平行钢丝与钢绞线拉索体系比较研究
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亜杨吉机等:平行钢绞线和平行钢丝斜拉索对比分析设平行钢绞线和平行钢丝斜拉索对比分析杨吉新,喻桥,石旷,鲁晓威(武汉理工大学,湖北武汉430063)摘要:斜拉索种类的选择是斜拉桥设计时必须要考虑的重要因素,目前斜拉桥使用的斜拉索主要是平行钢丝斜拉索和平行钢绞线斜拉索,而这两种斜拉索又各有特点,在很多方面还是存在较大的差别。
为此,本文通过从拉索材料、制造工艺、张拉方法、张拉力的确定、力学性能、索力测量控制等方面对比分析两种拉索的优缺点,并结合桥梁设计理论分析两种拉索的适用性,为斜拉桥设计时斜拉索种类的选择提供一定的理论参考。
关键词:斜拉桥;斜拉索;张拉力;力学性能;索力测量中图分类号:U44&27文献标识码:A文章编号:1673-5781(2019)01-0038-030引言斜拉索作为斜拉桥的重要组成部分,其制造工艺、使用材料、结构形式随着斜拉桥形式和跨径的发展而不断变化,但是总的来说主要有两大类型,分别是钢丝斜拉索和钢绞线斜拉索。
在20世纪50年代到80年代,高强度的钢丝是大跨度斜拉桥斜拉索的主要选择,为了减小成索直径,一般将钢丝紧密平行排列,所以称之为平行钢丝斜拉索。
而从20世纪80年代开始,大跨度斜拉桥开始采用钢绞线斜拉索。
最初的钢绞线斜拉索孔隙率较大。
直到20世纪90年代,为了降低钢绞线的孔隙率,紧密型钢绞线斜拉索被提出,并在法国诺曼底大桥中成功应用⑴,从此钢绞线斜拉索开始不断发展。
作为目前斜拉桥主要采用的拉索类型,两者各有优缺点,为 T更好地选择拉索类型,需要全面对比分析两者的区别。
1基本概况对比1.1使用材料平行钢丝拉索直接由镀锌高强钢丝制成;同样平行钢绞线拉索所用的材料也是高强钢丝,不同的是它是先由多根高强钢丝(一般为5根或者7根)拧成一股成为钢绞线,再由钢绞线制成斜拉索,使用的钢绞线可以是光面钢绞线、镀锌钢绞线、环氧涂层钢绞线和超耐久性钢绞线。
从使用材料来看,两者并无本质区别,只是钢绞线通过对高强钢丝进行了预处理,而这一处理会使得钢绞线的弹性模量略低于单根高强钢丝,同时涂层和绞拧处理会使得拉索结构应力松弛损失相对增大⑵。
桥梁的连接与约束摘要:连接与约束是桥梁构件之间传力与约束的主要装置,是桥梁中至关重要的构造。
在桥梁建设中,连接和约束的部位一般较为薄弱,这给现代桥梁工程的发展带来了许多问题。
通过对桥梁连接与约束技术的改进,可以大大增强桥梁本身的结构性能,使桥梁结构体系更加安全。
本文介绍了连接与约束的概念,连接和约束的常见病害,以及部分连接与约束的改进。
关键词:连接与约束;桥梁病害;桥梁设计一、引言桥梁各构件之间通过相互连接与合理的约束,才可以形成完整的桥梁结构体系。
在桥梁结构体系中,不同的连接与约束会形成不同的结构受力形态。
即使在相同的桥梁类型中,不同的连接与约束所导致的结构受力形态也有很大差异,这将影响桥梁结构的耐久性,适用性以及受力合理性等。
通过对桥梁连接与约束技术的改进,可以使桥梁结构体系受力更合理、更安全,并且能够降低养护费用,对未来桥梁建设的发展具有重要的意义。
二、对连接与约束的认识(一)连接是指桥梁结构体系中内部构件之间的相互约束关系,保证了构件之间力的传递,使构件共同受力,协同变形[1]。
连接是一种传力结构,它可以减少桥梁结构系统内部的自由度,包括相同构件之间的连接和不同构件之间的连接。
桥梁中的构件连接主要包括牛腿、拱梁连接、斜拉桥的拉索锚固、悬索桥锚碇、吊杆连接等。
(二)约束是一种限制 (或阻碍) 构件或结构在全部和部分方向上自由运动的装置[1]。
外部约束是降低桥梁结构体系外部自由度的装置,在桥梁中最基本的表现形式是支座。
