CN111945562B - 一种悬索桥主缆的除湿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种悬索桥主缆的除湿方法。主缆表面用缠包带密封包裹，缠包带与内部主缆钢丝在顶部和底部形成空腔，有利于干燥气体的流动。巧妙地利用了主缆内部水分昼夜间的循环上升和下降规律，水分聚集在空腔时，通入干燥气体排出水分。干燥气体流动阻力小，需要运行的时间短，耗能低，不必在桥塔上部安装送风机，节约了投资；且干燥气体可低压流动，缠包带不易破裂，不必安装专用的进气索夹和排气索夹，以及相应的管道系统，减少了系统维护中的高空作业，降低了维护费用。

Description

一种悬索桥主缆的除湿方法

技术领域

本发明涉及桥梁工程中悬索桥主缆钢丝的防腐，尤其涉及一种悬索桥主缆的除湿方法。

背景技术

主缆是悬索桥最重要的受力构件之一，被称为“生命线”，它长期暴露在大气环境中，经受着各种不利环境的侵蚀。同时，由于主缆为不可更换构件，因此主缆的寿命直接影响悬索桥的使用年限。

通常的主缆防护系统是在主缆的表面敷涂一层防护腻子，如红丹或锌粉膏，外面用圆形的镀锌软钢丝缠包，再在缠绕钢丝的外表面进行防腐涂装。这种传统的主缆防护体系，实际上是通过对主缆外层进行密封包裹来防止水分侵入其内部以达到防腐蚀目的。在上个世纪建造的绝大多数悬索桥都采用这种主缆防护体系。然而，国外近年来的调查研究结果表明,该防护体系的防护效果并不理想。国内外对这种传统的主缆防护措施进行了长时间的观察研宄，例如对日本在对濑户大桥的主缆钢丝打开检査时发现，十年间主缆表面腐蚀严重，锈蚀主要发生在主缆侧面和底部，防护效果并不好。主缆里有水存在，在主缆防护体系完成时，主缆内部只有很少一部分水分排除，主缆钢丝仍会遭到滞留在主缆内部水分的锈蚀；腻子层、涂料层材料的变质，缠丝表面油漆由于紫外线等恶劣的外部环境影响，老化开裂后也会使腻子直接接触到外部环境，加上主缆内部聚集的水分慢慢形成了一个腐蚀环境，空气、水分、温度变化等一系列因素影响腻子的物理、化学特性，最终会出现裂纹、氧化变质、甚至粉化的现象，从而失去其防护的作用。主缆上表面的涂料层开裂后，没有能力阻止水分渗透进主缆内部。

人们研究发现，己留在主缆内部难以排出的水份，白天高温蒸发，聚集在上部，夜间低温冷凝，下沉到底部，周而复始，是造成钢丝束表面和底部锈蚀的主要原因。主缆中间的钢丝反而基本不锈蚀。另外，模拟实验表明，只要控制主缆的侧面、顶部及底部这三个位置的相对湿度在60％之下，钢丝就不会发生锈蚀。

日本从上世纪九十年代开始进行主缆除湿系统的研究，通过将干燥空气送入主缆，降低主缆内空气湿度，从而避免主缆钢丝锈蚀。润扬大桥首次将主缆除湿系统引进到国内的大跨径悬索桥主缆防护中。一般是在主塔横梁上或者加劲梁内部两个空间比较大的位置安放除湿设备。同时送风机和冷却设备以及控制和监测系统一同安装，在主缆一定长度范围内布置送气和排气专用索夹，将干燥空气由送气索夹进入，将湿空气从排气索夹排出，同时在索夹位置设置监测和控制调节设备。

送气压力一般不能大于3kPa，防止破坏外层的保护措施。在该压力下，干燥气体沿主缆钢丝间的空隙最远输送距离200米左右。这就需要沿主缆安装多个专用的送气索夹和排气索夹，分段给主缆送气。因主缆的钢丝空隙狭小，气体流动阻力大，以致全桥需要多套除湿设备，耗电多，费用高。

