CN117139508A - 一种模拟回转索鞍的索股预弯曲成型方法 - Google Patents

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强强
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赵军
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Abstract

本发明涉及一种模拟回转索鞍的索股预弯曲成型方法，属于索股预成型领域。索股的预成型弯曲段即对应回转索鞍内的索股段，回转索股的预成型过程按照钢丝放丝—成型—缠带—标记—牵引—盘卷，钢丝放丝到预成型弯曲段时，将钢丝向预弯曲成型模具处牵引，将钢丝按照在回转索鞍处的内外层方式逐层分开，并将钢丝束截面梳理成与预弯曲成型模具的内腔尺寸一致，将梳理后的预弯曲段钢丝束放入预弯曲成型模具的型腔，保证外层钢丝与模具严密贴合，用夹具对弯曲段固定，完成对回转索股在回转索鞍处的预弯曲成型。

Description

一种模拟回转索鞍的索股预弯曲成型方法
技术领域
本发明涉及索股的预成型方法，具体涉及一种索股预弯曲成型方法。
背景技术
悬索桥在结构形式、跨越能力、施工方法等方面有诸多优点，被广泛应用于跨越江、海、峡谷等大、中跨径的桥梁建设。随着我国交通基础设施进一步发展，常规形式的悬索桥难以适应更加复杂、特殊的地形、地质、施工条件。在此背景下，诸如回转缆悬索桥等新的悬索桥结构形式应运而生。
回转缆是指主缆由一岸锚碇始发，绕过对岸锚碇后返回并锚固于始发岸锚碇的一种主缆布置方式。主缆索股在回转锚碇处连续通过，利用回转索鞍系统实现索股回转锚固，取代传统的悬索桥断开分散锚固方式，充分利用了主缆的恒载自平衡特性、优化了悬索桥锚固构造及锚碇结构。回转缆的架设结构如图1所示。
回转缆及约束体系的主要特点为：1)回转侧索股连续紧凑，与传统主缆散开锚固相比，可大幅减小对锚碇构造尺寸的要求；2)回转缆具有竖向和水平两个平面内转向，与传统主缆索股相比，索股及钢丝排布需满足垂直和水平面内双向转向的要求。
如图2所示为一种主缆的回转方式。
如图3所示为回转索鞍的结构。
如图4所示为图3所示结构中的BB剖视图，所示为主缆钢丝在回转索鞍内的排列方式。
在以上转向中，对于垂直平面内的索股，塔端主索鞍及锚固段散索鞍的转向与主缆索股的垂度导致的索股内的钢丝长度相抵消；但是对于水平平面内的转向，将会导致传统的索股内钢丝长度产生较大的差异，从而导致主缆索股受力不均匀。因此，对于回转缆索股，需要模拟回转缆索鞍的结构，在工厂内进行预成型，以保障主缆索股架设后受力均匀。
发明内容
本发明针对回转缆的索股在回转索鞍处弯曲的形式，提供一种索股预弯曲成型方法，在索股于回转索鞍的弯曲段预弯曲成型，减小或避免预成型主缆索股受力不均匀的现象。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种模拟回转索鞍的索股预弯曲成型方法，包括，
一、按设计要求确定回转索股的钢丝长度，钢丝盘绕在放丝盘上；
二、根据回转索鞍的尺寸确定回转索鞍处各层钢丝弯曲段长度LN，N为主缆的层数，由内而外基数，最内层为1；根据圆弧模拟，计算回转索鞍处同根索股最内层钢丝、最外层钢丝的长度差ΔL；
三、回转索股标记
按照步骤二计算的各层钢丝弯曲段的长度，在回转索股对应回转索鞍的内外层钢丝预弯曲成型段的起点和终点做标记，所述起点对应回转索鞍的入口，所述终点对应回转索鞍的出口；