约束主要包括柔性索约束、光滑面约束、固定约束等。
三、常见的连接与约束桥梁的伸缩缝是桥面系的重要结构,对桥梁结构的耐久性和行驶舒适性具有重要的影响。
在温度变化或混凝土收缩与徐变的作用下,梁体将出现纵向位移和梁端转动。
当梁体结构较大或较长时,必须设置伸缩缝,使车辆顺利通过桥面并满足桥面的伸长与缩短,起到协调变形的作用,消除梁体的二次内力,防止结构损坏。
斜拉桥的拉索锚固分为主塔端锚固和主梁端锚固,一般张拉端设置在主塔端,近些年在主塔上出现了采用钢锚梁形式进行拉索锚固,并在索塔上塔柱拉索锚固区设置有环形预应力钢绞线,钢锚梁主要承受斜拉索的平衡水平力,竖向力及部分不平衡水平分力通过梁端底座传递到预埋钢板,由塔壁承受。
现代斜拉索
唐明翰;李义
【期刊名称】《桥梁建设》
【年(卷),期】1997(000)004
【摘要】分析了我国斜拉桥工程中,目前广泛采用的工厂化生产生产平行钢丝索的不足之处,介绍了新一代斜拉索---OVM200型拉索(平行钢绞线拉索)体系的优越性,及其技术性能、结构组成、防护、拉索外表色彩、施工设备、施工工艺等。
【总页数】4页(P29-32)
【作者】唐明翰;李义
【作者单位】铁道部第三工程局广东建设江程有限公司;上海东方预应力有限公司【正文语种】中文
【中图分类】U448.273.3
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钢塔用高强度拉索的组成
陈国虞
【期刊名称】《钢结构》
【年(卷),期】1991(000)002
【摘要】本文全面地阐述了钢塔用高强度拉索系统7个部分组成的作用和特点,介绍了国产标准件的性能及其接近国际水平的相配套技术,可供建设、设计和施工部门提高钢塔安全水平作依据。
最后,本文推荐用此技术,可推广作跨江大桥的小吊索用。
【总页数】4页(P61-64)
【作者】陈国虞
【作者单位】交通部上海船舶运输科学研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TU391
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第23卷第4期2020年8月Vol.23,No.4Aug.•2020建筑材料学报JOURNAL OF BUILDING MATERIALS文章编号:1007-9629(2020)04-0927-07新型钢绞线拉索几何抗弯刚度试验研究孙国军12,袁军】,吴金志12(1.北京工业大学建筑工程学院,北京100022;2.北京工业大学城市与工程安全减灾省部共建教育部重点实验室,北京100124)摘要:采用频率法对36根高帆索和不锈钢索进行了几何抗弯刚度试验,测得在3种预应力工况下3种直径高帆索和不锈钢索的各阶自振固有频率,然后提出基于Bernoulii-Euler理论的几何抗弯刚度迭代求解方法,识别计算出2种拉索的几何抗弯刚度.结果表明:随着拉索直径的增大,拉索几何抗弯刚度与全截面抗弯刚度的比值a逐渐降低,并拟合得到了a与拉索直径的函数关系.关键词:高帆索;不锈钢索;几何抗弯刚度;频率法中图分类号:TU394文献标志码:A doi:10.3969/j.issn.1007-9629.2020.04.027 Experimental Study on Geometric Bending Stiffness of New Steel Strand CableSUNGuojun1'2,YUAN Jun1,WU Jinz(1.College of Architecture and Civil Engineering,Beijing University of