m, 全桥共有斜拉索20对 (40根) 。斜拉索的挂设采用单根钢绞线挂设法, 利用塔顶设置的卷扬机穿索, 单根安装就位后, 利用200 kN的小千斤顶在塔顶张拉, 单根钢绞线张拉完成后, 再采用大吨位的千斤顶进行调整。斜拉索布置图见图1。

2斜拉索安装工艺流程

针对本桥斜拉索体系的特点, 环氧涂层钢绞线斜拉索安装的基本工艺流程见图2。

3HDPE外套管及法兰焊接

HDPE管作为斜拉索的第一层防护保护层, 是拉索防腐措施的一个重要组成部分。拉索是由多股无粘结高强度PE钢绞线组成, 整束的外层是由双层同步挤压成型的HDPE外套管防护。

1) HDPE外套管及法兰热熔对焊。其热熔焊接见图3。

2) 搬运并储放已焊高密度聚乙烯管。

4挂索施工准备

4.1 锚具安装

挂索施工前需要在拉索的两端安装锚具, 锚具安装时要保证塔柱和桥面锚具孔位保持一致, 并固定锚具。因此需事先对塔柱和桥面锚具的孔位进行编号, 并确保孔位编号的一致性。

4.2 桥面工作平台准备

挂索施工前需要在桥面适当位置安装钢绞线导向轮、切割工作平台、钢绞线放线架以及切割的相关设备。

4.3 塔柱工作平台准备

挂索施工前需要在塔柱外张拉端锚具和预埋管附件安装工作平台, 并根据塔柱的各施工阶段, 在合适位置布设钢绞线牵引卷扬机。其中卷扬机钢丝绳要通过滑轮等引导至准确位置。

5HDPE管吊装

5.1 准备工作

依次将防水罩、延伸管 (含法兰) 套在焊接好的HDPE外套管上, 安装临时卡箍。

5.2 安装外套管连接卡箍

把带法兰的延伸管套到塔柱端HDPE外套管上, 直至外套管伸出延伸管。

5.3 穿入第一根钢绞线

将第一根钢绞线穿入HDPE外套管内, 其塔端部分伸出100 mm左右, 并用细钢丝临时固定。该钢绞线的主要作用为:张拉后, HDPE外套管由于自重压在其上, 使HDPE外套管绷直, 方便以后顺利穿入其他钢绞线, 同时其余钢绞线的索力将不受HDPE外套管自重的影响, 确保张拉索力的准确性。

5.4 塔吊起吊

起吊外套管时, 需用对讲机进行各岗位间的联系。一旦管子起吊到位, 在塔柱预埋管位置, 使卡箍与塔柱的预埋管连接, 此时保证斜拉索外套管至预埋管距离约为0.5 m, 松掉塔吊, 把荷载传至连接钢丝绳上。

6钢绞线安装张拉

6.1 钢绞线安装

本桥采用机械方法安装钢绞线。

6.2 钢绞线张拉施工控制

6.2.1 张拉施工工艺

本斜拉索施工采用单根钢绞线安装、单根张拉的施工工艺。其操作步骤如下:

1) 接通油泵和千斤顶的油管, 检查精密压力表是否与千斤顶相符;2) 将反力架穿过钢绞线并安装在锚具上;3) 将顶压杆穿过钢绞线和反力架, 顶压套筒套在顶压杆上;4) 单孔千斤顶穿过钢绞线顶在顶压套筒上, 确保千斤顶活塞头部凹槽全部嵌在顶压套筒上。顶压杆与千斤顶活塞之间、夹片与反力架之间有约20 mm的间隙, 使钢绞线张拉时夹片能随钢绞线移动而不致刮伤环氧涂层 (见图4) ;5) 启动油泵, 分级进行张拉;6) 当张拉力达到设计张拉力的50%时, 稳住油压停止张拉, 观察千斤顶上标尺或用钢直尺测量活塞行程, 并在表格上记录该数值;7) 继续张拉, 当张拉力达到计算给定的张拉吨位后, 稳住油压, 再用直尺测量此时千斤顶活塞的行程, 并在张拉表格上记录;8) 顶压夹片后回油, 将千斤顶从张拉钢绞线上移去, 完成一根钢绞线张拉的全过程;9) 根据表格记录的数据, 计算钢绞线延伸量, 再与理论延伸量作比较, 看是否满足规范允许的偏差要求, 如果在偏差范围以内, 则继续施工, 否则, 应停止张拉, 检查原因。

