CN105421244A - 一种悬索桥主缆用预制平行钢丝预成型索股的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种悬索桥主缆用预制平行钢丝预成型索股的制作方法，是将若干根镀锌钢丝在工厂内预先制成正六边形索股，主要包括标志钢丝、标准钢丝的制作和设置以及放丝成型工序，并在与主、散索鞍对应的位置预成型成四边形截面以便入鞍操作，索股两端用热铸锚锚固，然后盘卷并运输到架设现场，逐根架设。本法不受施工现场场地限制，气候因素影响小，工厂化生产管理便于控制，相对缩短现场架索施工时间，架缆工效提高、质量较稳定。

Description

一种悬索桥主缆用预制平行钢丝预成型索股的制作方法

技术领域

本发明属于悬索桥主缆用索股技术领域，具体涉及一种预制平行钢丝预成型索股的制作方法。

背景技术

悬索桥又被称为吊桥，是一种古老的桥型，很早以前人们就利用藤条和竹子等材料来制作吊桥，以解决交通问题。在许多书籍里不难发现有关我国古代吊桥的记载，最早的吊桥可能是独索桥，索用藤或竹编成，人伏在索上的木简上滑溜过去。这些由竹材、藤材甚至铁链制成的吊桥，由于其材料性能的限制，主要用于人行。早期，在欧洲和美洲，随着社会的发展，冶炼技术的进步，抗拉强度较高的铁链开始被用来做吊桥的主缆。我国四川省大渡河上的沪定桥就是最早用铁链建成的吊桥，其始建于1706年，跨径达100多米。在18世纪中叶西方国家也出现了用铁链作为承重构件的铁索桥，最初是1741年英国在Tess河上建成的一座跨径为21.34米的铁索桥。后来，在1808年又建成了Finley桥，在这座桥上除了有用铁链制成的铁索外，还有用吊杆悬吊的水平桥面，即加劲梁，形成了近代悬索桥的雏形。1816年，第一座用钢丝做主缆的人行吊桥的建成，揭开了悬索桥发展的序幕。钢丝、钢绞线等现代材料开始在悬索桥的发展中得到越来越广泛的应用。随着金属工业技术的发展，悬索桥主缆大多改用抗拉强度更高的高强钢丝。由于钢丝绳主缆便于施工，所以中、小跨度悬索桥普遍使用由高强钢丝编成的钢丝绳主缆。但是，钢丝绳的缺点是弹性模量低，导致悬索桥的变形较大，所以，主缆不适于建造大跨度悬索桥。大跨度悬索桥主缆一般采用高强度平行钢丝来制作。

现代悬索桥出现于19世纪50年代的美国，它最显著的标志就是首次采用了大直径平行丝股主缆。从现代悬索桥的出现到现在，大跨度悬索桥主缆的材料几乎没有改变，都使用Φ5mm左右的高强镀锌钢丝，所不同的是采用了不同的主缆施工方法。大跨度悬索桥主缆的施工方法有两种，即空中纺线法(AS：AirSpinning)和预制平行钢丝索股法(PPWS：PrefabricatedParallelWireStrand)。前者简称AS法，后者简称PS法或PWS（ParallelWireStrands）法。AS法每缆含总股数较少，约30～90股，但每股所含丝数多达400～500根以上。因而其单股锚固吨位大，锚固空间相对集中。AS法的主要缺点为架设（组编）主缆时的抗风能力较弱以及所需劳力较多。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种悬索桥主缆用预制平行钢丝预成型索股的制作方法，将若干根镀锌钢丝在工厂内预先制成正六边形索股，每股61丝（91丝、127丝等），两端用热铸锚锚固，并在工厂内对索股预成型，便于架设时索股的入鞍操作，然后盘卷并运输到架设现场，逐根架设。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种悬索桥主缆用预制平行钢丝预成型索股的制作方法，包括如下实施步骤，

