CN216739270U - 一种耐高疲劳应力幅的耐久型复合钢绞线斜拉索 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种耐高疲劳应力幅的耐久型复合钢绞线斜拉索，属于钢绞线斜拉索技术领域。包括复合钢绞线单元，所述复合钢绞线单元依次分为固定端锚固段、固定端预埋段、自由段、张拉端预埋段和张拉端锚固段；所述固定端预埋段和张拉端预埋段分别穿设设置预埋件，所述固定端锚固段上设有固定端锚固件，所述张拉端锚固段上设有张拉端锚固件，使得所述复合钢绞线单元锚固于张拉端锚固件和固定端锚固件；所述自由段上套设防护单元，所述防护单元一端与固定端预埋段预埋件连接，另一端与张拉端预埋段预埋件连接。采用具有碳纤维筋棒的复合钢绞线，满足高疲劳应力幅的使用工况，提高拉索耐久性，适用于单根穿索、单根张拉的施工作业要求。

Description

一种耐高疲劳应力幅的耐久型复合钢绞线斜拉索

技术领域

本实用新型涉及一种耐高疲劳应力幅的耐久型复合钢绞线斜拉索，属于钢绞线斜拉索技术领域。

背景技术

钢绞线斜拉索作为一种预应力拉索构件，大量应用于国内外的斜拉桥、拱桥及类似结构的建筑工程。常规的钢绞线斜拉索采用的钢绞线为7根钢丝按一定螺旋节距绞制而成，一般也成为七丝预应力钢绞线。

随着大跨度斜拉桥的建设发展，特别是铁路桥梁包括公铁两用桥对斜拉索的耐久性、耐高疲劳应力幅提出了更高要求。常规斜拉索的七丝钢绞线由于其外层的6根钢丝为螺旋围绕中心丝，在同一根钢绞线上，外层钢丝的长度总大于中心丝长度。在外力作用下，外层钢丝和中心丝之间的伸长量是不一样的，所以外层钢丝和中心丝之间存在相对位移，即外层钢丝和中心丝之间存在相对滑动，有滑动就存在磨损。因此，在桥梁运营过程中，斜拉索在长年累月的动荷载作用下，钢绞线的外层钢丝和中心丝之间会出现相对滑动的磨损破坏，即微动疲劳磨损。在钢绞线拉索受微动疲劳磨损的影响下，钢绞线拉索的疲劳性能设计指标一般能通过上限应力为45％fptk、应力幅为200MPa、循环次数为200 万次的疲劳性能试验。随着铁路桥梁对钢绞线斜拉索疲劳性能要求的提高，研究开发耐疲劳应力幅250MPa甚至280MPa以上的钢绞线斜拉索已经十分必要。

受钢绞线疲劳性能的限制，钢绞线拉索在塔、梁索导管的管口处，需安装减振器，且要求塔、梁索导管段的钢绞线偏折角θ不大于1.4°，这就需要索导管具有足够的长度，故存在桥梁主塔尺寸不能纤小设计、索导管外露主塔影响美观等缺点。

碳纤维材料具有轻质、高强、不锈蚀、耐腐蚀、耐疲劳等优异性能，但由于受碳纤维材料横向剪切性能较差的限制，采用碳纤维制作的绞线两端不能采用夹片式锚固，一般需采用粘结锚固，工艺复杂，不适合当前采用的钢绞线拉索单根穿索、单根张拉的施工工艺。

随着桥梁建设的发展，特别是对斜拉索具有耐高疲劳应力幅、高耐久性、桥梁结构采用新颖设计等特殊要求时，现有的常规钢绞线拉索技术已不能满足。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种耐高疲劳应力幅的耐久型复合钢绞线斜拉索，采用具有碳纤维芯的复合钢绞线，满足高疲劳应力幅的使用工况，提高拉索耐久性，适用于单根穿索、单根张拉的施工作业要求。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案为：一种耐高疲劳应力幅的耐久型复合钢绞线斜拉索，包括复合钢绞线单元，所述复合钢绞线单元依次分为固定端锚固段、固定端预埋段、自由段、张拉端预埋段和张拉端锚固段；所述固定端预埋段和张拉端预埋段分别设置预埋件，所述固定端锚固段上设有固定端锚固件，所述张拉端锚固段上设有张拉端锚固件，使得所述复合钢绞线单元锚固于张拉端锚固件和固定端锚固件；所述自由段上套设防护单元，所述防护单元一端与固定端预埋件连接，另一端与张拉端预埋件连接；

