CN111305034A - 一种悬索桥主缆隔热抗火防护结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种悬索桥主缆隔热抗火防护结构的施工方法，包括以下步骤：(1)对悬索桥主缆表面进行预处理；(2)将纤维复合材料缠包带叠压缠绕于主缆表面，逐卷缠绕直至覆盖至目标高度，得到纤维复合材料缠包层，缠绕过程中，纤维复合材料缠包带需要续接时，采用叠压粘接的方式完成续接；(3)在纤维复合材料缠包层表面涂覆防水密封耐候层，完成隔热抗火防护结构的施工。与现有技术相比，本发明利用纤维复合材料对悬索桥主缆进行隔热抗火防护，使纤维复合材料缠包带在保证良好隔热性能的同时，减少材料用量，降低成本，且便于施工，与原有结构紧密结合，防水、防腐性能优异。

Description

一种悬索桥主缆隔热抗火防护结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁工程缆索系统防护技术领域，尤其是涉及一种悬索桥主缆隔热抗火防护结构及其施工方法。

背景技术

桥梁火灾给人们的生命和财产带来的损失是巨大的，尤其一些作为交通咽喉的大型悬索桥，一旦火灾发生，势必会在一定的时间内停止使用，造成巨大的经济损失和社会影响。主缆是悬索桥的主要承重构件，除承受自身恒载外，主缆本身又通过索夹和吊索承受活载和加劲梁(包括桥面)的恒载。主缆是悬索桥的“安全生命线”，是寿命周期内无法更换的重要构件。因此，主缆防护尤其是对于易燃易爆车辆流量较大的悬索桥来说，主缆抗火要求就极其重要。

目前，对于悬索桥主缆隔热抗火的研究与应用已经不少，但相关标准规范较少，国内甚至没有。在国外，由于恐怖袭击的威胁，通常将主缆抗火抗爆结合考虑，制成一种外层包裹钢构件的“防护盔甲”构造，如VSL、DSI、Freyssinet等公司研制的产品。但不可避免的，存在重量大、造价高昂、施工要求高的问题。国内主缆抗火设计最经常采用的是在缆索外层填涂一定厚度的防火涂料，防火涂料是一种导热系数很低的涂料，它能在钢结构表面形成一层耐火隔热的防火层，从而延长钢结构的耐火时间。但在1000℃以上高温且持续时长较长的火灾作用下，涂层的抗火性能非常有限。

CN 109914245 A公开了一种隔热、防火型热挤聚乙烯平行钢丝拉索，其中涉及了将各种材料的缠包带或者缠包绳应用于钢丝拉索的防护上；CN 107059618 A公开了一种纤维增强光或水固化预浸料缠包带，其中公开了采用叠置搭接缠绕方式，其中缠包带为自然光照或紫外线照射固化时，缠包带采用叠置搭接缠绕方式；缠包带为喷水固化时，缠包带不搭接，采取相邻缠绕方式，形成完整密封的防腐护套系统。

但是上述技术方案并未公开其具体的缠包施工方式，而缠包带的具体施工方式对其隔热防火效果有着关键的影响。目前现有技术中缠包带通常是在缠绕后通过加热加压方式将其与钢丝熔合，从而增加整体性，提升结构耐久，但专门热熔设备、现场管理等给施工带来了不便，完全无法适配现有的实际施工环境。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种悬索桥主缆隔热抗火防护结构及其施工方法，可以使玄武岩纤维复合材料缠包带保证良好隔热性能的同时，减少材料用量，降低成本，且便于施工，与原有结构紧密结合，防水、防腐性能优异。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明中悬索桥主缆隔热抗火防护结构的施工方法，包括以下步骤：

(1)对悬索桥主缆表面进行预处理；

(2)将纤维复合材料缠包带叠压缠绕于主缆表面，逐卷缠绕直至覆盖至目标高度，得到纤维复合材料缠包层，缠绕过程中，纤维复合材料缠包带需要续接时，采用叠压粘接的方式完成续接；