Technology,Beijing100124,China;2.Key Laboratory of Urban Security and Disaster Engineering of Ministry of Education,Beijing University ofTechnology,Beijing100124,China)Abstract:The experiments on the geometric bending stiffness of36galfan cables and stainless steel cables were carried out by frequency method.The natural vibration frequencies of three different diameters galfan cables and stainless steel cables under the three di f erent prestress levels were measured.Thenbasedon Bernou l i-Eulertheory,aniterativesolutionmethodofgeometricbendingsti f nesswasproposed.Thege-ometricbendingsti f nessofthreedi f erentdiametersgalfancablesandstainlesssteelcableswereidentified andcalculated.Theresultsshowthattheratioofthegeometricbendingsti f nesstothetotalsectionben-dingsti f nessdecreaseasthediameterofthecableincreases.Thefunctionrelationshipbetweentheratio anddiameterisobtained.Key words:galfan cable;stainless steel cable;geometric bending stiffness;frequency method近年来,索结构作为预应力空间结构的主要结构类型,在建筑结构中得到了日益广泛的应用.随着索结构的类型越来越丰富,以及人们对建筑美观和索构件防火要求的不断提高,许多新型钢拉索不断涌现.现有的钢丝类拉索根据材料可以分为钢丝绳、钢绞线和钢丝束.钢丝绳由绳芯、绳股和钢丝组成;钢绞线分为高飢钢拉索、不锈钢钢拉索和PE钢绞线等;按照JGJ257-2012-索结构技术规程》,钢丝束分为平行钢丝束和半平行钢丝束•其中高飢索和索2线类的索预应间构和幕墙中应用尤多.由于高飢索和不锈钢索中钢丝存在绕捻特性,其几何抗弯刚度与普通钢构件存在较大差异.钢拉索抗弯刚度的主要决定参数是钢拉索的弹性模量和索体的截面惯性矩.钢拉索的弹性模量并不是一个确定值,而是一个非线性、与应力和时间有关的量,收稿日期:2019-02-20;修订日期:2019-04-15基金项目:国家-然科学基金资助项目(51878013);国家-然科学基金青年基金资助项目(51408016)第一作者:孙国军(1984—),男,辽宁鞍山人,北京工业大学讲师,硕士生导师,博士.E-mail:sunguojun@ 通讯作者:吴金志(1969—),男,山东诸城人,北京工业大学副教授,硕士生导师,博士.E-mail:kongjian@928建筑材料学报第23卷因而在实际工程中只能将该值确定在一个合理的范围内一方面,在现场直接测量钢拉索的弹性模量比较困难;另一方面,钢拉索的截面惯性矩也并非一个稳定不变的数值,该数值与钢拉索的内部构造、钢丝之间绞捻形式、钢丝之间摩擦力大小等各种实际情况有关,其实际值介于各根钢丝惯性矩之和与按照钢拉索整体截面换算得到的惯性矩之间.