（1）制作标志钢丝

为了便于在制造、架设钢丝索股过程中观察、辨别平行钢丝索股是否扭转，在平行钢丝索股截面的顶角处设一定位标志钢丝，并涂色以作区别，一般是全线涂红。

（2）制作标准长度钢丝

悬索桥的一项重要参数就是主缆线形，制作时要控制每条索股的长度。预制平行钢丝索股为了控制平行钢丝束的长度精度，在平行钢丝束截面的边角处设置一根或者两根及以上的标准长度的钢丝作为标准丝，标准丝的作用是控制悬索桥主缆索股的整体长度，优选地，索股在其截面的边角处各设置一根或者多根标准丝，从而实现索股长度的双控，并利用两根标准丝的长度差异，测量其股内误差。

同时，在标准丝上对应于散索鞍控制点、主索鞍中心点以及边跨跨中、中跨跨中和锚跨锚头1米起点等特征位置处依据设计要求作出明显位置标记，标记方法如下：

以钢丝无应力时的长度为基准，考虑误差因素，计算操作修正量，而后在现场将钢丝加载张拉到基线上，测定当时温度，并做温度、应力、垂度修正以及其它因素造成的误差修正，在制作时重复核对标记偏移量，作出准确标记位置。

标准丝的长度是通过基线测长法确定的，具体操作是在钢丝的两端施以一定的张紧力使钢丝平直，并进行应力和温度修正，其修正公式如下：

L=L₀×［（1+F/EA）+α（T-20）］

式中：L：钢丝应力下的长度，m；

L₀：无应力设计长度，m；

F：张紧力，N；

E：钢丝弹性模量，MPa，制作标准丝是实测值；

A：钢丝的截面积，m²，制作标准丝取实测值；

α：钢丝线膨胀系数；

T：环境温度；

通过上述方法使平行钢丝索股标准丝制作过程的系统误差大大减小，标准丝的制作精度达到1/30000以上，成品索股的制作精度从行业标准的1/12000提高到1/20000，并可大大减少工人标记失误、降低人为误差产生的几率，提高工作效率。

（3）放丝成型

预制平行钢丝索股由若干根（61根、91根、127根或169根）钢丝组成，成型时需要将相同倍尺、相同旋向的成圈钢丝(包括标志钢丝、标准钢丝)放入放线架后调节每圈钢丝的张力，放丝张力是影响索股股内误差的主要因素，张力不均匀将导致索股中钢丝的长度不一致，因此每盘钢丝的张力要基本一致。预制平行钢丝索股制作时通过定型轮组成的滚压模对平行钢丝的截面形状进行成型，滚压模具有与索股截面形状相匹配的截面形状（六边形），然后用高强定型缠包带等间距地对成型后的平行钢丝束进行定型包扎以保证在牵引过程中不散丝、乱丝等，在工厂预制过程中，将定型缠包带缠绕在索股表面，能很好地固定钢丝束的形状。

由于缠包带一般为高分子材料，其性能不可避免地受到温度、阳光等影响而出现劣化，另外现场施工条件比较复杂，所以完全保证缠包带在架设过程中不断裂几乎不可能。但如果断带发生在主索鞍和散索鞍等关键位置，索股入鞍后，鼓丝、串丝及形状无法跨鞍座整理。因此，如果在索股特征点(主鞍和散鞍的两边为特征点，如果跨径较大，可在跨中间再确定若干点作为特征点)能保证其形状良好、索股钢丝无纵向的相对位移，这样，在索股入鞍就位后，索股因自身重力而受力，在两个特征点之间，适当地割掉一些缠包带并锤击振动，就很容易将鼓丝、串丝等缺陷消除，形状也很容易恢复成制索时的六边形。基于上述原因，除了每隔一段距离给索股缠绕缠包带外，还需要在索股中合理设置钢丝箍或定型夹具。钢丝箍可使索股整形入鞍、限制索股的串丝并保证关键部位的截面状以便架设时观测和定位。即使某一段因缠包带断的较多，出现一些散丝现象，由于增加的钢丝箍或者定型夹具约束措施，也给局部的修整带来方便。同时钢丝箍或者定型夹具也能保证索鞍座前后索股具有良好的形状，将给入鞍就位带来极大的方便。本发明钢丝箍或者定型夹具的设置位置包括：索股上对应散索鞍中心点前后位置、主索鞍中心点前后位置、边跨跨中、边跨锚头起点和中跨跨中等位置，钢丝箍由镀锌钢丝缠绕而成，钢丝箍与索股钢丝材质属于同一系列，减少了对内部索股钢丝的损伤，钢丝箍长度100mm～300mm、直径为1.0～3.0mm。

