CN114837081B - 一种减小悬索桥主缆缠丝松弛效应的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于悬索桥主缆防护施工技术领域，特别涉及一种减小悬索桥主缆缠丝松弛效应的方法。一种减小悬索桥主缆缠丝松弛效应的方法，首先计算缠丝内部张力对主缆形成的扭矩；然后根据扭矩平衡的原理，计算提供相应抵抗扭矩所需锁定的缠丝圈数；最后通过并焊或并焊与缠包共用的方式来锁住端部缠丝的张力以提供足够的摩擦力，防止缠丝由于回退引起松弛而导致内部张力的损失。本发明通过提高主缆缠丝端部提供的摩擦力，巧妙地避免了由于端部缠丝提供的抵抗扭矩不足而引起的缠丝内部张力损失的问题，无需增大缠丝导入力即可使主缆缠丝在施工完成后内部张力保持在较高水平，增强了缠丝对主缆发挥的密封防腐、保持缆形的作用。

Description

一种减小悬索桥主缆缠丝松弛效应的方法
技术领域
本发明属于悬索桥主缆防护施工技术领域，特别涉及一种减小悬索桥主缆缠丝松弛效应的方法。
背景技术
主缆缠丝是悬索桥主缆防护施工的重要一环，其施工质量关系到悬索桥的使用寿命，需严格控制。主缆缠丝是用专用的缠丝设备以一定的张力使镀锌软钢丝密匝牢固地缠绕在主缆上的作业，用以保护主缆钢丝，保证涂装防护效果同时发挥保持缆形的作用。
缠丝要发挥出预定作用，其内部张力的保持是至关重要的。但通过实桥测试发现，悬索桥主缆缠丝施工完成后，缠绕钢丝内部张力仅为初始导入张力的1/4~1/3。针对缠丝张力损失的问题，现阶段主缆缠丝施工中主要通过以下两种方式进行解决：
（1）通过加大缠丝初始导入力，使施工完成后缠绕钢丝内部残余张力保持为发挥缠丝预定作用所需的张力，但加大缠丝初始导入力会引起一系列的问题。随着缠丝导入力的增大，缠绕钢丝的型号以及材质等都需要进行相应匹配，这使得对缠丝的要求非常严苛，特别是主缆直径较大的情况下，这一系列问题更为突出；
（2）考虑到主缆直径在二期恒荷载施加上去后，主缆轴力增大，直径会变小，这也会导致缠丝由于发生松弛而引起内部张力的损失。因此，主缆一般在桥面铺装完成或者完成大部分后进行缠丝施工，但这种方式对缠丝的时机以及施工的工期提出了新的要求。
通过对主缆缠丝施工工艺的深入分析，认为造成缠丝内部张力大幅减小的主要原因是：由于缠丝内部张力会对主缆产生扭矩作用，而在端部缠丝接长过程中，现阶段的施工工艺是将每根缠绕钢丝只在端部进行并焊一圈（1处2点）锁住端部缠丝的张力并提供摩擦力来产生一定的抵抗扭矩，若提供的抵抗扭矩不足则不能使端部缠丝与主缆保持相对静止，缠绕钢丝会由于回退引起松弛而导致内部张力损失，从而降低缠丝预定的密封防腐，保持缆形的作用。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种减小悬索桥主缆缠丝松弛效应的方法，通过提高主缆缠丝端部提供的摩擦力，巧妙地避免了由于端部缠丝提供的抵抗扭矩不足而使端部缠绕钢丝回退，从而引起缠丝松弛导致缠丝内部张力损失的问题，增强了缠丝对主缆发挥的密封防腐、保持缆形的作用，不会对缠绕钢丝的型号及材质等参数提出严苛的要求，增大了设计和施工的便利性，并对缠丝施工时机放宽了限制。
本发明的技术方案在于：一种减小悬索桥主缆缠丝松弛效应的方法，包括以下步骤：
S1：计算缠丝内部张力对主缆形成的扭矩；
S2：根据扭矩平衡的原理，计算提供相应抵抗扭矩来使端部缠丝与主缆间保持相对静止所需锁定的缠丝圈数；
S3：根据S2中计算出的需锁定的缠丝圈数，采用并焊或并焊与缠包共用的方式进行端部缠丝的锁定，锁住端部缠丝内部张力并提供形成相应抵抗扭矩所需的摩擦力。
由于主缆缠丝施工采用双线平行缠绕的方式施工，所述步骤S1中缠丝内部张力对 主缆形成的扭矩
Figure SMS_1
大小为：
Figure SMS_2
（1）
式中，
Figure SMS_3
为单根缠丝的内部初始张力，单位为N；R为主缆半径，单位为m。
