桥梁斜拉索防护用涂料及涂装工艺研究

斜拉索作为斜拉桥的主要承重部分,其聚乙烯护套常常产生不同程度的老化、开裂和破损现象,使护套内的钢丝束发生锈蚀、断丝等。基于桥梁斜拉索腐蚀原因和目前我国斜拉索防腐技术、聚乙烯护套的涂装性能和涂装环境分析,探讨斜拉索聚乙烯护套防护用氟碳涂料及其配套的涂装工艺,为桥梁斜拉索的防护提供参考。     

港珠澳大桥超高强度平行钢丝斜拉索设计与技术研究

港珠澳大桥青州航道桥和江海直达船航道桥均采用斜拉桥,斜拉索均采用平行钢丝索。为减小索体阻风面积、减轻重量,在国内首次设计采用1 860MPa钢丝斜拉索。为确保斜拉索技术性能并提高其耐久性,对钢丝关键技术参数进行了研究,对锚具材料及构造尺寸进行了理论计算和设计,并试制成品索开展了物理模型试验。结果表明,钢丝抗拉强度不低于1 860MPa;扭转次数不小于12次;在规定条件下疲劳应力幅达410MPa以上;表面采用锌-5%铝合金镀层防腐性能优;试制成品索的锚固、疲劳及水密性性能均满足规范及设计要求,可应用于港珠澳大桥。     

爆炸作用下钢绞线斜拉索破坏模式和剩余承载性能试验

为研究爆炸荷载作用下斜拉桥钢绞线斜拉索的破坏模式和剩余承载性能,开展了8根15.7-7钢绞线斜拉索试件的野外爆炸试验以及爆炸损伤钢绞线的静力轴向拉伸试验,得到了钢绞线斜拉索在接触爆炸及近距离爆炸作用下的破坏形态和损伤钢绞线的剩余承载力;并根据断丝数量和承载力损失定量比较了高密度聚乙烯护套(HDPE)、单层钢管护套(SST)、双层钢管护套(DST)以及泡沫铝夹层钢管护套(FAFST)4种不同防护措施的抗爆防护效果。研究结果表明：在接触/近距离爆炸作用下,钢绞线斜拉索的损伤破坏主要表现为正对爆炸作用区域部分钢丝断裂和局部横向变形;采用FAFST防护可以有效地改善钢绞线斜拉索的破坏程度,HDPE防护效果有限;相较于无防护的祼索,SST与DST防护反而加剧了斜拉索试件的损伤程度;爆炸损伤钢绞线的剩余承载力与剩余钢丝数量成正比。基于试验结果和回归分析方法,提出了爆炸损伤钢绞线斜拉索剩余承载力评估的实用公式,可以在爆炸灾害后根据钢绞线断丝破坏情况,快速评估斜拉索的剩余承载能力。     

运营期桥梁斜拉索的技术状况检测

某桥为主跨232m独塔双索面预应力混凝土斜拉桥,至今运营了约19年,斜拉索采用7mm镀锌高强钢丝,抗拉强度标准值1 600 MPa。为了掌握运营期斜拉索的耐久性技术状况,评定其是否处于安全状态,对该桥的斜拉索相关组成构件进行了较为全面详细的检测,运用机器人无损检测技术对拉索内部钢丝锈蚀率和断丝情况进行了量化检测,分析病害产生原因和严重程度,结合斜拉索索力和结构线形进行了综合拉索受力安全分析。检测结果表明:该桥有占总数78.8%的斜拉索存在不同程度的PE护套破损病害;PE护套出现开裂或断裂的斜拉索钢丝均出现了锈蚀,其中斜拉索钢丝截面的最大锈蚀率在1.08%~4.93%之间,但尚未发现断丝情况。根据当前技术状况,对斜拉索索力安全系数进行检算,其结果满足规范要求。     