（4）索鞍处的预成型

对索股分别与主索鞍和散索鞍的对应位置进行截面形状预成型，使索股预成型处的截面形状与主索鞍和散索鞍的内腔形状相吻合以方便入鞍架设，具体操作是：首先根据主、散索鞍的内腔尺寸情况，设计索股预成型前后的索股尺寸及截面，然后根据设计将索股整形为与主、散索鞍内腔形状相匹配的目标截面形状，首先在索股与主、散索鞍对应的预成型位置处采用整形机具将索股整形成目标截面形状，然后分若干次依次采用固定夹具对预成型位置进行固定，并在固定处外缠绕缠包带以定型。

（5）预制平行钢丝预成型索股的盘卷

盘卷与放索是相反的两个操作，相互间有着密切的联系，但遵循各自的运动规律。不同的钢丝弯曲半径不同，同一种钢丝弯曲力的大小与弯曲半径有关。弯曲半径小，所需弯曲力大。但只要满足盘卷力大于弯曲力，索股就能盘卷。因此盘卷力的大小不同，盘卷结果的松紧程度也不同，盘卷的松紧程度直接影响索股放盘时是否会出现呼啦圈现象，也间接影响索股的成型质量。预制平行钢丝索股以脱胎、盘架进行盘卷，盘卷直径不小于30倍的索股直径。

（6）预制平行钢丝预成型索股的灌锚

锚具是把预制平行钢丝预成型索股索力传递给锚碇系统的主要结构，采用锌铜或者锌铜铝合金进行浇铸，灌锚过程如下：

a钢丝索股端头和锚杯在浇铸台垂直固定，将插入锚杯部分的索股钢丝呈同心圆散开，然后先清除索股钢丝的油污、锈蚀，保持均匀间距，同时清洗锚杯内壁；

b钢丝索股插入锚杯后，应保持丝股中心与锚杯中心完全一致，并保证钢丝的任何部位不与锚杯接触；

c锚杯下的钢丝索股垂直长度应不小于30倍的索股直径，弯曲半径应大于25倍的索股直径；

d锚杯下口应充分密封，以保证注入的合金不从下口漏出，灌铸锌铜或者锌铜铝合金前应将锚杯预热；

e将合金注入锚杯时，应避免任何振动，浇铸应一次完成，不得中断。

优选地，所述缠包带是采用高强度聚酯和纤维带的复合体作为基体，表面涂有高粘性的压敏胶。

一般的操作是，步骤（4）是将索股预成型处的截面由六边形整形为四边形以使索股预成型处与主、散索鞍的内腔相匹配。

具体地，所述整形机具包括U型底座和设置在该U型底座上方开口处的盖板，所述U型底座和盖板一起围成与四边形索股截面相匹配的四边形整形通口。

进一步地，U型底座的两相对内侧面上分别成型有弧形凸筋，所述弧形凸筋的延伸方向与索股钢丝相平行，且弧形凸筋的半径及相邻弧形凸筋间的间距分别与索股钢丝的半径相匹配。

优选地，所述固定夹具成型有供四边形索股穿过的四边形通口，所述固定夹具由两个独立的方口夹块对应锁扣而成。

U型底座和盖板以及固定夹具均采用尼龙材质，从而防止对预成型处钢丝的损伤。

与现有技术相比，本发明的优点在于：所涉及的悬索桥主缆用平行钢丝预制方法是将若干根钢丝在工厂内预先制成正六边形截面索股，并对特征位置进行预成型以便于入鞍操作，索股两端用热铸锚锚固，随后盘卷并运输到架设现场，逐根架设。该法不受施工现场场地限制，气候因素影响小，工厂化生产管理便于控制，相对缩短现场架索施工时间，架缆工效提高、质量较稳定。