所述复合钢绞线单元包括若干复合钢绞线，任一复合钢绞线分别包括碳纤维筋棒制成的中心丝，所述中心丝外周围设多根钢丝制成的边丝，多根所述边丝螺旋绞合于中心丝上，并在螺旋绞合的多根所述边丝上套设PE或PP制成的护套。

所述中心丝与边丝之间的间隙和外周分别涂设防护层，所述防护层为环氧树脂或聚烯烃制成件。

所述碳纤维筋棒的抗拉强度不小于2200MPa。

所述边丝的螺旋节距为复合钢绞线直径的12～18倍。

所述边丝为镀锌钢丝或镀锌铝钢丝或环氧涂层钢丝。

所述防护单元包括外套管，所述外套管一端设有防水罩，另一端设有延伸管；所述防水罩一端连接固定端预埋件，所述防水罩另一端连接外套管；所述延伸管一端与外套管连接，所述延伸管另一端与张拉端预埋件连接。

所述外套管为钢管或HDPE管，所述外套管外周设置螺旋型的凸条，所述凸条的凸起高度为1～5mm。

所述外套管上通长缠设聚氟乙烯薄膜制成的胶带，所述胶带的厚度为0.5～3mm。

所述张拉端预埋件包括张拉端索导管和张拉端承压锚垫板，且所述张拉端承压锚垫板设于张拉端索导管端口；所述张拉端锚固件包括穿设于张拉端承压锚垫板内的张拉端支承筒，所述张拉端支承筒内侧设有张拉端密封筒，所述张拉端密封筒设于张拉端索导管内；所述张拉端支承筒外侧设有张拉端锚板，若干所述复合钢绞线一端分别穿设张拉端索导管、张拉端密封筒和张拉端锚板并露出于张拉端锚板；所述张拉端锚板上设置张拉端保护罩，使得露出张拉端锚板的复合钢绞线对应侧端部设于张拉端保护罩内；所述张拉端支承筒上套设调节螺母，张拉端支承筒与调节螺母螺纹连接。

所述固定端预埋件包括固定端索导管和固定端承压锚垫板，且所述固定端承压锚垫板设于固定端索导管端口；所述固定端锚固件包括穿设于固定端索导管内的固定端密封筒，且所述固定端密封筒贯穿固定端承压锚垫板，所述固定端密封筒外侧设有固定端锚板，若干复合钢绞线另一端分别穿设固定端索导管、固定端密封筒和固定端锚板并露出于固定端锚板；所述固定端锚板上设置固定端保护罩，使得露出固定端锚板的复合钢绞线对应侧端部设于固定端保护罩内。

所述张拉端锚板和固定端锚板上分别开设若干锚锥孔，所述复合钢绞线穿过锚锥孔，所述锚锥孔的锥度为11～14°，所述锚锥孔与复合钢绞线之间设置锥形夹片，使得复合钢绞线两端锚固于固定端锚板和张拉端锚板。

所述固定端索导管端口设置减振器，所述减振器设于复合钢绞线单元上；所述减振器内侧设有索夹，所述索夹固定于复合钢绞线单元上；所述复合钢绞线单元上还设有弹性约束圈，所述弹性约束圈设于张拉端索导管内侧，索夹和弹性约束圈分别能够径向收紧复合钢绞线单元。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：一种耐高疲劳应力幅的耐久型复合钢绞线斜拉索，采用了中心丝为碳纤维筋棒的复合钢绞线，能适应高疲劳应力幅的使用工况，提高了桥梁拉索的耐久性；螺旋绞合于中心丝的6根边丝为高强度钢丝，所以仍可以采用现有技术的夹片锚固技术，满足单根穿索、单根张拉的施工作业要求；依托复合钢绞线的优异耐疲劳性能，斜拉索在塔端的索导管长度取值可以较短，甚至可以不设减振器，有利于减小主塔尺寸，提高美观性；本申请给出了新一代钢绞线拉索体系解决方案的发展方向，能够满足现代桥梁建设对拉索产品耐疲劳、耐腐蚀的耐久性要求。