大跨径悬索桥2000 MPa主缆索股性能试验研究

近年来,悬索桥向更大跨径及更高荷载发展,主缆索股钢丝强度提升至2 000 MPa。为充分了解2 000 MPa主缆索股的使用性能,采用室内试验方法,对抗拉强度为2 000 MPa的主缆索股进行了静动载试验、抗滑移试验及抗腐蚀试验。综合试验结果表明:1) 2 000 MPa主缆索股在达到破断荷载时,索股极限延伸率、钢丝断丝率及效率系数均满足规范要求,锚具结构及强度合理; 2)经200万次疲劳试验后,索股断丝为0,疲劳后的拉伸试验效率系数超过95%; 3) 3组索夹抗滑移试验所测的抗滑摩阻系数均大于0. 3,大于规范取值0. 15; 4)锌铝合金镀层的防腐技术提高了主缆索股的抗腐蚀寿命,经抗腐蚀试验测得的抗腐蚀寿命为镀锌钢丝的2倍。2 000 MPa主缆索股的性能试验为悬索桥的更高强度主缆应用奠定了基础。     

鸭绿江大桥锌铝合金镀层钢丝技术研究及质量控制

锌-铝合金镀层钢丝是在目前镀锌钢丝的基础上发展起来的一种耐久性更好的新型桥梁用缆索材料,使用该材料可提高斜拉桥斜拉索的寿命。中朝鸭绿江界河公路大桥为我国目前为止最大跨径的界河桥梁,也是目前国内首座全桥斜拉索使用锌铝合金镀层钢丝的大型桥梁。主要介绍锌铝合金镀层钢丝的防腐机理和技术特点、本桥斜拉索锌铝合金镀层钢丝的技术要求、工艺流程及其技术难点、批量化生产及质量控制情况,供以后同类工程借鉴和参考。     

马鞍山长江公铁大桥2100MPa高强度钢绞线斜拉索及锚具研制

巢马铁路马鞍山长江公铁大桥副汊航道桥为(58+168+392+168+58) m双塔三索面钢桁梁斜拉桥,斜拉索设计采用抗拉强度2 100 MPa、抗疲劳应力幅280 MPa的?15.2 mm低松弛PE镀锌钢绞线拉索。为保证高强度钢绞线斜拉索的力学及锚固性能,根据其技术指标要求,在1 860 MPa钢绞线基础上,研制2 100 MPa钢绞线及配套锚具。通过提高钢绞线原材料盘条中C、Si、Mn元素含量及改进钢丝拉拔工艺,选择直径14.0 mm的PQS92Si-HT盘条为2 100 MPa钢绞线原材料。为提高钢绞线的锚固性能,夹片选择20CrMnTi钢,夹片长度52 mm、牙高0.45 mm、锥角6°10′、表面粗糙度Ra3.2以上且表面硬度不低于56 HRC。根据2 100 MPa钢绞线锚具的载荷变化和现行锚具锚板的材料性能,锚板选择40Cr钢,并进行调质处理。对研制的2 100 MPa钢绞线及配套锚具进行单孔锚及斜拉索锚具组件疲劳试验及疲劳后静载试验。结果表明：研制的2 100 MPa钢绞线及其锚具组件均满足规范要求,可应用于马鞍山长江公铁大桥副汊航道桥。     

虎门二桥1960 MPa主缆钢丝及索股关键技术

依托虎门二桥坭洲水道桥(主跨1 688m的双塔双跨悬索桥),系统开展了1 960MPa主缆钢丝及索股的技术开发。研制了适用于在线水浴、离线盐浴、离线铅浴等不同索氏体化方式的国产1 960 MPa钢丝盘条,性能指标优于国外同类产品。通过超高强度钢丝拉拔工艺、"双镀+电磁抹拭"热镀锌铝工艺、稳定化处理工艺,研发了抗拉强度达1 960MPa、扭转次数≥14次的高强度锌铝合金镀层钢丝,并形成完整的生产工艺体系。开发了1 960 MPa悬索桥主缆索股技术及具有优异锚固性能、静载性能、抗疲劳性能和抗滑移性能的锚固系统,实现了30 000余吨1 960 MPa镀锌铝合金钢丝索股在虎门二桥工程中的应用。     