所述步骤S2中端部缠丝与主缆间保持相对静止所需锁定的缠丝圈数n的计算过程如下：
根据扭矩平衡原理，端部缠丝为抵抗S1中缠丝内部张力对主缆形成的扭矩所需提供的扭矩大小应满足：
Figure SMS_4
（2）
其中
Figure SMS_5
（3）
式中，
Figure SMS_6
为单圈端部缠丝的摩擦力所能提供的最大扭矩值，单位为
Figure SMS_7
，μ为主缆 与缠丝间的摩擦系数，无量纲，所述摩擦系数μ通过实际测试确定，
Figure SMS_8
为积分变量，单位为 rad。
根据式（2）和式（3）得到端部缠丝与主缆间保持相对静止所需锁定的缠丝圈数n为：
Figure SMS_9
（4）
式中， n取不小于
Figure SMS_10
的整数。
所述端部缠丝为抵抗S1中缠丝内部张力对主缆形成的扭矩所需提供的扭矩要满足安全系数α的条件：
Figure SMS_11
（5）
此时：
Figure SMS_12
（6）
式中，α的取值范围≥2.0，n取不小于
Figure SMS_13
的整数。
所述步骤S3中采用并焊的方式进行悬索桥主缆缠丝接长过程中，缠丝内部张力的保持，其具体过程为：
S31：在进行切断缠丝、更换储丝轮的缠丝接长操作之前，根据计算得出的端部缠丝需要锁定的缠丝圈数，通过与相邻缠丝并焊来完成锁定以锁住端部缠丝内部张力，在并焊完成后，切断缠丝、更换储丝轮；
S32：储丝轮更换完毕后，将新换储丝轮上的缠丝断面与S31中的缠丝断面相互接触，并进行点焊固定；
S33：点焊固定后，再次缠丝，在缠丝相互接触的断面注入填缝材料，填埋间隙，完成主缆缠丝接长过程，缠丝需再次接长时，重复S31、S32和S33过程。
所述步骤S3中采用并焊与缠包共用的方式进行悬索桥主缆缠丝接长过程中，缠丝内部张力的保持，其具体过程为：
S311：在进行切断缠丝、更换储丝轮的缠丝接长操作之前，根据计算得出的端部缠丝需要锁定的缠丝圈数，将每根缠丝先在端部进行并焊一圈处理来进行单圈锁定，然后将需要锁定的缠丝圈数中剩余未锁定的缠丝圈数通过缠包带以缠包的方式予以一定约束将其锁定，在对端部缠丝并焊和缠包完成后，切断缠丝、更换储丝轮；
S322：储丝轮更换完毕后，将新换储丝轮上的缠丝断面与S311中的缠丝断面相互接触，并进行点焊固定；
S333：点焊固定后，再次缠丝，在缠丝相互接触的断面注入填缝材料，填埋间隙，拆除缠包带，完成主缆缠丝接长过程，缠丝需再次接长时，重复S311、S322和S333过程。
本发明的技术效果在于：
1.本发明通过提高主缆缠丝端部提供的摩擦力，巧妙地避免了由于端部缠丝提供的抵抗扭矩不足而使端部缠绕钢丝回退，从而引起缠丝松弛导致缠丝内部张力损失的问题。
2.本发明通过并焊或并焊和缠包的处理方式进行端部缠丝的锁定，以锁住端部缠丝内部张力，具有原理清晰、施工简单的特点。
3.本发明无需增大缠丝导入力即可使主缆缠丝在施工完成后内部张力保持在一定水平，不会对缠绕钢丝的型号及材质等参数提出严苛的要求，增大了设计和施工的便利性。
4.本发明提供的减小悬索桥主缆缠丝松弛效应的方法可使缠丝内部张力保持在较高水平，可对缠丝的时机进行一定程度的放宽，无需等到二期恒荷载施加完成后再进行缠丝施工，对主缆缠丝作业的工期可灵活安排。
以下将结合附图进行进一步的说明。
附图说明
图1为本发明实施例一种减小悬索桥主缆缠丝松弛效应的方法中缠丝受力分析示意图。
图2为本发明实施例一种减小悬索桥主缆缠丝松弛效应的方法中采用并焊的方式进行悬索桥主缆缠丝作业示意图。
图3为本发明实施例一种减小悬索桥主缆缠丝松弛效应的方法中采用并焊与缠包共用的方式进行悬索桥主缆缠丝作业示意图。
具体实施方式
实施例1
一种减小悬索桥主缆缠丝松弛效应的方法，包括以下步骤：
S1：计算缠丝内部张力对主缆形成的扭矩；
S2：根据扭矩平衡的原理，计算提供相应抵抗扭矩来使端部缠丝与主缆间保持相对静止所需锁定的缠丝圈数；