附图说明

图1为本实用新型实施例一种耐高疲劳应力幅的耐久型复合钢绞线斜拉索的总体构造示意图；

图2为图1中A-A截面图；

图3为图2中复合钢绞线的示意图；

图4为张拉端锚板和固定端锚板的锚锥孔示意图；

图5为图2中外套管的示意图；

图中1张拉端保护罩、2张拉端锚板、3调节螺母、4锥形夹片、5张拉端支承筒、 6张拉端承压锚垫板、7张拉端密封筒、8张拉端索导管、9延伸管、10弹性约束圈、11外套管、12复合钢绞线、121边丝、122碳纤维筋棒制成的中心丝、123HDPE护套、13防水罩、14索夹、15减振器、16固定端索导管、17固定端密封筒、18固定端承压锚垫板、19固定端锚板、20固定端保护罩、21凸条、22锚锥孔、L1张拉端锚固段、L2固定端锚固段、L3张拉端预埋段、L4固定端预埋段、L5自由段。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如图1所示，本实施例中的一种耐高疲劳应力幅的耐久型复合钢绞线斜拉索，包括复合钢绞线单元，复合钢绞线单元依次分为固定端锚固段L2、固定端预埋段L4、自由段L5、张拉端预埋段L3和张拉端锚固段L1。固定端预埋段L4和张拉端预埋段L3分别设置预埋件，固定端锚固段L2上设有固定端锚固件，张拉端锚固段L1上设有张拉端锚固件，使得复合钢绞线单元锚固于张拉端锚固件L1和固定端锚固件L2。自由段L5 上套设防护单元，防护单元一端与固定端预埋件连接，另一端与张拉端预埋件连接。图 1所示的复合钢绞线斜拉索构造仅示意为张拉端设置于上端，固定端设置于下端的构造，实际上根据桥梁结构设计需要，张拉端可设置于下端而固定端设置于上端，或两端同时采用张拉端或固定端。

如图2、3所示，复合钢绞线单元包括若干复合钢绞线12，任一复合钢绞线12分别包括高强度碳纤维筋棒制成的中心丝122，高强度碳纤维筋棒的抗拉强度不小于 2200MPa。中心丝122外周围设多根高强度钢丝制成的边丝121，多根边丝121螺旋绞合于中心丝122上，并在螺旋胶合的多根边丝121外周包覆PE或PP制成的护套123。其中，边丝121的螺旋节距为复合钢绞线12直径的12～18倍。

复合钢绞线12可采用具有防腐镀(涂)层的钢绞线制作，如边丝121为镀锌钢丝或镀锌铝钢丝或环氧涂层钢丝。

复合钢绞线12可采用填充型防护钢绞线制作。复合钢绞线单元包括若干填充型防护钢绞线，任一填充型防护钢绞线分别包括碳纤维筋棒制成的中心丝，中心丝外周围设多根钢丝制成的边丝。即先制作为中心丝为碳纤维筋棒的钢绞线，再经一定的工艺将钢绞线开扭打开，在钢绞线的内部间隙和外周均涂覆防护层，形成为内部间隙填充的防护钢绞线，防护层可采用环氧树脂或聚烯烃材料。

如图5所示，防护单元包括外套管11，外套管11一端设有防水罩13，另一端设有延伸管9。防水罩13一端连接固定端预埋件，防水罩13另一端连接外套管11。延伸管 9一端与外套管11连接，延伸管9另一端与张拉端预埋件连接。外套管11采用钢管或 HDPE管，为使斜拉索具有抗风雨振性能，可在外套管11外周设置螺旋型的凸条21，凸条21的凸起高度为1～5mm。为进一步提高斜拉索的耐久性，在外套管11上通长缠包有优异抗紫外线能力的聚氟乙烯薄膜制成的胶带，胶带厚度为0.5～3mm。

如图4所示，张拉端预埋件包括张拉端索导管8和张拉端承压锚垫板6，且张拉端承压锚垫板6设于张拉端索导管8端口。张拉端承压锚垫板6内穿设张拉端支承筒5，张拉端支承筒5内侧设有张拉端密封筒7，张拉端密封筒7设于张拉端索导管8内，张拉端支承筒5外侧设有张拉端锚板2，张拉端锚板2上开设若干锚锥孔22，锚锥孔22 的锥度为11～14°。若干复合钢绞线12一端分别穿设张拉端索导管8、张拉端密封筒7 和张拉端锚板2的锚锥孔22并露出张拉端锚板2。锚锥孔22与复合钢绞线12之间设置锥形夹片4，使得复合钢绞线12一端锚固于张拉端锚板2。张拉端锚板2上设置张拉端保护罩1，使得露出张拉端锚板2的复合钢绞线12对应侧端部设于张拉端保护罩1内。张拉端支承筒5上套设调节螺母3，张拉端支承筒5与调节螺母3螺纹连接。