附图说明

图1为本发明实施例标准丝特征点的示意图；

图2为本发明实施例中小规格索股的标志丝和标准丝的设置方式图；

图3为本发明实施例中大规格索股的标志丝和标准丝的设置方式图；

图4为本发明实施例中内腔为四边形的整形机具的整形示意图；

图5为本发明实施例中内腔为四边形的整形机具的正面示意图；

图6为本发明实施例中内腔为四边形的整形机具的侧面示意图；

图7为本发明实施例中内腔为四边形的固定夹具的正面示意图；

图8为本发明实施例中内腔为四边形的固定夹具的侧面示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

本实施例中的悬索桥主缆用预制平行钢丝预成型索股制作方法是将若干根镀锌钢丝在工厂内预先制成正六边形索股，每股61丝（91丝、127丝等，视工况而定），并在与主、散索鞍对应的位置预成型成四边形截面以便入鞍操作，两端用热铸锚锚固，然后盘卷并运输到架设现场，逐根架设。

具体包括如下实施步骤，

（1）制作标志钢丝

为了便于在制造、架设钢丝索股过程中观察、辨别平行钢丝索股是否扭转，在平行钢丝索股六角形截面左上角设一定位标志钢丝，沿全长涂上红色。

（2）制作标准长度钢丝

预制平行钢丝索股为了控制平行钢丝束的长度精度，在平行钢丝束六边形截面的顶点处设置标准长度的钢丝作为标准丝，标准丝的作用是控制悬索桥主缆索股的整体长度，对于大规格的索股，可在其六边形截面的两个顶点处分别设置标准丝，从而实现索股长度的双控，并利用两根标准丝的长度差异，测量其股内误差，如图2和图3所示。

同时，如图1所示，在标准丝上对应于散索鞍控制点、主索鞍中心点以及边跨跨中、中跨跨中和锚跨锚头1米起点等特征位置处依据设计要求作出明显位置标记，标记方法如下：

以钢丝无应力时的长度为基准，考虑误差因素，计算操作修正量，而后在现场将钢丝加载张拉到基线上，测定当时温度，并做温度、应力、垂度修正以及其它因素造成的误差修正，在制作时重复核对标记偏移量，作出准确标记位置。

标准丝的长度是通过基线测长法确定的，具体操作是在钢丝的两端施以一定的张紧力使钢丝平直，并进行应力和温度修正，其修正公式如下：

L=L₀×［（1+F/EA）+α（T-20）］

式中：L：钢丝应力下的长度，m；

L₀：无应力设计长度，m；

F：张紧力，N；

E：钢丝弹性模量，MPa，制作标准丝是实测值；

A：钢丝的截面积，m²，制作标准丝取实测值；

α：钢丝线膨胀系数；

T：环境温度；

通过上述方法使平行钢丝索股标准丝制作过程的系统误差大大减小，标准丝的制作精度达到1/30000以上，成品索股的制作精度从行业标准的1/12000提高到1/20000，并可大大减少工人标记失误、降低人为误差产生的几率，提高工作效率。

（3）放丝成型

预制平行钢丝索股由若干根钢丝组成，成型时需要将相同倍尺、相同旋向的成圈钢丝放入放线架后调节每圈钢丝的张力。预制平行钢丝索股制作时通过定型轮组成的滚压模对平行钢丝的截面形状进行成型，滚压模具有与索股截面形状相匹配的六边形截面形状，然后用高强定型缠包带等间距地对成型后的平行钢丝束进行定型包扎以保证在牵引过程中不散丝、乱丝等，缠包带是采用高强度聚酯和纤维带的复合体作为基体，表面涂有高粘性的压敏胶。

另外，除了每隔一段距离给索股缠绕缠包带外，还在索股上合理设置钢丝箍。钢丝箍可使索股整形入鞍、限制索股的串丝并保证关键部位的截面状以便架设时观测和定位。即使某一段因缠包带断的较多，出现一些散丝现象，由于钢丝箍的约束措施，也给局部的修整带来方便。本实施例中钢丝箍的设置位置包括：索股上对应散索鞍中心点前后位置、主索鞍中心点前后位置、边跨跨中、边跨锚头起点和中跨跨中等位置，钢丝箍由镀锌钢丝缠绕而成，钢丝箍与索股钢丝材质属于同一系列，减少了对内部索股钢丝的损伤，钢丝箍长度100mm～300mm、直径为1.0～3.0mm。