碳纤维索股粘结型锚具疲劳试验研究

为研究新研发的碳纤维索股内套管锥形粘结型锚具的抗疲劳性能,进行了应力水平为629～704.48MPa的200万次疲劳加载试验,测试了体现锚固性能的各项指标,分析了锚具各组件之间的相对位移量、锚固区碳纤维丝表面粘结力及疲劳后的残余极限承载力的变化情况。试验结果表明：各组件之间的相对位移量很小,且主要发生在前50万次循环加载过程中,之后趋于稳定,各组件之间相互协调性非常稳定;锚固区碳纤维丝表面粘结力失效程度小;锚环外表面环向应变几乎无变化,锚环工作状态良好;相比静力极限承载力,锚固系统疲劳后的残余极限承载力不会降低;该新型锚具抗疲劳性能优秀,在长期使用过程中具有很高的安全储备。     

斜拉桥斜拉索防腐保护问题分析与建议

斜拉桥斜拉索的腐蚀破坏将直接影响桥梁结构的安全与使用寿命,国内、外已出现大量由于斜拉索破坏而进行换索的典型案例.目前斜拉桥斜拉索的常用防护形式为高密度聚乙烯(HDPE)护套,该类护套易发生开裂和老化而导致斜拉索锈蚀.为了研究斜拉索的防腐保护问题,对HDPE护套防护破坏的因素:索体交变应力、HDPE原材料特性、自然环境、施工作业方式和斜拉索的不均匀截面形状等进行分析,在此基础上提出采用长纤维增强护套结构以及在斜拉索护套与斜拉索之间设置粘弹性隔离层的防护建议.     

桥梁缆索用锌-铝合金镀层钢丝技术及应用

如何提高桥梁缆索的耐久性是桥梁建设者一直高度关注的问题。系统介绍耐久性能更好的桥梁缆索用锌-铝合金镀层钢丝的发展历史、防腐机理、技术指标、试验检验情况以及锌-铝合金镀层钢丝缆索的国内外技术标准和目前应用推广情况。     

大跨径斜拉桥拉索破损断裂性能的研究

从线弹性断裂力学理论出发,对雅砻江桐子林斜拉桥拉索的病害、索力及破损安全进行了初步分析。通过现场试验得到平行钢丝拉索的恒载索力,全桥39%拉索索力超过设计索力5%,13%拉索索力超过设计索力10%,2-1号拉索索力超设计索力16.5%。采用含半椭圆表面裂纹的圆杆受远场均匀拉伸应力作用裂纹模型,对钢丝的断裂安全评估表明,裂纹应力强度因子KI最大值小于材料断裂韧度KIC,钢丝中的裂纹不会在静态下失稳扩展。PE护套防护作用失效是造成索内钢丝锈蚀的直接原因,钢丝锈蚀是造成拉索断裂的重要原因。     

虎门二桥坭洲水道桥主缆1960MPa锌铝合金镀层钢丝锚固试验研究

虎门二桥坭洲水道桥为(658+1 688)m双塔双跨悬索桥,主缆采用公称直径5mm、公称抗拉强度1 960MPa锌铝合金镀层钢丝,钢丝采用国产高强钢丝盘条(青钢、宝钢)制作。为得到该桥钢丝的灌锚工艺参数,确保钢丝锚固性能,对2种钢丝进行锚固试验,分析不同浓度的清洗助镀液、不同灌锚温度和不同锚固长度对钢丝锚固性能的影响。结果表明:合理的ZnCl2·NH4Cl清洗助镀液浓度对钢丝与锌铜合金的粘结强度的增加有一定的作用,最佳浓度为100g/L;清洗助镀液浓度为100g/L时,灌锚温度对于钢丝强度有一定的影响,灌锚温度460±10℃是比较合适的温度;青钢、宝钢国产盘条加工的钢丝最小锚固长度分别为80mm、100mm;拟选锚杯锚固段尺寸(过渡段145mm,锚固段290mm)完全能够满足锚固需要;索股的破断荷载满足设计及相关验收规范的要求。     