因此，急需改变目前这种现状，找到一种高效的主缆除湿方法，减少除湿设备用量，减少电力消耗，减少桥梁运行期间的维护费用。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的不足，而提出的一种悬索桥主缆的除湿方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种悬索桥主缆的除湿方法，采用的主缆除湿系统主要包括除湿设备、主缆表层的包裹层、吊索的索夹、气阀、温湿度传感器，所述的包裹层是密不透气的，包裹层与内部的钢丝束间有纵向的空腔；所述空腔内有支撑件；当空腔内的湿度超过预设的限值后，向空腔内送入干燥气体，湿气排出主缆。

优选地，所述的除湿设备主要包括净化过滤装置、除湿机、送风机和冷却器；主缆的钢丝束外有圆型缠丝。

优选地，所述的包裹层采用热熔缠包带，缠绕制作而成；相邻的所述圆型缠丝间留有间隙。

优选地，主缆的钢丝束用绑扎带固定形状，随后不再缠丝。

优选地，所述的空腔位于钢丝束的下方，称为底部空腔。

优选地，所述的索夹在钢丝束的下方有纵向通孔。

优选地，塔顶鞍座上的保护罩已密封，保护罩与鞍座所围的空间是气密的；底部空腔、相应索夹的纵向通孔、保护罩内的鞍座上部空间、连接成各主缆的底部气流通道；各桥跨的空腔的最低点有气阀；在夜间，底部气流通道内湿度超过50％后，打开底部气流通道的所有气阀30秒至10分钟；保持离相应送风机最远的气阀打开，关闭其它气阀，送入干燥气体，5分钟至10分钟后，关闭气阀。

优选地，所述的空腔位于钢丝束的上方，称为顶部空腔。

优选地，所述的索夹在钢丝束的上方有纵向贯通的倒凹槽。

优选地，所述的顶部空腔、相应索夹的倒凹槽，连接成各主缆的顶部气流通道；顶部气流通道离相应的送风机最远端有气阀；在白天，顶部气流通道内湿度超过50％后，打开顶部气流通道的气阀，送入干燥气体，5分钟至10分钟后，关闭气阀。

本方案中采用了美国布朗公司开发圆型缠丝+缠包带系统。所述的缠包带为通过热压工艺形成的一种高弹性的复合材料，由三层材料组成，上下两层为橡胶体，中间层为纤维加强网；在主缆的钢丝束被挤圆并绑扎定型后，缠绕圆型钢丝层，再将热熔缠包带经过自动缠绕机包裹在主缆钢丝束上，缠绕结构为叠合式双层结构，进一步采用加热加压装置，通过热压熔合和硫化工艺，使得缠包带的叠合部位牢固联接为一体。缠包带环境友好，不需要使用涂料涂装；工作环境良好，无气味；具有各种颜色，不需喷涂；施工周期较短；寿命长，几乎无需维护，可以抗紫外线和恶劣天气。国内2015年在新建云南龙江特大桥主缆防护首次应用该体系，随后贵州清水河大桥也采用了该防护体系。

本发明的有益效果为：

1.减少了除湿系统的初始设备投资。巧妙地利用了主缆内湿气昼夜间的循环上升和下降规律，通过建立空腔，形成大空间的气流通道，减小了气流流通阻力，减小了功耗，“守株待兔”，排出湿气，采用较少的除湿设备就可达到全桥主缆除湿的目的；

2.本方案中的除湿系统较为简洁，不必安装专用的进气索夹和排气索夹，以及相应的管道系统，减少了除湿系统安装的人工投入；

3.本方案中送入主缆气流通道的干燥空气气压较低，缠包带不易破损，运行中几乎不需要靠近主缆，进行维护，减少了用于维护的高空作业，除湿系统的耗电较少，减少了电费，因此，本方案降低了运行和维护费用；