6.2.2 张拉施工控制

斜拉索的张拉过程分成两个阶段, 即拉索的初步张拉与拉索索力的平均调整。

所有钢绞线张拉完成后, 可以对索力进行抽样检查, 如满足规范要求, 则该束体外索张拉施工完成;如还有一定偏差, 则再进行索力平均调整, 根据施工经验, 进行第二次索力平均后, 钢绞线的索力应能很好的满足规范要求。

以上论述了如何通过分阶段张拉, 对斜拉索索力的施工控制, 为校验张拉索力的准确性, 需要在施工张拉中采用索力和延伸量双控的办法, 同时在张拉前计算好钢绞线的伸长量, 用于校核。

7调索施工

7.1 增加索力调索

张拉时用延伸量控制, 所有钢绞线拉至相同延伸量以达到群锚张拉效果。通过索的初始力和张拉完成后应达到的索力差值可计算并得到延伸量。

7.2 降低索力调索

在斜拉索初始安装张拉过程中索力张拉偏大或者后期调整索力时, 需要进行降低拉索索力的调索, 索力降低调索也是通过延伸量控制, 延伸量的计算原理和索力增加调索一样。本桥斜拉索规格较多, 最大规格为15股～43股, 因此采用650 t穿心式千斤顶进行整体调索。

8安装减振器及延伸管

减振器结构为多片外锥形高阻尼减振橡胶+内锥形钢套环的形式。安装减振器前, 先将索夹夹紧钢绞线束, 使之成为六边形或近似六边形的形状。然后将内锥形钢套环压入预埋钢管内, 将多片外锥形减振橡胶推入钢套环中, 使减振橡胶外锥面和内表面分别与钢套环内锥面和钢绞线束紧密贴合, 起到很好的拉索减振作用。梁端和塔端的减振器安装方式相同。

安装塔端延伸管前, 预先将连接法兰塞入预埋管内。用焊机将法兰和预埋管焊接牢固。将延伸管从HDPE管上解下, 用螺栓将其端部法兰与预埋钢管内的焊接法兰直接连接即可。

9张拉/固定端锚具内灌浆

灌浆前, 将灌浆管和出浆管接头与锚具连接。按要求配置砂浆, 并将其倒入灌浆泵中。启动灌浆泵, 将砂浆压入锚具内部, 直至砂浆溢出出浆软管口后, 将出浆软管弯折用钢丝绑扎, 继续灌浆保压2 min～5 min后停止灌浆。待浆体固化后撤除灌浆/出浆管。

10锚头处防腐

将锚头外的钢绞线按照规定长度进行切割, 切割后对钢绞线进行清洗, 防止被切割的碎屑挤压堵塞夹片之间的孔道, 影响油脂顺利通过。盖上保护罩, 用灌浆机向保护罩内灌注防腐油脂, 待泌浆口出油后停止灌油并关闭阀门。

11结语

斜拉索是斜拉桥的重要组成部分, 是主梁的直接承载力结构, 其施工质量的好坏直接影响斜拉桥的质量和使用寿命。在派河三桥斜拉索施工中, 其施工工艺不断创新, 施工机具得到改进, 施工更加安全、高效, 为同类桥梁的斜拉索施工提供科学的参考价值。

摘要：以安徽省派河三桥为依托, 从放索、安装、张拉、调索等方面重点介绍了环氧涂层钢绞线斜拉索安装的施工工艺技术, 工程实践表明, 该施工工艺先进, 已取得了满意的实用效果。

关键词：斜拉桥,斜拉索,放索,安装,张拉,调索

参考文献

[1]陈明宪.斜拉桥建造技术[M].北京:人民交通出版社, 2003.

[2]GTJ 041-2000, 公路桥涵施工技术规范[S].

[3]杨正华.斜拉桥动力特性的参数化研究[J].山西建筑, 2007, 33 (36) :304-305.

[4]费汉兵, 徐钦华, 赵军.环氧涂层钢绞线的现行标准[J].世界桥梁, 2007 (1) :68-71.

[5]黄坚强.环氧涂层钢绞线在矮塔斜拉桥中应用[J].公路桥梁企业科技与发展, 2007 (14) :109-110.