(3)在纤维复合材料缠包层表面涂覆防水密封耐候层，完成隔热抗火防护结构的施工。

进一步地，步骤(1)中的预处理过程为，对悬索桥主缆原防护面漆表面进行清理，外涂自粘胶。

进一步地，步骤(2)中的缠绕角度α满足以下公式。即缠绕时纤维复合材料缠包带的长度方向与主缆截面间角度为α。

式中，β—隔热系数(主缆钢丝温度与缠包带表面温度之比)，D—主缆直径(cm)，t—缠包带厚度(cm)，b——缠包带宽度(cm)，α—缠绕角度(纤维复合材料缠包带长度方向与主缆截面间角度(°))。

进一步地，步骤(2)中纤维复合材料缠包带的宽度为80～100cm、厚度为7mm～30mm。

进一步优选地，缠绕角度为15°～25°。

进一步地，步骤(2)中缠绕方向为，沿主缆由下至上方向。

在本发明中最终施工获得的悬索桥主缆隔热抗火防护结构保证隔热系数小于等于0.2。

叠压粘接的方式与80～100cm的宽度范围、7mm～30mm厚度范围的纤维复合材料缠包带更加适配，同时使得以缠绕后的防护结构更加稳定，无论是在火灾场合和非火灾场合，均可保持严密的抗火防护结构。

进一步地，步骤(2)中，沿主缆由下至上方向缠绕纤维复合材料缠包带时，从上索夹位置处开始，在开始位置的主缆上缠绕两圈，之后以缠绕角度α逆时针在主缆上由下至上缠绕，直至缠绕至后一个下索夹位置结束，并在结束位置的主缆上缠绕两圈；

步骤(2)之后，使用楔形密封圈在靠近上索夹和下索夹位置的纤维复合材料缠包层上缠绕一圈，使得楔形密封圈贴合纤维复合材料缠包层，并将楔形密封圈胶黏固定于纤维复合材料缠包层上；

之后从上方邻近的上索夹位置处开始，重复步骤(2)以及楔形密封圈的缠绕过程。

进一步地，步骤(2)中，若缠绕机和上索夹或下索夹发生干涉时，采用手动方式进行缠绕。

进一步地，步骤(2)中叠压粘接的方式为，缠绕包覆至上一卷纤维复合材料缠包带用完后，保持上一卷纤维复合材料缠包带的缠绕位置与缠绕张紧度，并摊平其末端，剪短下一卷纤维复合材料缠包带的首端，将下一卷纤维复合材料缠包带的首端叠压在上一卷纤维复合材料缠包带末端上方，并固定粘结；

步骤(3)中所述的防水密封耐候层为氟碳漆层。

进一步地，所述的纤维复合材料缠包带为玄武岩纤维复合材料。

通过本发明中的上述施工方法得到的悬索桥主缆隔热抗火防护结构，包括纤维复合材料缠包层和防水密封耐候层，其中：

纤维复合材料缠包层包括缠绕包覆于悬索桥主缆表面的纤维复合材料缠包带，其中纤维复合材料缠包带的缠绕角度为α，纤维复合材料缠包带的宽度为80～100cm、厚度为7mm～30mm；

防水密封耐候层涂覆于所述的纤维复合材料缠包带层表面。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)利用玄武岩纤维复合材料的悬索桥主缆隔热抗火防护，采用了最优的材料尺寸范围、缠包工艺参数和工艺方法，使玄武岩纤维复合材料缠包带在保证良好隔热性能的同时，减少材料用量，降低成本，且便于施工，与原有结构紧密结合，防水、防腐性能优异。

2)本发明中纤维复合材料缠包带在80～100cm的宽度范围、7mm～30mm的厚度范围、缠绕角度α的参数设定下，可与原有悬索桥主缆结构紧密结合，可取到最优的隔热抗火性能，同时保证了材料的利用率，可广泛的应用于大型桥梁工程的施工过程。

3)本发明中叠压粘接的方式与80～100cm的宽度范围、7mm～30mm厚度范围的缠包带更加适配，同时使得以α角度缠绕后的防护结构更加稳定，无论是在火灾场合和非火灾场合，均可保持严密的抗火防护结构。