混合梁自锚式人行悬索桥设计

曹娥江步行桥为(35+37.5+100+37.5+35)m混合梁自锚式悬索桥,半飘浮约束体系,桥面总宽7.5 m。全桥设置2根主缆,主缆采用锌铝合金镀层钢丝,抗拉强度1960 MPa。吊索采用环氧涂层预应力钢绞线,抗拉强度1860 MPa。主跨、边跨加劲梁为钢箱梁,锚固跨为预应力混凝土箱梁。桥塔为有上、下横梁的框架式混凝土结构,基础采用大直径嵌岩桩。桥梁采用“先梁后缆”的施工顺序,体系转换采用无应力状态控制法。主索鞍采用预偏技术施工,有效控制桥塔弯矩,保证结构安全。     

主跨588 m非对称矮塔公铁两用斜拉桥设计研究

商合杭铁路芜湖长江公铁大桥受建设条件限制,主桥设计为主跨588m的非对称矮塔斜拉桥。主梁采用双层桥面箱—桁组合结构钢梁,下层铁路桥面为钢箱结构,上层公路桥面为密横梁体系的正交异性钢桥面板结构。该主梁结构具有强箱弱桁的受力特性,解决了该桥塔矮、索平以及主梁水平轴力大的问题。斜拉索采用抗拉强度2 000MPa的高强度锌铝合金镀层平行钢丝拉索,以承受高达1.5×10~4 kN的斜拉索轴力。将斜拉索锚固于主梁下弦,使斜拉索获得相对较大的倾角从而提高结构体系刚度。芜湖侧桥塔墩基础采用平面尺寸为65m×35m的大型设置沉井基础,克服了该侧桥塔墩基础深水、裸岩的困难建设条件。     

大跨度地锚式斜拉桥换索施工技术

郧县汉江大桥为(86+414+86)m地锚式预应力混凝土斜拉桥,每塔两侧各布置2×25根斜拉索。检测发现:斜拉索索力和设计理论状态误差较大,PE护套损伤,钢丝锈蚀严重,斜拉索系统属于四类部件。为确保桥梁结构的长期安全,结合该桥斜拉索体系病害情况,运用等强度换算原理,设计新斜拉索[采用镀锌平行钢丝、PES(HD)低应力全防腐索体、全防水结构等多项技术],替换全桥旧斜拉索。斜拉索更换顺序为病害斜拉索优先,单塔对称、双塔反对称,由长索到短索的原则进行更换。有限元结果表明,在整个换索过程中,斜拉索、主梁和桥塔结构变形、应力和强度验算均能满足规范要求。换索施工工序为旧索放张→旧索拆除→新索安装与张拉→索力调整。通过优化施工工艺,长索单塔换完后,2个点4根索同时更换,将换索工期降低到120d,极大地缩短了施工工期。     

CFRP丝股新型锚固系统受力分析及试验研究

为解决CFRP丝股现有内锥形锚具锚固区的径向挤压应力分布不合理及丝股在受荷端存在弯折等问题，研制了双筒黏结型锚具。该新型锚具在传统内锥形锚具内，置入一个带有多条纵向切缝的钢质套管，套管切缝的宽度沿纵向渐变，则套管的径向收缩刚度随之渐变，此举可避免小孔端挤压应力过大，以实现径向挤压应力的合理分布。套管包裹住CFRP丝股，以环氧树脂作为黏结介质，并对锚具进行预紧。利用ANSYS软件对6组不同丝间距和套管壁厚的新型锚具进行受力模拟，得出最优锚具设计尺寸参数，探明了锚固区筋材应力分布情况；制作现有传统内锥形锚具及新型锚具，对19丝Φ5的丝股进行静力拉伸试验，并对各影响因素进行分析。结果表明：新型锚具锚固效率系数可达到110%,相比普通内锥形锚具提高了近30%;丝间距以1～2 mm为宜，丝间距越小锚固性能越好；套管、预紧力对提高锚固性能影响很大，套管的壁厚在4～6 mm为宜，在此范围内壁厚越大，丝间距对锚固性能的影响越弱；预紧力大小约等于锚固系统极限承载力时，锚固效率相对于无预紧作用提高12%。     