S3：根据S2中计算出的需锁定的缠丝圈数，采用并焊或并焊与缠包共用的方式进行端部缠丝的锁定，锁住端部缠丝内部张力并提供形成相应抵抗扭矩所需的摩擦力。
本发明实施方案提供的减小悬索桥主缆缠丝松弛效应的方法，原理清晰、施工简单，通过提高主缆缠丝端部提供的摩擦力，避免了由于端部缠丝提供的抵抗扭矩不足而引起的缠丝内部张力损失的问题；采用本发明中的技术方案无需增大初始导入力，避免了初始导入力增大带来的一系列问题，同时增强了缠丝对主缆发挥的密封防腐、保持缆形的作用，并对缠丝施工时机放宽了限制。
如图1所示，由于主缆缠丝施工采用双线平行缠绕的方式施工，所述步骤S1中缠丝 内部张力对主缆形成的扭矩
Figure SMS_14
大小为：
Figure SMS_15
（1）
式中，
Figure SMS_16
为单根缠丝的内部初始张力，单位为N；R为主缆半径，单位为m。
所述步骤S2中端部缠丝与主缆间保持相对静止所需锁定的缠丝圈数n的计算过程如下：
根据扭矩平衡原理，端部缠丝为抵抗S1中缠丝内部张力对主缆形成的扭矩所需提供的扭矩大小应满足：
Figure SMS_17
（2）
其中
Figure SMS_18
（3）
式中，
Figure SMS_19
为单圈端部缠丝的摩擦力所能提供的最大扭矩值，单位为
Figure SMS_20
，μ为主缆 与缠丝间的摩擦系数，无量纲，所述摩擦系数μ通过实际测试确定，
Figure SMS_21
为积分变量，单位为 rad。
根据式（2）和式（3）得到端部缠丝与主缆间保持相对静止所需锁定的缠丝圈数n为：
Figure SMS_22
（4）
式中， n取不小于
Figure SMS_23
的整数。
所述端部缠丝为抵抗S1中缠丝内部张力对主缆形成的扭矩所需提供的扭矩要满足安全系数α的条件：
Figure SMS_24
（5）
此时：
Figure SMS_25
（6）
式中，α的取值范围≥2.0，n取不小于
Figure SMS_26
的整数。
本发明通过引入一定的安全系数来完成需要锁定圈数的确定，使得计算结果具有一定的安全储备，可避免由于计算偏差以及施工误差带来的影响。
所述步骤S3中对于端部缠丝的锁定可采用并焊或并焊与缠包共用的方式来完成，以达到锁住端部缠丝张力的目的。
如图2所示，所述步骤S3中采用并焊的方式进行悬索桥主缆缠丝接长过程中，缠丝内部张力的保持，其具体过程为：
S31：在进行切断缠丝、更换储丝轮的缠丝接长操作之前，根据计算得出的端部缠丝需要锁定的缠丝圈数，通过与相邻缠丝并焊来完成锁定以锁住端部缠丝内部张力，在并焊完成后，切断缠丝、更换储丝轮；
S32：储丝轮更换完毕后，将新换储丝轮上的缠丝断面与S31中的缠丝断面相互接触，并进行点焊固定；
S33：点焊固定后，再次缠丝，在缠丝相互接触的断面注入填缝材料，填埋间隙，完成主缆缠丝接长过程，缠丝需再次接长时，重复S31、S32和S33过程。
所述步骤S3中采用并焊的方式进行悬索桥主缆缠丝接长过程中，缠丝内部张力的保持，端部缠丝提供相应抵抗扭矩所需锁定的圈数全部通过并焊的方式来锁住其内部张力，以此来锁住端部缠丝的张力并提供形成相应抵抗扭矩所需的摩擦力，达到防止缠绕钢丝由于回退而导致缠丝内部张力损失的目的。
如图3所示，所述步骤S3中采用并焊与缠包共用的方式进行悬索桥主缆缠丝接长过程中，缠丝内部张力的保持，其具体过程为：
S311：在进行切断缠丝、更换储丝轮的缠丝接长操作之前，根据计算得出的端部缠丝需要锁定的缠丝圈数，将每根缠丝先在端部进行并焊一圈处理来进行单圈锁定，然后将需要锁定的缠丝圈数中剩余未锁定的缠丝圈数通过缠包带以缠包的方式予以一定约束将其锁定，在对端部缠丝并焊和缠包完成后，切断缠丝、更换储丝轮；
S322：储丝轮更换完毕后，将新换储丝轮上的缠丝断面与S311中的缠丝断面相互接触，并进行点焊固定；
S333：点焊固定后，再次缠丝，在缠丝相互接触的断面注入填缝材料，填埋间隙，拆除缠包带，完成主缆缠丝接长过程，缠丝需再次接长时，重复S311、S322和S333过程。