附图说明

图1为主缆缠包方向示意图。

图2为玄武岩纤维复合材料缠包带三维结构示意图。

图中：1—上索夹，2—下索夹，3—吊杆，4—纤维复合材料缠包带，5—纤维复合材料缠包带重叠部分，6—主缆钢丝，7—防护面漆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

本实施例的主缆直径779.9mm，采用缠绕钢丝防护，表层涂覆防护面漆7。

利用玄武岩纤维复合材料的悬索桥主缆隔热抗火防护方法，包括以下步骤：

(1)考虑主缆直径，为便于施工，取缠包带宽度为90cm、厚度为14mm，制备纤维复合材料缠包带4；

(2)根据要求，施加防护后主缆钢丝6温度与缠包带表面温度之比应为0.2，即隔热系数β＝0.2，由

可知，缠绕角度α＝20°(缠包带与主缆截面间角度)。

注：上式中，β——缠绕方式隔热系数，D——主缆直径(cm)，t——缠包带厚度(cm)，b——缠包带宽度(cm)，α——缠绕角度(°)。

(3)悬索桥主缆原防护面漆表面清理，外涂自粘胶；

(4)如图1所示，主缆由下至上，从上索夹1开始，与索夹平行逆时针缠绕缠包带，直至缠包带重叠。缠完两圈后，以缠绕角度20°，使用缠包装置继续缠绕；缠绕机和上下索夹2发生干涉时，采用手动方式进行缠绕，不管是哪种方式保证缠绕之后的缠包层表面平滑，不应出现胀鼓和松弛现象。

(5)缠绕包覆至上一卷缠包带卷用完后，保持上一卷缠包带卷上的缠包带位置与张紧度，并摊平其末端，剪短下一卷缠包带的首端，将下一卷缠包带的首端叠压在上一卷缠包带末端上方，参见图2中的玄武岩纤维复合材料缠包带重叠部分5，并固定粘结；

(6)以此类推，直至缠绕覆盖至下索夹；

(7)使用楔形密封圈在靠近索夹的位置上缠绕主缆一圈，使其紧密贴合，楔形密封圈两端用超级粘胶固定；

(8)缠包带表面胶结氟碳漆，防水防腐效果良好。

效果评价：

本实施例中，在主缆直径779.9mm、缠包带宽度90cm、厚度14mm组合下，采用20°缠绕角度施工，可保证隔热系数为0.2，较玄武岩复合材料本身隔热系数0.4降低50％，即同样缠包带表面温度之下，主缆钢丝温度降低50％。隔热抗火效果明显。

缠绕角度越小，缠包带重叠越多，缠绕方式隔热系数就越大。在主缆直径779.9mm、缠包带宽度90cm、厚度14mm组合下，若采用15°缠绕角度，隔热系数变为0.19，较缠绕角度20°时仅降低5％，隔热抗火性能提升并不明显。但玄武岩纤维复合材料用量却由沿主缆每延米2.53m²增至2.97m²，增加17％。

综上，在主缆直径779.9mm、缠包带宽度90cm、厚度14mm组合下，采用20°缠绕角度施工，在保证隔热系数不大于0.2的同时，最大程度节省了材料。

实施例2

本实施例的主缆直径680mm，采用缠绕钢丝防护，表层涂覆防护面漆。

利用玄武岩纤维复合材料的悬索桥主缆隔热抗火防护方法，包括以下步骤：

(1)考虑主缆直径，为便于施工，取缠包带宽度为80cm、厚度为7mm，制备玄武岩纤维复合材料缠包带；

(2)根据要求，施加防护后主缆钢丝温度与缠包带表面温度之比应为0.2，即隔热系数β＝0.2，由

可知，缠绕角度α＝15°(缠包带与主缆截面间角度)。

注：上式中，β——缠绕方式隔热系数，D——主缆直径(cm)，t——缠包带厚度(cm)，b——缠包带宽度(cm)，α——缠绕角度(°)。

(3)悬索桥主缆原防护面漆表面清理，外涂自粘胶；

(4)如图1所示，主缆由下至上，从上索夹开始，与索夹平行逆时针缠绕缠包带，直至缠包带重叠。缠完两圈后，以缠绕角度15°，使用缠包装置继续缠绕；缠绕机和上下索夹发生干涉时，采用手动方式进行缠绕，不管是哪种方式保证缠绕之后的缠包层表面平滑，不应出现胀鼓和松弛现象。