固定端预埋件内包括固定端索导管16和固定端承压锚垫板18，且固定端承压锚垫板18设于固定端索导管16端口。固定端索导管16内设有固定端密封筒17，且固定端密封筒17贯穿固定端承压锚垫板18，固定端密封筒17外侧设有固定端锚板19，固定端锚板19上开设若干锚锥孔22，锚锥孔22的锥度为11～14°，固定端锚板19上的锚锥孔22与张拉端锚板2上的锚锥孔22相对应。若干复合钢绞线12另一端分别穿设固定端索导管16、固定端密封筒17和固定端锚板19的锚锥孔22并露出固定端锚板19。锚锥孔22与复合钢绞线12之间设置锥形夹片4，使得复合钢绞线12另一端锚固于固定端锚板19。固定端锚板19上设置固定端保护罩20，使得露出固定端锚板19的复合钢绞线12对应侧端部设于固定端保护罩20内。在张拉端支承筒5和张拉端密封筒7的长度范围内的若干复合钢绞线12相互平行设置，在固定端密封筒17的长度范围内的若干复合钢绞线12相互平行设置。

固定端索导管16端口设置减振器15，减振器15设于复合钢绞线单元上。减振器15内侧设有索夹14，索夹14固定于复合钢绞线单元上。复合钢绞线单元上还设有弹性约束圈10，弹性约束圈10设于张拉端索导管8内侧，且弹性约束圈10为弹性橡胶材料制成件。索夹14和弹性约束圈10分别能够径向收紧复合钢绞线单元。斜拉索的复合钢绞线12从张拉端密封筒出口至弹性约束圈的长度范围内，复合钢绞线之间的间距经弹性约束圈径向收紧后，外层的复合钢绞线的偏折角θ1不大于2.5°，复合钢绞线从固定端密封筒出口至索夹的长度范围内，复合钢绞线之间的间距经索夹径向收紧后，外层的复合钢绞线的偏折角θ2不大于2.5°。

本申请采用了中心丝为碳纤维筋棒的复合钢绞线，能适应高疲劳应力幅的使用工况，提高了桥梁拉索的耐久性；螺旋绞合于中心丝的6根边丝为高强度钢丝，所以仍可以采用现有技术的夹片锚固技术，满足单根穿索、单根张拉的施工作业要求；依托复合钢绞线的优异耐疲劳性能，斜拉索在塔端的索导管长度取值可以较短，甚至可以不设减振器，有利于减小主塔尺寸，提高美观性；本申请能够满足现代桥梁建设对拉索产品耐疲劳、耐腐蚀的耐久性要求。

除上述实施例外，本实用新型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，均应落入本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种耐高疲劳应力幅的耐久型复合钢绞线斜拉索，其特征在于：包括复合钢绞线单元，所述复合钢绞线单元依次分为固定端锚固段、固定端预埋段、自由段、张拉端预埋段和张拉端锚固段；所述固定端预埋段和张拉端预埋段分别设置预埋件，所述固定端锚固段上设有固定端锚固件，所述张拉端锚固段上设有张拉端锚固件，使得所述复合钢绞线单元锚固于张拉端锚固件和固定端锚固件；所述自由段上套设防护单元，所述防护单元一端与固定端预埋件连接，另一端与张拉端预埋件连接；

所述复合钢绞线单元包括若干复合钢绞线(12)，任一复合钢绞线(12)分别包括碳纤维筋棒制成的中心丝(122)，所述中心丝(122)外周围设多根钢丝制成的边丝(121)，多根所述边丝(121)螺旋绞合于中心丝(122)上，并在螺旋绞合的多根所述边丝(121)外周包覆PE或PP制成的护套(123)。

2.根据权利要求1所述的一种耐高疲劳应力幅的耐久型复合钢绞线斜拉索，其特征在于：所述中心丝与边丝之间的间隙和外周分别涂设防护层，所述防护层为环氧树脂或聚烯烃制成件。