但是在理论上,钢拉索制作完成后其抗弯刚度即为一固定不变的确定值Shimada'〕通过对钢拉索振动的高阶频率进行识别,提出钢拉索的抗弯刚度一般取0.5EI0左右;Roeck等4通过一系列的研究,最终认为钢拉索的实际抗弯刚度应取截面最大抗弯刚度的2/3;郑罡等5利用有限元模型,将频率测量值与计算值间的误差进行了处理,从而进行钢拉索抗弯刚度的识别;李宗凯6通过研究钢绞线自重作用下的挠度对钢拉索的抗弯刚度进行计算,并将其等效为面积相等的圆钢棒来估算索体的惯性矩,以此获得钢拉索的折算抗弯刚度;严琨等7通过对9根钢拉索进行静动力测试,发现悬索主缆的抗弯刚度接近按整体截面计算的抗弯刚度;李学有8采用最小二乘法对斜拉索的多阶实测频率进行分析,获得了斜拉索的抗弯刚度;苏成等⑷利用钢拉索的多阶频率,借助有限元法以及样条拟合技术来进行拉索抗弯刚度的识别,从而得到钢拉索的实际抗弯刚度;姚文斌等'10(利用三点弯曲原理,借助钢拉索拉力传感器测得钢拉索的索力,从而获得了钢拉索的抗弯刚度随索力变化的计算公式;武晓凤2通过对钢拉索进行有限元精细化分析以及试验研究,指出钢拉索的实际抗弯刚度介于最大抗弯刚度和最小抗弯刚度之间,该实际刚度通过与索截的棒的抗弯刚度折减来表示,即钢拉索实际抗弯刚度为kE睛,其中k为折减系数,同时给出了不同条件下k的取.现有的钢拉索抗弯刚度研究大多是基于钢丝束进的.高索、索与丝的构构造、捻角不同,因此它们的基本力学性能也不相同,已有的抗弯刚度计算公式对高飢索和不锈钢索已经不再适用.本文基于新型的高飢索和不锈钢索进行几何抗弯刚度试验,旨在提出适用于高飢索和不锈钢索的拉索抗弯刚度表达式,对高飢索和不锈钢索的实际工程应用起到一定的指导作用.1抗弯刚度识别方法考虑拉索几何抗弯刚度,基于Bernoulii-Euler 理论的梁理论,将索简化成承受轴力作用的梁模型,其振动微分方程为:m曲;,)—T+EI,)Y41)式中:m为索的线密度,kg/m(Y,)为索在P时刻y位置处的横向位移,-;T为索力,N;EI为索的抗弯刚度,N-m2根据文献[11(运用变量分离法求解式(1),最终得到一般边界条件下索的固有频率方程为:M tanh(0/)cos(.)+N sin(.)+…+P cos(.)+Q tanh(0/)+R sech(0/)=0(2)式中:M、N、P、Q、R均为与拉索边界条件相关的系数;为拉索几何抗弯刚度与全截面抗弯刚度的比值;/为拉索长度,-.本文将索力作为已知量,拉索的抗弯刚度EI 作为未知量求解,具体识别步骤如下:边界件为,索索的识别式为:H=4ml2(^):-".严(3)当边界条件为固接时,拉索索力识别公式为:H f= 3.84m.匕):—2-81n(EI(4)由式(3),(4)可以看出,不同边界条件下索力计算公式可以假设为相同的形式:H=am.()—%(e I⑸换得:\aml2(D^)—H式中:H」为较接时的拉索索力,N;D”为拉索的第n 阶自振频率,Hz;n为自振频率阶数H为固接时的拉索索力,N;H为拉索索力,N;a,E为计算参数.在实际工程中,钢拉索的边界条件通常是介于较接和固接之间的一种状态,因此假定索的边界为弹性嵌固'切.文献[13]将式(3).(4)计算得到的索力取平均值作为估计值,带入较接和固接时的索力识别公式中,得到此索力下较接和固接时索的频率,再通过差值求得钢拉索索力.若两者的误差小于1%,则认为此时得到的钢拉索索力即为识别出的实际索力[14].由于边界条件介于较接和固接之间,首先采用两者的刚度识别式的作为识别拉索几何抗弯刚度EI的系数.由于本试验所用拉索长度较小,忽略垂度的影响,选择一阶频率来进第4期孙国军,等:新型钢绞线拉索几何抗弯刚度试验研究929行拉索几何抗弯刚度EI计算分析:中—(3.92ml2f12-H$2#、+I@ 1.905〃2(2#、将1阶频率f1及其余参数代入式(7),得到几刚度估EI°,再将EI。