(5)缠绕包覆至上一卷缠包带卷用完后，保持上一卷缠包带卷上的缠包带位置与张紧度，并摊平其末端，剪短下一卷缠包带的首端，将下一卷缠包带的首端叠压在上一卷缠包带末端上方，并固定粘结；

(6)以此类推，直至缠绕覆盖至下索夹；

(7)使用楔形密封圈在靠近索夹的位置上缠绕主缆一圈，使其紧密贴合，楔形密封圈两端用超级粘胶固定；

(8)缠包带表面胶结氟碳漆，防水防腐效果良好。

效果评价：

本实施例中，在主缆直径680mm、缠包带宽度80cm、厚度7mm组合下，采用15°缠绕角度施工，可保证隔热系数为0.2，较玄武岩复合材料本身隔热系数0.4降低50％，即同样缠包带表面温度之下，主缆钢丝温度降低50％。隔热抗火效果明显。

缠绕角度越小，缠包带重叠越多，缠绕方式隔热系数就越大。在主缆直径680mm、缠包带宽度80cm、厚度7mm组合下，若采用10°缠绕角度，隔热系数变为0.192，较缠绕角度20°时仅降低4％，隔热抗火性能提升并不明显。但玄武岩纤维复合材料用量却由沿主缆每延米2.27m²增至2.66m²，增加17％。

综上，在主缆直径680mm、缠包带宽度80cm、厚度7mm组合下，采用15°缠绕角度施工，在保证隔热系数不大于0.2的同时，最大程度节省了材料。

实施例3

本实施例的主缆直径1200mm，采用缠绕钢丝防护，表层涂覆防护面漆。

利用玄武岩纤维复合材料的悬索桥主缆隔热抗火防护方法，包括以下步骤：

(1)考虑主缆直径，为便于施工，取缠包带宽度为100cm、厚度为30mm，制备玄武岩纤维复合材料缠包带；

(2)根据要求，施加防护后主缆钢丝温度与缠包带表面温度之比应为0.2，即隔热系数β＝0.2，由

可知，缠绕角度α＝25°(缠包带与主缆截面间角度)。

注：上式中，β——缠绕方式隔热系数，D——主缆直径(cm)，t——缠包带厚度(cm)，b——缠包带宽度(cm)，α——缠绕角度(°)。

(3)悬索桥主缆原防护面漆表面清理，外涂自粘胶；

(4)如图1所示，主缆由下至上，从上索夹开始，与索夹平行逆时针缠绕缠包带，直至缠包带重叠。缠完两圈后，以缠绕角度25°，使用缠包装置继续缠绕；缠绕机和上下索夹发生干涉时，采用手动方式进行缠绕，不管是哪种方式保证缠绕之后的缠包层表面平滑，不应出现胀鼓和松弛现象。

(5)缠绕包覆至上一卷缠包带卷用完后，保持上一卷缠包带卷上的缠包带位置与张紧度，并摊平其末端，剪短下一卷缠包带的首端，将下一卷缠包带的首端叠压在上一卷缠包带末端上方，并固定粘结；

(6)以此类推，直至缠绕覆盖至下索夹；

(7)使用楔形密封圈在靠近索夹的位置上缠绕主缆一圈，使其紧密贴合，楔形密封圈两端用超级粘胶固定；

(8)缠包带表面胶结氟碳漆，防水防腐效果良好。

效果评价：

本实施例中，在主缆直径1200mm、缠包带宽度100cm、厚度30mm组合下，采用25°缠绕角度施工，可保证隔热系数为0.2，较玄武岩复合材料本身隔热系数0.4降低50％，即同样缠包带表面温度之下，主缆钢丝温度降低50％。隔热抗火效果明显。

缠绕角度越小，缠包带重叠越多，缠绕方式隔热系数就越大。在主缆直径1200mm、缠包带宽度100cm、厚度30mm组合下，若采用20°缠绕角度，隔热系数变为0.185，较缠绕角度20°时仅降低7％，隔热抗火性能提升并不明显。但玄武岩纤维复合材料用量却由沿主缆每延米3.91m²增至4.81m²，增加23％。