斜拉设备篇5

从上世纪50年代以来,世界范围内斜拉桥建设迅速发展,先后在欧洲、美国、日本等地出现大规模的建设潮。上世纪90年代,随着我国交通基础设施建设的崛起,斜拉桥的大规模建设逐渐转移到我国,目前我国已经是大跨径斜拉桥建设数量最多的国家。据不完全统计,我国内地已经建设了53座主跨跨径超过300 m的斜拉桥,位居世界第一,其中世界前10大跨径斜拉桥中有7座在我国内地,还有1座在我国香港特别行政区,参见表1。这些数字充分体现了我国大跨径斜拉桥的建设水平,其建设成就举世瞩目。

斜拉索是将斜拉桥桥跨的恒载以及活载传递到塔柱上的主要传力部件,是斜拉桥的生命索,其性能直接影响全桥的安全。斜拉索的材料通常是高强度冷拔碳素钢丝,强度在1 500 MPa以上,由于其长期承受交变荷载及自然环境的侵蚀,极易发生腐蚀现象。

2 斜拉索的检测类型

《公路桥涵养护规范》[1]第1.0.2条规定:“对于特殊桥梁,可遵循本规范的原则,针对不同情况与要求制定专门的养护管理规程”,因此,对于这些特殊大桥,养护手册与《公路桥涵养护规范》不完全一致也是有根据的。表2列出了国内外一些大跨径斜拉桥的检查分类情况,可见其检查分类总体上遵守《公路桥涵养护规范(JTG H11—2004)》中的检查分类,即经常检查、定期检查和特殊检查,但也有一些区别。例如,上海浦江桥隧公司(注:该公司承担上海多条高速公路和市政桥梁的运营与养护工作,其中包括杨浦大桥、南浦大桥和徐浦大桥等斜拉桥)将检测分成检查和监测,检查又分为日常巡检、经常性检查、定期检查和特殊检查[2];苏通大桥维护手册还专门提出了日常巡查的要求[3]。

美国将检测分为初步检查、常规检查、精密检查、深入检查和特殊检查,其初步检查类似于我国的经常检查,常规检查和精密检查类似于我国的定期检查,深入检查和特殊检查类似于我国的特殊检查[4]。日本本四联络高速桥梁株式会社(注:该单位承担着包括多多罗大桥在内的十几座大跨径缆索桥梁的运营与养护工作)将长大桥梁检查分为巡回检查、基本检查、精密检查、异常时检查、临时检查,其巡回检查和常规检查中的部分项目类似于我国的经常检查,基本检测中的部分项目和精密检查类似于我国的定期检查,异常时检查和临时检查类似于我国的特殊检查[5]。可见,不同国家的桥梁检查分类方法虽然不同,但大致也存在一定的对应关系。

3 经常检查的比较分析

我国《公路桥涵养护规范》规定经常检查要求每个月至少1次。表3比较了各规范和手册所规定的检查项目,从中可以发现,不同规范和手册规定的检查项目大致相近,主要可归纳为2点:目视观察拉索异常情况,观测拉索振动情况。

在实际运营过程中,斜拉索的振动观测更强调“日常性的”。因此,有必要对实际运营的桥梁增加日常性质的巡视检查(即“日常巡视”),观察斜拉索有无出现异常振动。日常巡视除了对斜拉索进行巡视外,还可对桥面行车道范围内各种病害、障碍物和保护区域范围进行巡视,及时发现不安全因素。如此一来,可以将经常检查分为日常巡视和经常巡检2部分,其中经常巡检部分的内容与《公路桥涵养护规范》中的经常检查基本对应,而日常巡视可与道路的日常巡视工作结合起来。

4 定期检查的比较分析

为了确保斜拉索的安全,斜拉索的定期检查主要包括外观检查、索力测试、无损探伤等。

4.1 外观检查

斜拉索外观检查主要是通过观察斜拉索的保护层,进而判断斜拉索是否受到水分及其他有害物质侵蚀,防护套及锚头防护装置有无破损。对于斜拉索的观察方式,没有规定具体的方法。作为定期检查,规范要求必须接近检查部位进行详细检查,而不是在远处进行观察。虽然望远镜是比较有效的辅助检查工具,但它并不能完全胜任斜拉索的定期检查,还必须借助其他工具来帮助检查人员到达斜拉索的高空部位。吊篮是帮助检查人员靠近斜拉索的可行设备,亦可以采用机器人来自动携带高清晰度光学设备进行检查。在《苏通大桥养护手册》、《南京三桥巡检手册》和《深港西部通道维护手册》中,都规定采用吊篮进行定期检查,见表4。