所述步骤S3中采用并焊与缠包共用的方式进行悬索桥主缆缠丝接长过程中，缠丝内部张力的保持，端部缠丝提供相应抵抗扭矩所需锁定的圈数无需全部通过并焊的方式来锁住其内部张力，只需在将每根缠丝端部进行并焊一圈处理后，剩余需锁定的圈数可通过缠丝带以并焊与缠包共用的方式予以一定约束将其锁定，以此来锁住端部缠丝的张力并提供形成相应抵抗扭矩所需的摩擦力，达到防止缠绕钢丝由于回退而导致缠丝内部张力损失的目的，使缠丝接长作业更加简便、快捷。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种减小悬索桥主缆缠丝松弛效应的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：计算缠丝内部张力对主缆形成的扭矩；由于主缆缠丝施工采用双线平行缠绕的方式施工，所述步骤S1中缠丝内部张力对主缆形成的扭矩W0大小为：
W0＝2T0R (1)
式中，T0为单根缠丝的内部初始张力，单位为N；R为主缆半径，单位为m；
S2：根据扭矩平衡的原理，计算提供相应抵抗扭矩来使端部缠丝与主缆间保持相对静止所需锁定的缠丝圈数，端部缠丝为抵抗S1中缠丝内部张力对主缆形成的扭矩所需提供的扭矩大小应满足：
nWf≥W0 (2)
其中
Figure QLYQS_1
式中，Wf为单圈端部缠丝的摩擦力所能提供的最大扭矩值，单位为N·m，μ为主缆与缠丝间的摩擦系数，无量纲，所述摩擦系数μ通过实际测试确定，θ为积分变量，单位为rad；
根据式(2)和式(3)得到端部缠丝与主缆间保持相对静止所需锁定的缠丝圈数n为：
Figure QLYQS_2
式中，n取不小于
Figure QLYQS_3
的整数；
S3：根据S2中计算出的需锁定的缠丝圈数，采用并焊或并焊与缠包共用的方式进行端部缠丝的锁定，锁住端部缠丝内部张力并提供形成相应抵抗扭矩所需的摩擦力。
2.根据权利要求1所述一种减小悬索桥主缆缠丝松弛效应的方法，其特征在于：所述步骤S2中端部缠丝为抵抗S1中缠丝内部张力对主缆形成的扭矩所需提供的扭矩要满足安全系数α的条件：
nWf≥αW0 (5)
此时：
Figure QLYQS_4
式中，α的取值范围≥2.0，n取不小于
Figure QLYQS_5
的整数。
3.根据权利要求1所述一种减小悬索桥主缆缠丝松弛效应的方法，其特征在于：所述步骤S3中采用并焊的方式进行悬索桥主缆缠丝接长过程中，缠丝内部张力的保持，其具体过程为：
S31：在进行切断缠丝、更换储丝轮的缠丝接长操作之前，根据计算得出的端部缠丝需要锁定的缠丝圈数，通过与相邻缠丝并焊来完成锁定以锁住端部缠丝内部张力，在并焊完成后，切断缠丝、更换储丝轮；
S32：储丝轮更换完毕后，将新换储丝轮上的缠丝断面与S31中的缠丝断面相互接触，并进行点焊固定；
S33：点焊固定后，再次缠丝，在缠丝相互接触的断面注入填缝材料，填埋间隙，完成主缆缠丝接长过程；
缠丝需再次接长时，重复S31、S32和S33过程。
4.根据权利要求1所述一种减小悬索桥主缆缠丝松弛效应的方法，其特征在于：所述步骤S3中采用并焊与缠包共用的方式进行悬索桥主缆缠丝接长过程中，缠丝内部张力的保持，其具体过程为：
S311：在进行切断缠丝、更换储丝轮的缠丝接长操作之前，根据计算得出的端部缠丝需要锁定的缠丝圈数，将每根缠丝先在端部进行并焊一圈处理来进行单圈锁定，然后将需要锁定的缠丝圈数中剩余未锁定的缠丝圈数通过缠包带以缠包的方式予以一定约束将其锁定，在对端部缠丝并焊和缠包完成后，切断缠丝、更换储丝轮；
S322：储丝轮更换完毕后，将新换储丝轮上的缠丝断面与S311中的缠丝断面相互接触，并进行点焊固定；
S333：点焊固定后，再次缠丝，在缠丝相互接触的断面注入填缝材料，填埋间隙，拆除缠包带，完成主缆缠丝接长过程；
缠丝需再次接长时，重复S311、S322和S333过程。
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