四、根据回转索鞍弯曲弧长和弯曲弧长的高度H，确定预弯曲成型模具的规格，所述预弯曲成型模具具有一用于钢丝弯曲整形的弧形模腔，所述弧形模腔的弧形内径R1与回转索鞍的弧形内径一致；所述弧形模腔的弧形半径R1对应的高度H与回转索鞍的弧形内径所对应的高度一致；所述弧形模腔的弧形外径R2满足：R2＝R1+(1.1～1.5)h，h为回转索鞍内索股在内外层方向的高度；所述弧形模腔、回转索鞍在径向截面上的宽度一致；
五、在回转索股预成型
回转索股预成型包括预成型直线段和预成型弯曲段，其中预成型弯曲段即对应回转索鞍内的索股段，回转索股的预成型过程按照钢丝放丝—成型—缠带—标记—牵引—盘卷，构成回转索股的若干钢丝分别从各钢丝盘放出，对于预成型直线段而言，钢丝从放丝盘放出后钢丝束经整形后用缠包带定型，然后直接向卷盘牵引在卷盘上收卷；当钢丝放丝到预成型弯曲段时，将钢丝向预弯曲成型模具处牵引，同时拆除该段钢丝束上的缠包带，将钢丝按照在回转索鞍处的内外层方式逐层分开，并将钢丝束截面梳理成与预弯曲成型模具的内腔尺寸一致，并在该段钢丝束的前后两端进行临时固定保持当前的截面造型；
然后，将梳理后的预弯曲段钢丝束放入预弯曲成型模具的型腔，保证外层钢丝与模具严密贴合，确保钢丝束的截面形状与回转索股在回转索鞍处的钢丝截面形状一致；钢丝束在预弯曲成型模具型腔内的弯曲延伸趋势与回转索股在回转索鞍处的钢丝弯曲趋势一致；
六、对回转索股预成型弯曲段进行夹具固定
调整预弯曲成型模具中的内外层钢丝的位置，使钢丝上的起点标记对应预弯曲成型模具的起始位置，终点标记对应预弯曲成型模具的末端位置；然后采用夹具将回转索股预弯曲段进行分段固定，固定后向前牵引收卷到卷盘上，然后进行继续回转索股预成型直线段的加工。
作为本申请的实施方式之一，在步骤二中，
(N-3)d)，式中d为钢丝直径，R1为回转索股内最内层钢丝所在圆弧的回转内径，θ为回转索鞍所在圆弧的圆心角；
d)，式中N为最外层钢丝层所对应的层数。
作为本申请的实施方式之一，在步骤六中，在对钢丝位置调整时，使用分隔板切入当前钢丝层与相邻钢丝层之间，然后对当前钢丝层的位置进行调整。可以避免在当前钢丝移动时对相邻层的钢丝产生干涉。
作为本申请的实施方式之一，在步骤六中，对回转索股预成型弯曲段起始和终止位置采用夹具一固定，夹具一的固定长度为100mm～200mm，对回转索股预成型弯曲段的中间段采用夹具二固定，夹具二的固定长度为30mm～80mm，夹具之间的间距为1-3m。
作为本申请的实施方式之一，在回转索股预成型弯曲段最外层1～4层钢丝之间设置垫片，所述垫片位于预成型弯曲段的中间位置，垫片的作用在于填充外面钢丝层之间的弯曲间隙，所述垫片沿着回转索股长度方向的延伸长度为50～80mm，沿着回转索股弯曲段径向截面宽度方向的宽度不小于索股外径。
作为本申请的实施方式之一，回转索股中所述预成型弯曲段有若干段，各弯曲段。
作为本申请的实施方式之一，步骤五中，所述预弯曲成型模具包括多段间隔设置的圆弧段成型模具和基准底板，多段所述圆弧段成型模具沿圆弧间隔布置，各所述圆弧段成型模具与基准底板固定连接，所述基准底板为平板，基准底板的长度与回转索鞍的入口与出口之间的直线距离一致，一端部的圆弧段成型模具起始于基准底板的一端，另一端部的圆弧段成型模具终止于基准底板的另一端。
进一步地，两相邻的圆弧段成型模具之间留有间隙，预留夹具的安装空间。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本申请针对回转索股在回转索鞍处的弯曲形式，模拟回转缆索鞍的结构，对回转索股进行弯曲段预成型，保障了主缆索股架设后受力均匀。
附图说明
图1为回转缆悬索桥回转主缆示意图；
图2为一种主缆的回转方式；
图3为回转索鞍的结构示意图；
图4为图3所示结构中的BB剖视图；
图5为回转索股预弯曲成型原理图；
图6为回转索股在弯曲成型段的索股标记方式；
图7为本申请实施例中回转索鞍处的索股钢丝排列示意图；
图8为本申请实施例中预弯曲成型装置的结构示意图；