从检查频率的比较来看,《公路桥涵养护规范》、《公路桥梁养护管理工作制度》、《城市桥梁养护技术规范》均没有专门提及斜拉索的外观检查频率,但作为特殊结构桥梁的定期检查,应每年不少于1次。实践已经证明,斜拉索的锈蚀断丝现象比较严峻,必须加强斜拉索的外观检查,每年检查1次是必要的。需要强调的是,对斜拉索的定期检查不是简单的用望远镜来观察一下,而是要接近检查部位进行检查,如果对每根斜拉索都借助吊篮进行检查的话,工作量将非常大,对交通干扰也较为明显。笔者认为:(1)对斜拉索的锚头、阻尼器等,由于检查人员可以从桥面或索塔内部直接到达检查部位,检查成本相对较低,检查过程几乎不会干扰正常交通,且锚头附近是比较容易出现损伤的部位,建议每年对所有锚头进行一次定期检查;对于斜拉索桥面以上近距离范围内的斜拉索,可在桥面上目视检查,每年必须全部检查;(2)对于较高处的斜拉索自由段,由于检测人员无法直接到达,需要安装吊篮(或称为“拉索检修车”)来辅助检查,或者采用机器人之类的自动化检查设备进行检查,可吸取香港的深港西部通道斜拉桥的检查方式,即每次采取一定比例的抽检。

4.2 斜拉索锚固区检查

斜拉索锚固区包括钢护筒出口部位至锚头端部的区域,是斜拉索的易损区域,也是检查难度较大的部位。为了突出斜拉索锚固区检查的重要性,本文专门将其从4.1节的外观检查中提取出来,单独进行比较分析。

根据表5中的比较分析可以看出,《公路桥涵养护规范》所规定的检查项目涉及到锚头防锈保护、锈蚀、裂缝,防渗水情况、拉索与钢护筒之间的密封连接、拉索护套与锚头之间的连接情况、锚头后盖内部情况。然而,对于采用平行钢丝的斜拉索,《南京二桥》手册中提到了检查露出丝杆的长度,美国手册中也提到检查螺母是否松动。平行钢丝斜拉索在安装过程中,由于种种原因,会造成斜拉索的扭转,若其扭矩不能得到释放,就有可能在松动的情况下发生旋转,导致螺母位置发生变化。因此,在检查平行钢丝斜拉索锚头的过程中,需要关注一下螺母是否松动,建议将螺母位置作为检查项目。

4.3 索力检测

从理论角度看,在斜拉桥建成以后,斜拉索的索力不应该出现较大变化。但实际上由于可能存在交通荷载变化、塔或梁体变形、斜拉索损伤等不利因素,斜拉索的索力确实可能发生改变。根据表6的比较可以看出,《公路桥涵养护规范》和《城市桥涵养护技术规范》的检查最长间隔分别为6年和7年,香港的深港西部通道斜拉桥和美国则2年检查1次,南京二桥、苏通大桥、杨浦大桥、南浦大桥、徐浦大桥等每年检查1次。在问卷调查过程中,很多业主认为1年检查1次索力比较合理,此外,无论从检测难度还是从检测成本方面考虑,每年检查1次是可行的。因此,对于特别重要的大跨径斜拉桥,建议斜拉索的索力每年检查1次。

从检查方法来看,养护规范和手册都没有规定具体的方法,但从实际工程来看,斜拉索索力的常用检测方法包括振动法、千斤顶法、锚索计法,其中锚索计法对在役桥梁的索力检测难度很大,对运营期桥梁是不适合的。千斤顶法的检测比较直接,精度也比较高,但缺点是其检测成本相当高,不适合对每根斜拉索都用千斤顶法检测。振动法检测比较快速,成本最低,精度也有一定的保障,因此建议采用振动法进行索力检测,并对由振动法检测产生怀疑的拉索采用千斤顶法进行校核。

4.4 无损探伤

无损检测的目的是探测钢丝是否锈蚀或断丝等,现行规范和几本手册中均没有明确提及具体的测试方法。当斜拉索护套出现破损时,直接检测破损位置处内部钢丝的锈蚀或断丝是可行的,但当斜拉索护套没有明显损伤时,则无法用目视方法检查斜拉索内部钢丝情况,必须借助无损检测方法进行检查。目前,国内外拉索无损探伤检测并没有标准化的技术,还处于研究状态。美国《桥梁检查手册》中提到的方法有磁通量法和声发射法等,这些检测方法在国内斜拉桥缆索检测中还没有得到广泛应用。基于磁滞伸缩的缆索无损检测技术可能是当前解决斜拉索腐蚀和断丝探测的较好解决方案,近几年来取得了一定的进展,并在国内有了初步应用。

5 特殊检查

特殊检查包括专门检查和应急检查。根据《公路桥梁养护管理工作制度》的要求,特殊结构桥梁每5年至少进行1次特殊检查。特殊检查的要求不仅包括现场的检测,而且更重要的是根据检测进行分析与评估,尤其是斜拉索的承载能力评估。因此,在斜拉桥的特殊检查过程中,由养护工程师根据斜拉索的实际状况,判断需要检测哪些项目,进而检算、分析、评估斜拉索的承载能力,提出相应的养护建议。