（4）索鞍处的预成型

首先在索股与主、散索鞍对应的预成型位置处采用内腔为四边形的整形机具将索股截面由六边形整形成四边形，然后分4次依次采用内腔为四边形的固定夹具进行固定，并在固定处外缠绕缠包带以定型，缠包带绑扎8～10层，带宽40～60mm，带厚0.15～0.25mm，单层带抗拉力在1kN及以上，从而确保预成型位置的索股在盘卷后仍能有效保持四边形，采用缠包带绑扎对钢丝无腐蚀，不会破坏钢丝的质量。

如图4至6所示，上述整形机具包括U型底座1.1和设置在该U型底座1.1上方开口处的盖板1.2，U型底座1.1和盖板1.2均为尼龙材质以避免对钢丝的破坏，U型底座1.1和盖板1.2一起围成与四边形索股截面相匹配的四边形整形通口，U型底座1.1和盖板1.2通过六角螺钉1.3连接固定。

进一步地，U向底座1.1的相对内侧面上分别成型有弧形凸筋1.4，弧形凸筋1.4的延伸方向与四边形整形通口方向相平行，且弧形凸筋1.4的半径及相邻弧形凸筋1.4间的间距分别与索股钢丝的半径相匹配，以便于索股的预整形。

如图7、8所示，上述固定夹具成型有供四边形索股穿过的四边形通口，固定夹具由两个独立的方口夹块2.1对应锁扣而成，拆装方便，便于对索股的定型和固定。固定夹具亦为尼龙材质。

（5）预制平行钢丝预成型索股的盘卷

盘卷与放索是相反的两个操作工序，盘卷的松紧程度直接影响索股放盘的顺利，也间接影响索股的成型质量。预制平行钢丝索股以脱胎、盘架进行盘卷，盘卷直径不小于30倍的索股直径。

（6）预制平行钢丝预成型索股的灌锚

锚具是把预制平行钢丝预成型索股索力传递给锚碇系统的主要结构，采用锌铜或者锌铜铝合金进行浇铸，灌锚过程如下：

a钢丝索股端头和锚杯在浇铸台垂直固定，将插入锚杯部分的索股钢丝呈同心圆散开，然后先清除索股钢丝的油污、锈蚀，保持均匀间距，同时清洗锚杯内壁；

b钢丝索股插入锚杯后，应保持丝股中心与锚杯中心完全一致，并保证钢丝的任何部位不与锚杯接触；

c锚杯下的钢丝索股垂直长度应不小于30倍的索股直径，弯曲半径应大于25倍的索股直径；

d锚杯下口应充分密封，以保证注入的合金不从下口漏出，灌铸锌铜或者锌铜铝合金前应将锚杯预热；

e将合金注入锚杯时，应避免任何振动，浇铸应一次完成，不得中断。

Claims (9)

1.一种悬索桥主缆用预制平行钢丝预成型索股的制作方法，其特征在于：包括如下实施步骤：

（1）制作标志钢丝

在平行钢丝索股截面的顶角处设一定位标志钢丝，并涂色以作区别；

（2）制作标准长度钢丝

在平行钢丝束截面的边角处设置一根或者两根及以上的标准长度的钢丝作为标准丝，标准丝的作用是控制悬索桥主缆索股的整体长度，在标准丝上对应于散索鞍控制点、主索鞍中心点以及边跨跨中、中跨跨中和锚跨锚头1米起点的位置依据设计要求作出位置标记，标记方法如下：

以钢丝无应力时的长度为基准，考虑误差因素，计算操作修正量，而后在现场将钢丝加载张拉到基线上，测定当时温度，并做温度、应力、垂度修正以及其它因素造成的误差修正，在制作时重复核对标记偏移量，作出准确标记位置；

（3）放丝成型

预制平行钢丝索股由若干根钢丝组成，成型时需要将相同倍尺、相同旋向的成圈钢丝放入放线架后调节每圈钢丝的张力，预制平行钢丝索股制作时通过定型轮组成的滚压模对平行钢丝的截面形状进行成型，滚压模具有与索股截面形状相匹配的截面形状，然后用高强定型缠包带等间距地对成型后的平行钢丝束进行定型包扎；进一步地，在成型的平行钢丝束的特征点处还设置有钢丝箍或定型夹具，所述特征点包括索股上对应散索鞍中心点的前后位置、主索鞍中心点的前后位置、边跨跨中、边跨锚头起点和中跨跨中；