图9为图8中AA剖视图；
图10为本申请实施例中主缆索股直线段预成型过程示意图(正视图)；
图11为本申请实施例中主缆索股直线段预成型过程示意图(俯视图)；
图12为本申请实施例中主缆索股弯曲段预成型过程示意图(正视图)；
图13为本申请实施例中主缆索股弯曲段预成型过程示意图(俯视图)；
图14为本申请实施例中索股钢丝梳理后的截面形状，与回转索鞍处钢丝的排列形状一致；
图15为本申请实施例中用临时夹具固定后的索股截面；
图16为本申请实施例中索股钢丝在主缆索股预弯曲成型装置中的排列方式，与回转索鞍处钢丝的排列形状一致；
图17为本申请实施例中索股钢丝进入预弯曲成型装置的过程示意图；
图18为本申请实施例中索股在预弯曲段的固定示意图；
图19为索股预弯曲段钢丝层与层之间的垫片；
图20为索股预弯曲段钢丝层与层之间设置垫片进行间隔的示意图；
图21为索股预弯曲段所用的夹具一的侧视图；
图22为索股预弯曲段所用的夹具一的正视图；
图23为索股预弯曲段所用的夹具二的侧视图；
图24为索股预弯曲段所用的夹具二的正视图；
图中，主缆1、回转索鞍2、转鞍3、桥塔索鞍4、散鞍5、预成型模拟模具6、连接板7、基准底板8、放丝盘9、缠包带10、卷盘11、夹具一12、夹具二13、垫片14。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。本实施例中的文字描述是与附图对应的，涉及方位的描述也是基于附图的描述，不应理解为是对本发明保护范围的限制。
实施例1
本实施例模拟回转缆索鞍的结构，在工厂内对回转索鞍预成型，以保障回转索股架设后受力均匀。
实施方案：
(1)按照设计要求进行索股钢丝的盘卷、制作，钢丝的长度、规格等由设计单位结合具体桥梁设计。
(2)根据回转索股和回转索鞍槽型的尺寸确定回转索鞍处的索股的弯曲长度。
根据圆弧模拟，计算回转索鞍处同一根回转索股内外层钢丝长度差，计算过程如下，参见图5，
回转索鞍第一层钢丝长度L1＝θ/180×π×(R1+0.5d)
回转索鞍第二层钢丝长度
回转索鞍第三层钢丝长度
回转索鞍第四层钢丝长度
回转索鞍第五层钢丝长度
回转索鞍第六层钢丝长度
回转索鞍第七层钢丝长度
回转索鞍第N层钢丝长度
其中，d为钢丝直径，R1为回转索股的最内层钢丝回转内径。
的计算式中是以7层的回转主缆
确定，主缆总计N层，最外层与第一层钢丝的ΔL计算通式为
(3)回转索股标记
在对回转索股在回转索鞍弯曲段的预成型前，按照以上长度差异，根据索股上的回转索鞍的标记点，在回转索股预弯曲成型段的起点(对应回转索鞍的入口点)和终点(对应回转索鞍的出口点)的索股钢丝上层(对应回转索鞍外层)和索股下层(对应回转索鞍内层)的钢丝上做上标记，便于预弯曲成型后的检查，如图6所示。
(4)根据回转索鞍的弯曲弧长和弯曲弧长的高度，确定预弯曲成型模具的规格，预弯曲成型模具具有一用于钢丝弯曲整形的弧形模腔，弧形模腔的弧形内径R1与回转索鞍的弧形内径一致；弧形模腔的弧形半径R1对应的高度H与回转索鞍的弧形内径所对应的高度一致；弧形模腔的弧形外径R2满足：R2＝R1+(1.1～1.5)h，h为回转索鞍内索股在内外层方向的高度；所述弧形模腔、回转索鞍在径向截面上的宽度一致，如图8、9所示。
(5)预弯曲成型装置有以下几个部分组成:
①确定预成型圆弧段内径R1、高度H和圆弧段长度(内弧长度)的基准底板8，基准底板8的厚度为10mm～20mm，基准底板的长度不小于回转索股在弯曲段起点和终点之间的直线长度，宽度不小于索股横截面宽度的2倍，确保在使用过程不翘曲、不变形、不失稳。基准底板8需经过精加工，其平面度须达到0.5mm/1000mm。基准底板是竖直在地面上。