6 结论与展望

本文比较了中、美、日斜拉桥的拉索检测规范和手册,对检查方法和频率做了分析,并提出了一些建议,主要结论如下:

(1)不同规范和手册的检查分类方法存在不同,但总体上差异不大。

(2)建议可以增加斜拉索的日常巡视检查,及时观察拉索的异常状况和振动。

(3)建议相关单位可研究开发拉索的便携式爬升设备,以协助检测人员或检测仪器到达检查部位,如拉索检修自爬升机器人。

(4)斜拉索外观和索力的定期检查建议每年开展1次,索力可采用振动法进行抽检,在必要情况下,采用千斤顶油压法进行校核。

(5)斜拉索的腐蚀与断丝检测技术仍处于研究中,其中基于磁滞伸缩理论的无损检测技术已经得到了初步应用,将具有较好的发展前景。

目前,我国斜拉桥的检查频率和检查深度的确定还主要依据经验方法,兴起于20世纪后期的桥梁工程风险评估理论和全寿命设计理论有望用于斜拉索的检测养护工作,即从风险和成本角度来定量确定何时检测、用何种方法检测以及采用何种检测深度,以最大程度降低桥梁运营期间的斜拉索失效风险和最大程度发挥有限的养护资金的功能,这些方法有望成为斜拉索检测和养护管理的决策依据。

参考文献

[1]JTG H11—2004公路桥涵养护规范[S].

[2]交公路发[2007]336号.公路桥梁养护管理工作制度[S].

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[7]苏通大桥建设指挥部,交通部公路科学研究院.苏通长江公路大桥维护手册[R].2008.

[8]本州四国联络桥公团.点检管理要领[R].2011.

斜拉索测试分析篇6

1 频率法测试原理

频率法是一种间接方法, 是在已知索长、两端约束情况、分布质量等参数的情况下, 将高灵敏度的加速度传感器固定在斜拉索上, 拾取拉索在振动激励下的振动信号, 经过滤波、信号放大、A/D转换和频谱分析即可测出斜拉索的自振频率, 进而获得索力。

对于张紧的斜拉索, 当其垂度的影响忽略不计时, 在其无阻尼时的自由振动微分方程为:

$E Ι \frac{\partial^{4} y}{\partial x^{4}} - Τ \frac{\partial^{2} y}{\partial x^{2}} + m \frac{\partial^{2} y}{\partial x^{2}} = 0$ (1)

其中, x为沿索向的坐标;y (x, t) 为索在t时刻垂直于索的挠度, t为时间;EI为索的抗弯刚度;T为索力, 假定沿索均匀分布, 并不随时间而变化;m为索单位长度的质量。

假定索的两端为铰支, 则该微分方程的解为:

$Τ = 4 m l^{2} (\frac{f_{n}}{n})^{2} - \frac{n^{2} E Ι π^{2}}{l^{2}}$ (2)

其中, n为自振频率的阶数;fn为第n阶自振频率;l为索的挠曲长度。由式 (2) 可得:

$f_{n} = n \sqrt{\frac{Τ}{4 m l^{2}} + \frac{n^{2} E Ι π^{2}}{4 m l^{4}}}$ (3)

根据索长而细的结构特点 (长度一般都是其直径的500倍以上) , 索的抗弯刚度与索长的4次方相比很小。那么, 在阶次n不太大的情况下, 根号内的第二项比第一项要小得多, 对频率的影响很小, 大多数情况下, 可以忽略不计, 则式 (3) 可简化为:

$f_{n} = n \sqrt{\frac{F}{4 m l^{2}}} = n f_{1}$ (4)

其中, f1为拉索基频。

频谱图表现为间距完全相等的谱线, 完全可以判断出哪些谱线是索的自振频率fn及其阶数n, 因此索力计算公式简化为:

$Τ = 4 m l^{2} (\frac{f_{n}}{n})^{2}$ (5)

然而实际的斜拉索索力除了受到上面提到的拉索抗弯刚度的影响外, 还受到拉索的垂度、减震器、环境温度等诸多因素的影响。以安庆长江大桥为例, 我们对这些影响因素进行了分析。

2 频率法测索力影响因素分析

2.1 斜拉索垂度的影响

实际上在索自重的作用下, 斜拉索是有垂度的, 垂度大小受到索力影响, 属于非线性构件。拉索垂度的存在增加了拉索在竖直平面内的弯曲刚度, 使拉索的频率增加, 因此不考虑垂度的影响将使算得的索力偏大, 并且垂度越大, 应力越小, 误差就越明显。为了分析拉索垂度对索力的影响, 特引入无量纲参数K:

K=H/β (6)

$β = (\frac{W^{2} L^{5} A E_{S}}{24 L_{S}^{5}})^{1 / 3}$ (7)

其中, H为索力的水平分量;L为索的水平投影长度;W为单位长度拉索的重力;A为索的截面面积;ES为索的弹性模量;LS为索的弦长。

研究表明, 当K>1.5时, 索力和索伸长之间存在着线性关系:当K>1.5时, 静力分析可以不考虑垂度的影响;当K>2.5时, 拉索垂度对斜拉索固有振动影响很小, 此时无论是动力分析还是静力分析, 垂度的影响均可忽略不计。

以安庆长江公路大桥最长的垂度较大的16号索为例, 其在施工二张拉力作用下:W=746.339 N/m;LS=275.291 m;L=240 m;A=0.007 7 m2;ES=1.95×105MPa;H=2.685×106N, 得到β=1.09×106, K=2.46。

通过对第16号索的计算分析表明:在静力分析时可以不考虑垂度的影响, 在动力分析时垂度的影响也很小。为了验证以上的结论, 我们用实测频率按照式 (5) 进行计算, 再和张拉时油压表读数进行比对。

其中, 相对误差 $= \frac{索力 - 油压表读数}{油压表读数} \times 100 ％$ 。

从斜拉索的实测索力与油压表数据比较来看, 相对误差基本都在5%以内。这表明, 只要保证参数K在一定范围内, 垂度的影响是可以忽略不计的。

2.2 斜拉索抗弯刚度的影响

用频率法测量拉索索力时, 在测得拉索的振动频率后, 用简单的不考虑拉索抗弯刚度的方式来推算拉索的索力不会造成太大的误差。拉索抗弯刚度的存在将使拉索的频率增加, 不考虑这种影响, 将使算得的索力偏大, 这种误差对于一般长度的斜拉索来说较小, 对于特别短的索则可能达到5%～7%。为了消除拉索抗弯刚度产生的误差, 可以用式 (8) 来修正拉索索长, 得到我们所要的索力:

L=L0-0.4× (D/0.1) 3 (8)

其中, L为斜拉索计算索长;L0为斜拉索上下两端索孔锚板中心的几何距离;D为斜拉索直径。

2.3 减震设备的影响

常见的减震器有两类:液压减震器和橡胶减震器。液压减震器相当于一个阻尼元件, 橡胶减震器除了提供阻尼以外, 本身还有一定的刚度, 其相当于阻尼与弹性的组合元件。减震设备的安装不但消除了斜拉索的部分振动能量, 而且因为其约束作用缩减了斜拉索的有效长度, 从而提高了拉索的自振频率。因为减震器对拉索频率的影响比较复杂, 用理论来确定这种影响比较困难, 所以我们采用试验方法, 通过测量每一根拉索安装减震器前后的频率变化, 来反映这种影响。

试验结果表明, 减震设备的安装并没有明显影响到斜拉索的频率, 其原因是安庆长江公路大桥斜拉索较长, 橡胶减震器对斜拉索有效长度的影响和其引起的附加刚度都比较小。

2.4 环境温度的影响

为了准确把握环境温度对斜拉索振动频率的影响, 我们对安庆长江公路大桥江侧上游的NJ8和NJ16两根斜拉索进行了跟踪测试, 了解其日变化规律。

由此次试验结果可知, 北塔江侧NJ8S号索全天索频率标准偏差0.001 893 827, 北塔江侧NJ16S号索全天索频率标准偏差0.001 258 736, 这表明环境温度对频率的影响并不大。不过由于斜拉桥是由钢材和混凝土组成, 二者线膨胀系数相差较大, 相同的温度变化引起的变形不一致。晚上无日照, 温度变化小, 此时结构构件各部分温度基本接近, 而且因温差及其他外力因素引起的滞后变形已产生。因此, 应尽量选择在夜晚温度比较平稳的某个时间段进行索力测量, 以避免温度和日照对索力的影响。