4.本方案中的主缆除湿系统同时解决了鞍座内主缆钢丝的防腐，考虑到其除湿效率很高，除湿设备有较多了空闲时间，可在空闲时间参与或直接负责锚碇内的除湿任务。

附图说明

图1为实施例1中主缆的横断面示意图；

图2为实施例1中索夹的左端面示意图；

图3为实施例1中索夹的纵向半剖示意图；

图4为实施例1中索夹两端与缠包带的连接示意图；

图5为实施例1中的一段通透不锈钢示意图；

图6为实施例1中的空腔支撑组件示意图；

图7为实施例1中的连通管的立体示意图；

图8为实施例2中索夹的左端面示意图；

图9为实施例2中索夹两端与缠包带的连接示意图；

图10为实施例3中主缆的横断面示意图；

图11为实施例3中索夹的左端面示意图；

图12为实施例3中索夹两端与缠包带的连接示意图；

图13为实施例4中索夹的左端面示意图；

图14为实施例4中索夹两端与缠包带的连接示意图；

图15为只有底部空腔时的全桥除湿系统示意图；

图16为有双空腔时的全桥除湿系统示意图。

图中：1上半环体、2下半环体、3耳板、4螺杆、5螺母、6垫圈、7防护帽、8端缝槽、9销孔、10钢丝束、11缠包带、12通透不锈钢管、13底部空腔、14连通管、15孔洞、16连接嘴、17粘贴盘、18管体、19纵向通孔、20顶部空腔、21倒凹槽、22左-近锚碇、23左-远锚碇、24右-近锚碇、25右-远锚碇、26左除湿设备系统、27右除湿设备系统、28气阀、29板条、31近侧主缆、32远侧主缆。

具体实施方式

实施例1

本实施例中展示的是主缆有底部空腔，且有连通管跨过索夹连通相邻两个空腔，形成底部气流通道的情况。参见图1—图7，及图14。图1为主缆的横断面示意图，主缆的钢丝束10在紧缆后，表面缠绕有圆型钢丝。通透不锈钢管12组成支撑件，紧贴钢丝束10底部的钢丝，再缠绕缠包带11，从而形成底部空腔13。通透不锈钢管12示意图见图5，管壁上有孔洞15，孔洞15的直径等于通透不锈钢管12的半径，孔洞15的纵向间距为通透不锈钢管12的直径，这些孔洞15呈螺旋形；相邻孔洞15对应通透不锈钢管12圆心角15度。空腔支撑组件示意图见图6，6个通透不锈钢管12对称纵向排列，中间的管径大，两侧的最小，通透不锈钢管12与横向的板条29组成网格状的空腔支撑件，它们的连接方式是在相应位置的通透不锈钢管12中部开矩形通孔，穿入板条29，并点焊连接。图2为索夹的左端面示意图，对应图3中的B-B视图，该索夹为常规的上下式索夹，也称为销接式索夹，主要组成包括上半环体1、下半环体2、耳板3、螺杆4、螺母5、垫圈6、防护帽7，端面在靠近内部主缆部分有端缝槽8。索夹的纵向半剖示意图见图3，为沿图2中的A-A的剖面视图，索夹有两个销孔9。图4为索夹两端与缠包带的连接示意图，缠包带11从低处向高处缠绕，当抵达索夹后，再多缠绕两周，外包索夹端部；在离开索夹往上缠绕前，先外包索夹端部缠绕两周。缠绕结构为叠合式双层结构，保持52％的重叠度，随后采用加热加压装置，通过热压熔合和硫化工艺，使得缠包带的叠合部位牢固联接为一体，总厚度为2.5mm。旋紧螺母5后，用异丁橡胶填塞上半环体1和下半环体2间的缝隙，确保密封。连通管14将索夹两侧的底部空腔13连接了起来。连通管14的立体示意图见图7，包括管体18、两端的连接嘴16和粘贴盘17，连接嘴16的长度为2.0mm，小于包裹层的厚度。

图15为底部空腔13构成的全桥除湿系统示意图，每根主缆的底部空腔13构成一个底部气流通道。塔顶鞍座上的保护罩已密封，保护罩与鞍座所围的空间是气密的；底部空腔13、跨越索夹的连通管14、保护罩内的鞍座上部空间、连接成各主缆的底部气流通道；各桥跨的底部空腔13的最低点有气阀28；在夜间，底部气流通道内湿度超过50％后，打开底部气流通道的所有气阀28时间为30秒至10分钟.然后，近侧主缆31保持离右除湿设备系统27最远的气阀28打开，远侧主缆32保持离左除湿设备系统26最远的气阀28打开,关闭其它气阀，送入干燥气体，5分钟至10分钟后，关闭气阀28。

由于本实例中的除湿系统耗能较少，除完成主缆除湿常规作用外，每天有大量空闲时间，可用于同时为锚碇除湿。右除湿设备系统27参与右-近锚碇24和右-远锚碇25的除湿作业，左除湿设备系统26参与左-近锚碇22和左-远锚碇23的除湿作业。每个锚碇再配备各自的排风机。在锚碇内的湿度超过50％后，相应的排风机抽出锚碇内的气体，并同时送风机送入干燥气体10分钟至100分钟；锚碇的进气管伸入锚碇内顶部，排气管伸入锚碇的底部。