3.根据权利要求1所述的一种耐高疲劳应力幅的耐久型复合钢绞线斜拉索，其特征在于：所述碳纤维筋棒的抗拉强度不小于2200MPa。

4.根据权利要求1所述的一种耐高疲劳应力幅的耐久型复合钢绞线斜拉索，其特征在于：所述边丝(121)的螺旋节距为复合钢绞线(12)直径的12～18倍。

5.根据权利要求1所述的一种耐高疲劳应力幅的耐久型复合钢绞线斜拉索，其特征在于：所述边丝(121)为镀锌钢丝或镀锌铝钢丝或环氧涂层钢丝。

6.根据权利要求1所述的一种耐高疲劳应力幅的耐久型复合钢绞线斜拉索，其特征在于：所述防护单元包括外套管(11)，所述外套管(11)一端设有防水罩(13)，另一端设有延伸管(9)；所述防水罩(13)一端连接固定端预埋件，所述防水罩(13)另一端连接外套管(11)；所述延伸管(9)一端与外套管(11)连接，所述延伸管(9)另一端与张拉端预埋件连接。

7.根据权利要求6所述的一种耐高疲劳应力幅的耐久型复合钢绞线斜拉索，其特征在于：所述外套管(11)为钢管或HDPE管，所述外套管(11)外周设置螺旋型的凸条(21)，所述凸条(21)的凸起高度为1～5mm。

8.根据权利要求7所述的一种耐高疲劳应力幅的耐久型复合钢绞线斜拉索，其特征在于：所述外套管(11)上通长缠设聚氟乙烯薄膜制成的胶带，所述胶带的厚度为0.5～3mm。

9.根据权利要求1所述的一种耐高疲劳应力幅的耐久型复合钢绞线斜拉索，其特征在于：所述张拉端预埋件包括张拉端索导管(8)和张拉端承压锚垫板(6)，且所述张拉端承压锚垫板(6)设于张拉端索导管(8)端口；所述张拉端承压锚垫板(6)内穿设张拉端支承筒(5)，所述张拉端支承筒(5)内侧设有张拉端密封筒(7)，所述张拉端密封筒(7)设于张拉端索导管(8)内；所述张拉端支承筒(5)外侧设有张拉端锚板(2)，若干所述复合钢绞线(12)一端分别穿设张拉端索导管(8)、张拉端密封筒(7)和张拉端锚板(2)并露出于张拉端锚板(2)；所述张拉端锚板(2)上设置张拉端保护罩(1)，使得露出张拉端锚板(2)的复合钢绞线(12)对应侧端部设于张拉端保护罩(1)内；所述张拉端支承筒(5)上套设调节螺母(3)，所述张拉端支承筒(5)与调节螺母(3)螺纹连接。

10.根据权利要求9所述的一种耐高疲劳应力幅的耐久型复合钢绞线斜拉索，其特征在于：所述固定端预埋件包括固定端索导管(16)和固定端承压锚垫板(18)，且所述固定端承压锚垫板(18)设于固定端索导管(16)端口；所述固定端索导管(16)内设有固定端密封筒(17)，且所述固定端密封筒(17)贯穿固定端承压锚垫板(18)，所述固定端密封筒(17)外侧设有固定端锚板(19)，若干复合钢绞线(12)另一端分别穿设固定端索导管(16)、固定端密封筒(17)和固定端锚板(19)并露出于固定端锚板(19)；所述固定端锚板(19)上设置固定端保护罩(20)，使得露出固定端锚板(19)的复合钢绞线(12)对应侧端部设于固定端保护罩(20)内。

11.根据权利要求10所述的一种耐高疲劳应力幅的耐久型复合钢绞线斜拉索，其特征在于：所述张拉端锚板和固定端锚板上分别开设若干锚锥孔(22)，所述复合钢绞线穿设锚锥孔，所述锚锥孔的锥度为11～14°，所述锚锥孔与复合钢绞线之间设置锥形夹片(4)，使得复合钢绞线两端锚固于固定端锚板和张拉端锚板。

12.根据权利要求11所述的一种耐高疲劳应力幅的耐久型复合钢绞线斜拉索，其特征在于：所述固定端索导管端口设置减振器(15)，所述减振器(15)设于复合钢绞线单元上；所述减振器(15)内侧设有索夹(14)，所述索夹(14)固定于复合钢绞线单元上；所述复合钢绞线单元上还设有弹性约束圈(10)，所述弹性约束圈(10)设于张拉端索导管内侧，所述索夹(14)和弹性约束圈(10)分别能够径向收紧复合钢绞线单元。

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