平行钢丝拉索和钢绞线拉索的区别拉索的定义:具有一定预张力的线状柔性受拉构件。
包括钢丝束、钢绞线、钢丝绳等金属缆绳等。
目前国内比较常用的空间结构用索大致分为两大类:半平行钢丝拉索和钢绞线拉索。
一、发展史我国从1990年为上海南浦大桥制作半平行钢丝拉索以来,已走过了整整20年,拉索生产制造技术和产品性能得到了不断的提高和完善。
据不完全统计,至今国内所建的空间结构工程中,有95%以上的结构均采用了双层共挤PE半平行钢丝拉索。
钢绞线拉索的发展是从这两年才开始发展,而且生产厂家较少,生产水平较平行钢丝拉索要低很多。
平行钢丝拉索已经形成了多项国家、行业标准,而钢绞线至今没有相关的部级以上标准规范,这就造成在制作过程中没有依据可寻,不易控制产品的质量。
二、防护性能本工程为火车站项目,人口比较密集,拉索的外观效果尤为重要。
平行钢丝索包裹HDPE,表面光滑、平整,并且拉索在工厂内已进行了多项防措施,能阻止水汽进入拉索索体,腐蚀钢丝,增强拉索的性能及使用寿命。
而钢绞线索的索体表面没有PE防护,即使表面有镀锌层,但钢绞线的各股钢丝间却存在间隙,水汽容易沿缝隙进入钢丝及浇铸部位,影响拉索的整体性能,造成安全隐患。
因此在国内的空间结构中,尤其是机场、车站、体育场馆结构中,凡重要及关键部位需采用拉索体系,全部是采用钢丝束外挤PE防护,也有个别工程中采用国外生产的全密封钢丝绳产品。
关于平行钢丝拉索的防火问题,可以在PE表面刷涂防火涂料进行防护,广州火车站、福州火车站均采用此种方式。
而且PE是非易燃物质,遇到高温后,PE会融化成液体,但不会发生大面积燃烧现象。
三、索体性能单以两种材料的力学性能相比,钢丝比钢绞线弹性模量要高很多,钢丝的弹性模量为1.95x105Mpa,而钢绞线的弹性模量仅为1.6x105Mpa。
通过以上两个数字可以看出:在同等拉力的作用下,平行钢丝拉索的伸长量较小,所使用的机具以及张拉的次数相对来说比较简便。
综上所述:平行钢丝拉索的发展时间较长,生产工艺成熟并先进,整体性能也较钢绞线要好,因此在国内占有比较高的份额,而钢绞线拉索为新兴的品种,具体性能、质量还有待研究。
JT/T850-2013《挤压锚固钢绞线拉索》正式批准发布实施无
【期刊名称】《预应力技术》
【年(卷),期】2013(000)004
【摘要】根据中华人民共和国交通运输部公告(2013年第30号文件),由柳州欧维姆机械股份有限公司主持制订,四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院联合起草制订的交通运输行业标准《挤压锚固钢绞线拉索》已获批准,并于2013年5月1日起正式发布实施。
【总页数】1页(P26-26)
【作者】无
【作者单位】不详
【正文语种】中文
【中图分类】U448.27
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1.钢绞线拉索与钢丝拉索体系的比较 [J], 祖祥胜;刘征宇;柏国清
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拉吊索桥梁病害分析及换索技术要点作者:***来源:《西部交通科技》2020年第05期摘要:桥梁吊索是桥梁非常重要的组成部分,而目前桥梁吊索發生损坏的情况较多。
文章针对桥梁吊索病害和换索应注意的事项,分析了行之有效的换索方案,阐述了换索施工控制要点,并对改进桥梁换索技术提出了建议。