2.5 相近斜拉索之间的相互影响

斜拉桥是一个超静定结构, 当某一根斜拉索受损伤时, 整个结构受力状态会内部自调, 其承担的荷载会转移到附近的几根斜拉索上。为了解斜拉索受力之间的相互影响规律, 我们在安庆长江大桥斜拉索张拉期间, 对整座桥已张拉斜拉索的频率进行了多次反复测量, 发现斜拉索在二张阶段的频率相比一张阶段频率要增大19%～25%, 并主要影响到邻近3根索的频率, 虽然其影响大小难以用一个准确的公式或数据来说明, 但其影响规律却很清晰, 与当前张拉索靠得越近, 其频率受影响越大, 相应地其索力受影响也越大。并且我们还可以看到, 在梁段吊装过程中, 后面梁段的吊装主要影响附近3个梁段斜拉索的频率, 再往前梁段的斜拉索频率受到的影响就变得很小, 大部分在2%的范围内。

3 结语

频率法被广泛采用, 但也由于它本身的一些先天性缺陷造成精度上的不足。如果要想得到比较准确的索力, 应重点关注拉索的垂度、拉索的抗弯刚度、减震器、测量条件和温度对索力的影响, 同时注意索力之间的相互影响规律对整个桥梁索力分布的影响。

参考文献

[1]李国豪.桥梁结构的稳定与振动[M].北京:中国铁道出版社, 1992.

[2]宋一凡.公路桥梁动力学[M].北京:人民交通出版社, 1999.

斜拉桥损伤分析篇7

关键词：斜拉桥,损伤部位,原因

虽然我国的斜拉桥建桥历史不长,但是由于斜拉桥设计规范和理论的不完善、施工质量问题以及运营交通量剧增等多方面的原因,目前相当数量的斜拉桥已提前发生损伤,导致结构的退化,甚至出现安全性问题[1]。为了防止斜拉桥安全性问题的出现,如果能够根据斜拉桥的病害资料找出斜拉桥的易损部位以及由于各种原因引起的斜拉桥损伤形态,建立斜拉桥的损伤模式库,对于斜拉桥的损伤识别和健康监测系统的发展将是非常有意义的。

本文通过搜集和整理斜拉桥的病害及其成因分析资料,总结出斜拉桥容易产生损伤的部位和产生损伤的原因,以用于斜拉桥损伤模式库的建立。

1 斜拉桥病害及成因分析

1.1 拉索损伤

1)电化腐蚀引起的损伤。腐蚀是拉索损坏的主要原因。氧气、水、氯离子、持续作用于高强钢丝的拉应力等因素都会引起钢材腐蚀,产生应力腐蚀裂缝和氢化断裂[2]。搜集的资料中有17座斜拉桥的拉索发现锈蚀现象,占斜拉索损伤情况的52%,也就是说斜拉桥的损伤有75%是斜拉索损伤,而斜拉索的损伤有50%以上是由于腐蚀引起的。所以跨海斜拉桥应当非常注意斜拉桥的防腐问题。

2)振动影响引起的损伤。斜拉桥刚度较小,在车辆、风荷载、风雨联合作用下容易产生振动,在拉索中产生很大的应力变化,在某些情况下,甚至会产生反向应力,使得拉索对桥梁的振动更为敏感,激烈的振动会大大加速钢索防腐层的磨耗或破损,影响防腐保护体系的完整,加剧拉索的腐蚀。搜集的资料中有9座即27%的斜拉索损伤是由于风雨荷载或者风、车辆耦合荷载引起斜拉索振动导致钢护套振坏而发生的。

3)施工质量及养护不当。由于制作质量、施工质量差,高强钢丝有接头、机械损伤、刻痕、断丝等情况;热挤PE护套因温度、含水量、均匀性、光泽控制不好、外表被划伤而减少使用寿命;钢丝的墩头裂纹、冷铸材料强度不够、锚具密封不严、环氧混合料灌注的密实程度不够都将导致斜拉索锚具的腐蚀。搜集的资料中有6座即18%的斜拉索损伤是由于施工质量和养护不当引起的。

1.2 主梁损伤

1)腐蚀引起的损伤。斜拉桥一般建于大江大河,甚至跨海而建,暴露于空气中,接触土壤和水,斜拉桥中的金属构件会受到金属腐蚀。腐蚀势必降低结构的耐久性,影响结构的使用性能,甚至危及结构的安全性。搜集的资料中17座斜拉桥主梁发生的损伤有2座即12%是由于主梁金属构件锈蚀引起的。

2)设计不当引起的损伤。在设计中计算考虑不周,配筋不合理,结构尺寸不足,构造处理不当都会导致结构损伤,这种损伤甚至是致命性的。调查的斜拉桥中有5座斜拉桥的主梁损伤是由于设计不当引起的,占主梁损伤总数的29%。当然,结构产生的损伤不一定是某一种单一的因素引起的,就所有的损伤而言,有大部分是由于设计考虑不周,施工质量不高而在某种外界环境或荷载的诱发下产生损伤。