综上，在主缆直径1200mm、缠包带宽度100cm、厚度30mm组合下，采用25°缠绕角度施工，在保证隔热系数不大于0.2的同时，最大程度节省了材料。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种悬索桥主缆隔热抗火防护结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对悬索桥主缆表面进行预处理；

(2)将纤维复合材料缠包带叠压缠绕于主缆表面，逐卷缠绕直至覆盖至目标高度，得到纤维复合材料缠包层，缠绕过程中，纤维复合材料缠包带需要续接时，采用叠压粘接的方式完成续接；

(3)在纤维复合材料缠包层表面涂覆防水密封耐候层，完成隔热抗火防护结构的施工。

2.根据权利要求1所述的一种悬索桥主缆隔热抗火防护结构的施工方法，其特征在于，步骤(1)中的预处理过程为，对悬索桥主缆原防护面漆表面进行清理，外涂自粘胶。

3.根据权利要求1所述的一种悬索桥主缆隔热抗火防护结构的施工方法，其特征在于，步骤(2)中的缠绕角度为，α满足以下公式：

式中，β—隔热系数，D—主缆直径(cm)，t—缠包带厚度(cm)，b—缠包带宽度(cm)，α—缠绕角度(纤维复合材料缠包带长度方向与主缆截面间角度(°))。

4.根据权利要求1所述的一种悬索桥主缆隔热抗火防护结构的施工方法，其特征在于，步骤(2)中纤维复合材料缠包带的宽度为80～100cm、厚度为7mm～30mm。

5.根据权利要求1所述的一种悬索桥主缆隔热抗火防护结构的施工方法，其特征在于，步骤(2)中缠绕方向为，沿主缆由下至上方向。

6.根据权利要求5所述的一种悬索桥主缆隔热抗火防护结构的施工方法，其特征在于，步骤(2)中，沿主缆由下至上方向缠绕纤维复合材料缠包带时，从上索夹位置处开始，在开始位置的主缆上缠绕两圈，之后以缠绕角度逆时针在主缆上由下至上缠绕，直至缠绕至后一个下索夹位置结束，并在结束位置的主缆上缠绕两圈，其中逆时针方向为沿主缆由下至上的视角所确定；

步骤(2)之后，使用楔形密封圈在靠近上索夹和下索夹位置的纤维复合材料缠包层上缠绕一圈，使得楔形密封圈贴合纤维复合材料缠包层，并将楔形密封圈胶黏固定于纤维复合材料缠包层上；

之后从上方邻近的上索夹位置处开始，重复步骤(2)以及楔形密封圈的缠绕过程。

7.根据权利要求6所述的一种悬索桥主缆隔热抗火防护结构的施工方法，其特征在于，步骤(2)中，若缠绕机和上索夹或下索夹发生干涉时，采用手动方式进行缠绕。

8.根据权利要求1所述的一种悬索桥主缆隔热抗火防护结构的施工方法，其特征在于，步骤(2)中叠压粘接的方式为，缠绕包覆至上一卷纤维复合材料缠包带用完后，保持上一卷纤维复合材料缠包带的缠绕位置与缠绕张紧度，并摊平其末端，剪短下一卷纤维复合材料缠包带的首端，将下一卷纤维复合材料缠包带的首端叠压在上一卷纤维复合材料缠包带末端上方，并固定粘结。

9.根据权利要求1所述的一种悬索桥主缆隔热抗火防护结构的施工方法，其特征在于，所述的纤维复合材料缠包带为玄武岩纤维复合材料；

步骤(3)中所述的防水密封耐候层为氟碳漆层。

10.一种根据权利要求1中施工方法得到的悬索桥主缆隔热抗火防护结构，其特征在于，包括：

纤维复合材料缠包层：包括缠绕包覆于悬索桥主缆表面的纤维复合材料缠包带，其中纤维复合材料缠包带的缠绕角度为，纤维复合材料缠包带的宽度为80～100cm、厚度为7mm～30mm；

防水密封耐候层，涂覆于所述的纤维复合材料缠包带层表面。

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