②模拟回转索鞍处索股转弯及其形状的预弯曲成型模具(预弯曲成型模具的结构见图6，模具内腔需要经过机加工，机加工后的型腔尺寸误差不大于0.1mm。该模具由三到五段等圆心、等直径的圆弧段组成，壁厚为30mm～100mm，保证有一定的刚度，为索股预成型提供足够的约束刚度；预弯曲成型模具的各个圆弧段之间预留一定的间隙，便于成型后对钢丝束安装夹具，预弯曲成型模具的起点和终也与回转索鞍的起点和终点基本一致。
③预弯曲成型模具与基准底板之间采用一定厚度钢板或者刚性支架连接，该连接板或者连接支架具有一定的刚度，需保证预成型圆弧装置在预成型作业中不失稳，不变形。制作中，基准底板与连接装置之间进行焊接或者螺栓连接，连接装置与预成型模具可整体加工，也可以焊接，焊接后底板平面度须达到1mm/1000mm。
(6)回转索股预成型包括预成型直线段和预成型弯曲段，其中预成型弯曲段即对应回转索鞍内的索股段，回转索股的预成型过程按照钢丝放丝—成型—缠带—标记—牵引—盘卷，构成回转索股的若干钢丝分别从各钢丝盘放出，对于预成型直线段而言，钢丝从放丝盘放出后钢丝束经整形后用缠包带定型，然后直接向卷盘牵引在卷盘上收卷，如图10-11所示；当钢丝放丝到预成型弯曲段时，将钢丝向预弯曲成型模具处牵引，同时拆除该段钢丝束上的缠包带，将钢丝按照在回转索鞍处的内外层方式逐层分开，并将钢丝束截面梳理成与预弯曲成型模具的内腔尺寸一致，并在该段钢丝束的前后两端进行临时固定保持当前的截面造型，如图14-16所示，然后，将梳理后的预弯曲段钢丝束放入预弯曲成型模具的型腔，保证外层钢丝与模具严密贴合，确保钢丝束的截面形状与回转索股在回转索鞍处的钢丝截面形状一致；钢丝束在预弯曲成型模具型腔内的弯曲延伸趋势与回转索股在回转索鞍处的钢丝弯曲趋势一致。
(7)对回转索股预成型弯曲段进行夹具固定
调整预弯曲成型模具中的内外层钢丝的位置，使钢丝上的起点标记对应预弯曲成型模具的起始位置，终点标记对应预弯曲成型模具的末端位置；如果检测到预弯曲后的钢丝上的标记与设计的不符合，通过薄钢板切入该层钢丝与相邻层钢丝之间，再次进行梳理。
然后采用夹具将回转索股预弯曲段进行分段固定，起始和终止位置的夹具采用长度为100mm～200mm的大刚度元宝形特种夹具(夹具一)(夹具结构见图21、22)并上紧螺栓使钢丝不能自由窜动，中间段夹具采用长度为30mm～80mm的普通预成型夹具(夹具二)(夹具结构见图23、24)，夹具之间间距2m，如图18所示。固定后向前牵引收卷到卷盘上，如图12-13所示，然后继续进行回转索股预成型直线段的加工。
为了防止外层钢丝串动，在预弯曲段最外面1～4层钢丝之间可设置定位隔离垫片(间隔片沿着索股长度方向的长度为50～80mm，沿着索股直径方向宽度不小于索股外径)，间隔垫片根据设计厚度采用高强度聚酯纤维带等柔性材料制作，如图19、20。
在回转索股的预弯曲成形段采用高强度聚酯纤维胶带缠包带通包3～8层。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种模拟回转索鞍的索股预弯曲成型方法，其特征在于：包括，
一、按设计要求确定回转索股的钢丝长度，钢丝盘绕在放丝盘上；
二、根据回转索鞍的尺寸确定回转索鞍处各层钢丝弯曲段长度LN，N为主缆的层数，由内而外基数，最内层为1；根据圆弧模拟，计算回转索鞍处同根索股最内层钢丝、最外层钢丝的长度差ΔL；
三、回转索股标记
按照步骤二计算的各层钢丝弯曲段的长度，在回转索股对应回转索鞍的内外层钢丝预弯曲成型段的起点和终点做标记，所述起点对应回转索鞍的入口，所述终点对应回转索鞍的出口，标记后的钢丝再盘卷到放丝盘上；