基于多指标融合的斜拉索可靠性评估

在斜拉桥服役过程中,斜拉索属于易损构件,控制着全桥的性能优劣,因此有必要通过多种指标对其进行可靠度评估。提出一种基于多指标融合的斜拉索可靠性评估方法,从安全性和耐久性两方面入手,分别以运营状态下拉索应力、汽车荷载应力幅、拉索基频、拉索服役时间及PE护套损伤情况为判别指标,利用模糊数学的方法进行基于客观限值指标模糊等级的划分,确定指标隶属度向量并汇总形成隶属度矩阵,随后通过层次分析法确定指标初始权值向量。最后,将隶属度矩阵和指标初始向量进行模糊运算,通过最大隶属度原则完成斜拉索可靠性的最终评估。经工程实例验证,本方法能有效综合各指标的客观限值与专家主观经验,较为准确地评估斜拉索的可靠性,评估结果与现行规范适应性较好。     

桥梁缆索断面钢丝腐蚀进程差异性试验

为实现桥梁缆索断面内高强钢丝腐蚀进程差异性量化表征，进而支撑该类构件在服役期内的强度退化模拟与承载力评定等工作,以镀锌钢丝缆索为对象，采用旧索构件破除实测与人工加速腐蚀试验相结合的方法，构造相邻层钢丝腐蚀进程差异性指标，研究了实际服役环境下的平行钢丝缆索断面腐蚀进程差异性。进一步考虑缆索断面构造特征及护套可能出现的病害类型，通过捆绑试件加速腐蚀试验，研究试验环境下平行钢丝缆索断面腐蚀进程差异性,护套破损对断面腐蚀进程差异性的影响以及钢绞线内外丝腐蚀进程差异性。研究结果表明：护套整体老化失效时，平行钢丝缆索断面相邻层钢丝总体腐蚀进程差异系数不拒绝正态分布，均值与变异系数分别为0.675 8、0.254 3;实际服役环境下总体腐蚀进程差异系数均值水平更高、变异性更强，腐蚀介质沉积效应对缆索断面钢丝腐蚀进程差异性的影响因破损形态而异；随着腐蚀时间的延长，断面总体腐蚀进程差异性逐渐减弱，钢绞线内外丝总体腐蚀进程差异系数概率分布特征由对数正态分布向正态分布过渡。     

东莞滨海湾大桥主桥总体设计

东莞滨海湾大桥主桥采用对称空间扭索独柱塔斜拉桥，跨径布置为(60+200+200+60) m,塔梁固结体系。桥塔采用钢-钢壳混凝土混合塔，高149.8 m,中、下塔柱采用钢壳混凝土组合结构，利用钢材的可塑性满足桥塔建筑造型及外观质量的需求，利用内、外壁钢壳与混凝土的相互约束作用提高钢结构稳定性并形成核心混凝土，充分发挥两种材料优势；上塔柱采用纯钢塔，局部构件传力清晰且有效减轻结构自重；钢塔柱与钢壳混凝土组合塔柱交界面通过承压隔板、塔壁板、竖向加劲肋等保证传力连续。主梁采用分离式钢箱梁，全宽60 m。塔梁固结处桥塔结构连续，主梁通过局部加厚的顶、底板及多道纵、横隔板与桥塔连接。斜拉索为锌铝合金镀层平行钢丝索，标准抗拉强度1 770 MPa。结构分析表明，该桥静力、抗震、抗风性能均满足规范要求。该桥利用BIM平台融合建筑、设计、计算、钢结构智能化制造及装配化架设等应用场景，可为类似桥梁建设提供参考。