关键词:桥梁;吊索;损坏;更换0 引言拉吊索桥梁的重要组成部分之一是拉吊索,最初的拉吊索是由铁链和铁连杆制作而成。
目前的拉吊索全部由高强度钢丝或绞线制成,并且对索桥梁有更高的要求,它们基本上都是用高强度钢丝或绞线制作而成,并且已淘汰了粗轧轧制钢筋。
单根吊索的疲劳应力振幅已达到200~250MPa,断裂力目前已达到30MN,良好而有效的保护可以确保吊索寿命达到30年以上,而且吊索的生产已变得越来越工业化。
保护装置、钢丝绳、锚固装置是构成拉吊索的三部分,如图1所示。
索体的主要形式是平行钢丝绳和钢绞线,一般使用的锚固形式是夹片锚、冷铸锚。
平行(半平行)钢丝绳+冷铸锚(冷铸镦粗锚)、平行(半平行)钢绞线+夹片式群锚缆是拉吊索与锚具目前经常使用的组合形式。
镦粗锚、热铸锚和冷铸镦粗锚是可安装在钢索两端的拉锚;夹片式群锚又称为拉丝式群锚,因为配装夹片式群锚的拉索张拉时千斤顶直接拉钢索,张拉结束后锚具才会发挥功效。
现在我国桥梁吊索中常用的锚主要有夹片式群锚、镦头锚和冷铸锚,平行钢丝索是国内常用的保护形式,一般使用四层防护措施:钢丝镀锌、纤维增强聚酯带缠包、钢丝间填充防腐油脂和高密度聚乙烯(HDPE,high-densitypolyethylene)护套。
HDPE护套的特点是成本低、加工方便且稳定性高,并且它的机械性能和环保指标也比其他材料更优秀,在加入炭黑之后还能起到提高抗老化性的作用。
拉吊索桥梁建成通车后一般在3~17年进行一次换索,11.8年是换索桥梁的拉吊索平均使用寿命,一般来说最短可用3年,最长可达到17年之久。
通常来说,如果出现索体防护破损进水的情况,则说明拉吊索耐久性已经开始降低,耐久性降低会导致钢丝出现锈蚀、断裂的现象。
Development and Innovation | 发展与创新 |·235·2020年第18期频率法测索力及影响因素分析姜 维1,邓年春2,樊 平3(1.广西科技大学土木建筑工程学院,广西 柳州 545006;2.广西大学土木建筑工程学院,广西 南宁 530004;3.交通运输部公路科学研究院桥隧研究中心,北京 100088)摘 要:拉索作为缆索桥梁的主要受力构件之一,其受力与健康状况直接影响着桥梁的结构与安全。
索力能够反映拉索实际工作状态,因此索力成为拉索桥梁结构健康监测及评估的重要指标之一。
振动频率法测索力由于其成本低、操作便利、设备便携等特点,目前已然成为实际工程中普遍采用的索力测试方法。
但因其诸多因素的影响,导致在索力测试过程中的精度有时并不能满足实际工程需求,尤其是在短索的索力测试中。
文章主要介绍振动频率法测拉索索力原理及研究现状,指出边界条件以及抗弯刚度在短索索力测试中的影响,以供相关研究人员参考与借鉴。
关键词:拉索;索力测量;边界条件;抗弯刚度中图分类号:U448.27 文献标志码:A 文章编号:2096-2789(2020)18-0235-02作者简介:姜维,男,硕士,研究方向:桥梁工程。
缆索支承体系桥梁具有结构形式美观、跨越能力超强等优点,在跨越大江大河、高山峡谷及海湾海峡工程中成为极具竞争性的选择方案。
根据相关资料,截至目前,我国大跨缆索桥梁数量超过世界该类桥梁总数的50%。
拉吊索是缆索支承桥梁的主要承重构件,拉吊索的维护对于大跨桥梁的安全运营具有重要影响。
在实际工程中,拉吊索往往处于恶劣工作环境,极易发生腐蚀。
特别是短索,由于受到环境、疲劳、剪切等复杂环境及荷载作用,影响其使用寿命,严重时甚至发生突然断裂,如重庆彩虹大桥即因短吊索腐蚀断裂桥面系垮塌。
索力是反映拉索工作状态的重要指标,在既有桥梁的养护过程中,拉吊索索力准确测量对于评估该类桥梁技术状态具有非常重要的意义。