3)施工质量差引起损伤。由于施工质量产生的裂缝种类很多,施工时局部缺陷或施工工艺不当就会首先在受力最不利、强度最薄弱的部位出现病害,局部的质量退化会发展成总体的质量退化。这种局部病害不断发展,将会引起整体质量的下降。调查的斜拉桥中有7座斜拉桥的主梁损伤是由施工质量差所引起的,占主梁损伤总数的41%。

4)车辆超载、冲击引起损伤。由于交通运输的发展以及设计、施工等方面的原因,大部分桥梁处于超载运行状态,使结构的作用超过了抗力,导致结构损伤。在所调查的斜拉桥中有4座斜拉桥的主梁损伤是由超载冲击所引起的,占主梁损伤总数的24%。

5)成桥状态的改变引起结构的损伤。成桥状态改变包括斜拉索索力改变,主梁线形改变,桥塔发生挠度变形。斜拉索索力的变化导致主梁和桥塔内力的变化,使某些部件的弯矩或内力增大,在反复荷载作用下甚至导致主梁下挠、桥塔内弯等永久变形,在结构上产生二次内力,造成关键部位如跨中、塔根处的损伤,甚至使桥梁失效。反之,主梁由于混凝土徐变影响、施工误差、预应力钢绞线应力损失、使用荷载超限等原因产生下挠或者桥塔在日照、应力反复作用下发生永久性挠度变化都会导致索力的变化。如此相互影响,使结构产生损伤。在所调查的斜拉桥中有5座斜拉桥的主梁损伤是由成桥状态的改变所引起的,占主梁损伤总数的29%。

1.3 索塔的损伤

在所调查的病害资料中,有6座桥即14%的斜拉桥发生了索塔的损伤。

1)索塔挠度变形。索塔是斜拉桥的基本构件之一,其产生挠度变形的原因有:a.由于索塔两侧斜拉索的拉力不等,而使索塔在顺桥向产生挠度变形;b.由于索塔受风力、日照等外界环境因素的影响而产生挠度变形;c.由于设计与施工的不合理性,使索塔产生额外的变形。

2)索塔裂缝。索塔上裂缝的影响因素较多,比如施工中的温度变化、混凝土水化热太大、混凝土收缩、材料质量不合格、施工质量差等施工因素在索塔上产生裂缝;索力、温度的交错变化对索锚固区的混凝土产生一种疲劳作用,使索塔造成疲劳损伤,导致索塔锚固区的混凝土过早出现裂纹,影响索塔结构的正常使用;索与塔锚固区的集中应力。

3)塔架横梁裂缝。因成桥状态的变化而导致的塔架支座压力增大使塔架支座横梁出现剪切裂缝。

1.4 附属结构的损伤

在所调查的病害资料中,有6座桥即14%的斜拉桥发生附属设施的损伤。

1)伸缩缝的损伤。伸缩缝的损伤对整个桥梁结构的影响很大,如济南黄河大桥的主桥和引桥之间的伸缩缝严重损坏,引起车辆的跳动,跳动的车辆对桥梁产生冲击作用,最后导致附跨箱梁端部直腹板上出现许多斜裂缝;上海泖港大桥吊梁与主梁悬臂端连接处的伸缩缝因老化渗入水而引起斜拉索锚头、锚垫板的锈蚀。

2)支座的损伤。斜拉桥的边跨辅助墩上的支座设置的是受拉压双向作用的支座,荷载作用于中跨时受拉力作用,荷载作用于边跨时受压力作用。由于这种车辆荷载的反复作用和支座零件暴露于空气中受到腐蚀,双向支座比较容易发生损伤。

3)桥面铺装的损伤。如2003年9月,武汉白沙洲大桥发现路面多处沉降,沥青混凝土出现大面积滑移。泰国的湄南河桥是单索面钢箱梁斜拉桥,通行不久桥面(沥青铺装层)已有不少由扭矩引起的开裂。

2 易损部位分析结论

1)斜拉桥最容易引起损伤的部位是斜拉索,主要是由于锈蚀引起的。2)斜拉桥容易引起损伤的其次部位是主梁。如双塔斜拉桥主梁的跨中截面、塔根截面处、尾索锚固截面等均为易损截面。3)斜拉桥容易引起损伤的再次部位是索塔。

3 结语

斜拉桥的结构形式多样,每种形式都有其自身特点,因而系统性地研究斜拉桥这种桥型的共性损伤特点是比较难的,但是关于斜拉桥这一桥型损伤特点的研究对斜拉桥健康检测系统和斜拉桥检测、养护、管理的实施是非常有意义的。

参考文献

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