实施例2

本实施例是对实施例1的修改，去掉了连通管14，避免了连通管14的安装作业和维修作业，参看图8和图9。索夹的左端面示意图见图8，为保证索夹两侧的底部空腔13相连通，在索夹中增加了纵向通孔19。索夹两端与缠包带11的连接示意图见图9，主缆外观简洁，底部气流通道更加顺畅，阻力更小。

实施例3

本实施例是实施例2的一种改进形式，主缆的顶部增加了空腔，见图10为主缆的横断面示意图，主缆有底部空腔13和顶部空腔20，顶部空腔20内有通透不锈钢管12组成的空腔支撑件。图11为索夹的左端面示意图，考虑到常规索夹中的端缝槽8在本方案中已无实用价值，已取消。图12为索夹两端与缠包带11的连接示意图，为便于顶部空腔20组成顶部气流通道，用连通管14沟通了索夹两端的空腔。顶部气流通道离相应的送风机最远端有气阀28，见图16；在白天，顶部气流通道内湿度超过50％后，打开顶部气流通道的气阀28，送入干燥气体，5分钟至10分钟后，关闭气阀28。

实施例4

本实施例是实施例3的一种改进形式。图13为索夹的左端面示意图，图14为索夹两端与缠包带的连接示意图。在索夹的顶部增加了有纵向贯通的倒凹槽21，省去了顶部的连通管14，主缆外观简洁，顶部气流通道更加顺畅，阻力更小。

Claims (10)

1.一种悬索桥主缆的除湿方法，采用的主缆除湿系统主要包括除湿设备、主缆表层的包裹层、吊索的索夹、气阀、温湿度传感器，其特征在于：所述的包裹层是密不透气的，包裹层与内部的钢丝束间有纵向的空腔；所述空腔内有支撑件；当空腔内的湿度超过预设的限值后，向空腔内送入干燥气体，湿气排出主缆。

2.根据权利要求1所述的一种悬索桥主缆的除湿方法，其特征在于：所述的除湿设备主要包括净化过滤装置、除湿机、送风机和冷却器；主缆的钢丝束外有圆型缠丝。

3.根据权利要求2所述的一种悬索桥主缆的除湿方法，其特征在于：所述的包裹层采用热熔缠包带，缠绕制作而成；相邻的所述圆型缠丝间留有间隙。

4.根据权利要求1所述的一种悬索桥主缆的除湿方法，其特征在于：主缆的钢丝束用绑扎带固定形状，随后不再缠丝。

5.根据权利要求1所述的一种悬索桥主缆的除湿方法，其特征在于：所述的空腔位于钢丝束的下方，称为底部空腔。

6.根据权利要求5所述的一种悬索桥主缆的除湿方法，其特征在于：所述的索夹在钢丝束的下方有纵向通孔。

7.根据权利要求6所述的一种悬索桥主缆的除湿方法，其特征在于：塔顶鞍座上的保护罩已密封，保护罩与鞍座所围的空间是气密的；底部空腔、相应索夹的纵向通孔、保护罩内的鞍座上部空间，连接成各主缆的底部气流通道；各桥跨的空腔的最低点有气阀；在夜间，底部气流通道内湿度超过50％后，打开底部气流通道的所有气阀30秒至10分钟；保持离相应送风机最远的气阀打开，关闭其它气阀，送入干燥气体，5分钟至10分钟后，关闭气阀。

8.根据权利要求1所述的一种悬索桥主缆的除湿方法，其特征在于：所述的空腔位于钢丝束的上方，称为顶部空腔。

9.根据权利要求8所述的一种悬索桥主缆的除湿方法，其特征在于：所述的索夹在钢丝束的上方有纵向贯通的倒凹槽。

10.根据权利要求9所述的一种悬索桥主缆的除湿方法，其特征在于：所述的顶部空腔、相应索夹的倒凹槽，连接成各主缆的顶部气流通道；顶部气流通道离相应的送风机最远端有气阀；在白天，顶部气流通道内湿度超过50％后，打开顶部气流通道的气阀，送入干燥气体，5分钟至10分钟后，关闭气阀。

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