（4）索鞍处的预成型

对索股分别与主索鞍和散索鞍的对应位置处进行预成型，使索股预成型处的截面形状与主索鞍和散索鞍的内腔形状相吻合以方便入鞍架设，具体操作是：首先根据主、散索鞍的尺寸情况，设计索股预成型前后的索股尺寸及截面，然后根据设计将索股整形为与主、散索鞍内腔形状相匹配的目标截面形状，首先在索股与主、散索鞍对应的预成型位置处采用整形机具将索股整形成目标截面形状，然后分若干次依次采用固定夹具对预成型位置进行固定，并在固定处外缠绕缠包带以定型；

（5）预制平行钢丝预成型索股的盘卷

预制平行钢丝索股以脱胎、盘架进行盘卷，盘卷直径不小于30倍的索股直径；

（6）预制平行钢丝预成型索股的灌锚

锚具是把预制平行钢丝预成型索股索力传递给锚碇系统的主要结构，采用锌铜或者锌铜铝合金进行浇铸。

2.根据权利要求1所述的悬索桥主缆用预制平行钢丝预成型索股的制作方法，其特征在于：步骤（2）中标准丝的长度是通过基线测长法确定的，具体操作是在钢丝的两端施以一定的张紧力使钢丝平直，并进行应力和温度修正，其修正公式如下：

L=L₀×［（1+F/EA）+α（T-20）］

式中：L：钢丝应力下的长度，m；

L₀：无应力设计长度，m；

F：张紧力，N；

E：钢丝弹性模量，MPa，制作标准丝是实测值；

A：钢丝的截面积，m²，制作标准丝取实测值；

α：钢丝线膨胀系数；

T：环境温度。

3.根据权利要求1所述的悬索桥主缆用预制平行钢丝预成型索股的制作方法，其特征在于：步骤（3）中所述钢丝箍是镀锌钢丝缠绕而成，钢丝箍长度为100～300mm，直径为1.0～3.0mm。

4.根据权利要求1所述的悬索桥主缆用预制平行钢丝预成型索股的制作方法，其特征在于：所述缠包带是采用高强度聚酯和纤维带的复合体作为基体，表面涂有高粘性的压敏胶。

5.根据权利要求1所述的悬索桥主缆用预制平行钢丝预成型索股的制作方法，其特征在于：步骤（4）是将索股预成型处的截面由六边形整形为四边形以使索股预成型处与主、散索鞍的内腔相匹配。

6.根据权利要求5所述的悬索桥主缆用预制平行钢丝预成型索股的制作方法，其特征在于：步骤（4）中所述整形机具包括U型底座和设置在该U型底座上方开口处的盖板，所述U型底座和盖板一起围成与四边形索股截面相匹配的四边形整形通口。

7.根据权利要求6所述的悬索桥主缆用预制平行钢丝预成型索股的制作方法，其特征在于：所述U型底座的两相对内侧面上分别成型有弧形凸筋，所述弧形凸筋的延伸方向与索股钢丝相平行，且弧形凸筋的半径及相邻弧形凸筋间的间距分别与索股钢丝的半径相匹配。

8.根据权利要求5所述的悬索桥主缆用预制平行钢丝预成型索股的制作方法，其特征在于：步骤（4）中所述固定夹具成型有供四边形索股穿过的四边形通口，所述固定夹具由两个独立的方口夹块对应锁扣而成。

9.根据权利要求1所述的悬索桥主缆用预制平行钢丝预成型索股的制作方法，其特征在于：步骤（6）中的灌锚过程如下：

a钢丝索股端头和锚杯在浇铸台垂直固定，将插入锚杯部分的索股钢丝呈同心圆散开，然后先清除索股钢丝的油污、锈蚀，保持均匀间距，同时清洗锚杯内壁；

b钢丝索股插入锚杯后，应保持丝股中心与锚杯中心完全一致，并保证钢丝的任何部位不与锚杯接触；

c锚杯下的钢丝索股垂直长度应不小于30倍的索股直径，弯曲半径应大于25倍的索股直径；

d锚杯下口应充分密封，以保证注入的合金不从下口漏出，灌铸锌铜或者锌铜铝合金前应将锚杯预热；

e将合金注入锚杯时，应避免任何振动，浇铸应一次完成，不得中断。