四、根据回转索鞍弯曲弧长和弯曲弧长的高度H，确定预弯曲成型模具的规格，所述预弯曲成型模具具有一用于钢丝弯曲整形的弧形模腔，所述弧形模腔的弧形内径R1与回转索鞍的弧形内径一致；所述弧形模腔的弧形半径R1对应的高度H与回转索鞍的弧形内径所对应的高度一致；所述弧形模腔的弧形外径R2满足：R2＝R1+(1.1～1.5)h，h为回转索鞍内索股在内外层方向的高度；所述弧形模腔、回转索鞍在径向截面上的宽度一致；
五、在回转索股预成型
回转索股预成型包括预成型直线段和预成型弯曲段，其中预成型弯曲段即对应回转索鞍内的索股段，回转索股的预成型过程按照钢丝放丝—成型—缠带—标记—牵引—盘卷，构成回转索股的若干钢丝分别从各钢丝盘放出，对于预成型直线段而言，钢丝从放丝盘放出后钢丝束经整形后用缠包带定型，然后直接向卷盘牵引在卷盘上收卷；当钢丝放丝到预成型弯曲段时，将钢丝向预弯曲成型模具处牵引，同时拆除该段钢丝束上的缠包带，将钢丝按照在回转索鞍处的内外层方式逐层分开，并将钢丝束截面梳理成与预弯曲成型模具的内腔尺寸一致，并在该段钢丝束的前后两端进行临时固定保持当前的截面造型；
然后，将梳理后的预弯曲段钢丝束放入预弯曲成型模具的型腔，保证外层钢丝与模具严密贴合，确保钢丝束的截面形状与回转索股在回转索鞍处的钢丝截面形状一致；钢丝束在预弯曲成型模具型腔内的弯曲延伸趋势与回转索股在回转索鞍处的钢丝弯曲趋势一致；
六、对回转索股预成型弯曲段进行夹具固定
调整预弯曲成型模具中的内外层钢丝的位置，使钢丝上的起点标记对应预弯曲成型模具的起始位置，终点标记对应预弯曲成型模具的末端位置；然后采用夹具将回转索股预弯曲段进行分段固定，固定后向前牵引收卷到卷盘上，然后进行继续回转索股预成型直线段的加工。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤二中， 式中d为钢丝直径，R1为回转索股内最内层钢丝所在圆弧的回转内径，θ为回转索鞍所在圆弧的圆心角；/> 式中N为最外层钢丝层所对应的层数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤六中，在对钢丝位置调整时，使用分隔板切入当前钢丝层与相邻钢丝层之间，然后对当前钢丝层的位置进行调整。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤六中，对回转索股预成型弯曲段起始和终止位置采用夹具一固定，夹具一的固定长度为100mm～200mm，对回转索股预成型弯曲段的中间段采用夹具二固定，夹具二的固定长度为30mm～80mm，夹具之间的间距为1-3m。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在回转索股预成型弯曲段最外层1～4层钢丝之间设置垫片，所述垫片位于预成型弯曲段的中间位置，所述垫片沿着回转索股长度方向的延伸长度为50～80mm，沿着回转索股弯曲段径向截面宽度方向的宽度不小于索股外径。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：回转索股中所述预成型弯曲段有若干段。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤五中，所述预弯曲成型模具包括多段间隔设置的圆弧段成型模具和基准底板，多段所述圆弧段成型模具沿圆弧间隔布置，各所述圆弧段成型模具与基准底板固定连接，所述基准底板为平板，基准底板的长度与回转索鞍的入口与出口之间的直线距离一致，一端部的圆弧段成型模具起始于基准底板的一端，另一端部的圆弧段成型模具终止于基准底板的另一端。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：两相邻的圆弧段成型模具之间留有间隙。
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