大跨度桥梁缆索结构对钢丝及其制品的技术要求

桥梁缆索所处工作环境恶劣,承受荷载应力,易遭受应力和腐蚀破坏。悬索桥主缆主要由高强度热镀锌钢丝通过热铸锚锚固而成的平行钢丝索股组成,在主缆外层缠绕圆形或S形钢丝后,再在表面涂装和空气除湿;拉索结构主要有用热挤高密度聚乙烯(PE)防护的半平行钢丝索配以冷铸镦头锚系统的钢丝斜拉索结构和用平行钢绞线外套HDPE护套管且两端用特殊的夹片锚群锚系统组成的钢绞线索;吊索索体材料主要有热镀锌高强度钢丝、钢绞线、钢丝绳。结合主缆和斜拉索性能要求,从钢丝防护和外观、镀锌钢丝和盘条的焊接点、钢丝的扭转和松弛指标等方面探讨主缆和斜拉索对钢丝、钢绞线、钢丝绳、异型钢丝的技术要求。     

镀锌时间对桥梁缆索钢丝镀层组织的影响

选用?6 mm SWRS82B钢丝作为镀锌材料,在460℃锌锅内分别浸镀5、15、35、65 s制成镀锌试样,利用金相分析和缠绕试验方法,分析了镀锌时间对镀层组织的影响。结果表明,镀层中的ζ和δ脆性相厚度随镀锌时间增加而增加,当浸镀时间达到65 s,镀层脆性相在缠绕试验中产生的裂纹延伸到表层的纯锌层,对镀层的耐蚀性产生不利影响。     

桥梁缆索用镀锌钢丝力学性能的计算

介绍桥梁缆索用镀锌钢丝力学性能计算中选择截面积的依据。以Φ5.15 mm(公称直径5.20 mm)为例,以实测面积计算其抗拉强度达到1 805MPa(公称1 770MPa)时,其破断力仅为36.87 kN,未达到标准37.59 kN。指出以公称面积计算力学性能比以实测面积计算具有更好的安全性和可靠性。以直径负偏差交货,具有提高钢丝强度的同样效果。     

桥梁缆索用钢丝国际标准状况分析

分析美国、法国、英国、日本、中国的桥梁缆索用钢丝标准及规范。ASTM A421/A421M主要用于预应力制品行业两边镦头或者安装夹片的钢丝和钢绞线,对钢丝的抗腐蚀性能、抗疲劳性能要求较高。NFA-35-035涵盖公称直径分别为5,6,7 mm的斜拉桥和悬索桥用热镀锌及锌铝合金镀层钢丝,可直接应用于桥梁缆索用钢丝的制作、验收和检验。DRAFT pr EN 10337包括热镀锌钢丝和铝质量分数为5%的锌铝合金镀层钢丝,并按照强度、镀层对钢丝牌号进行了规定。HBS G3508—1989对钢丝的关键技术指标进行了详细的规定和要求,但权威性不足。GB/T 17101—2008将直径为5 mm钢丝的强度提高到1 860 MPa。提出随着大批国际大型悬索桥和斜拉桥的规划和建设,迫切需要一份适用于国际桥梁缆索用钢丝的产品和技术标准。     

桥梁缆索钢丝质量检验试验方法探讨

根据桥梁缆索钢丝的技术规范,按照规定的试验要求和试验方法,对原材料、钢丝加工过程、成品钢丝进行检验,要求复核成品钢丝直径、强度、弹性模量、延伸率、缠绕、扭转、松弛、疲劳、锌附着量、硫酸铜试验、表观、长度、自由圈径、不平直度等参数。比较国内外桥梁缆索用钢丝试验方法及要求的异同,国内桥梁缆索钢丝标准不允许钢丝接头,国外标准允许钢丝盘条接头,但要预先通过接头工艺试验和过程抽检来保证成品钢丝质量;国内外钢丝强度和弹性模量的试验方法相同,但强度值要求略有不同,国外钢丝强度规定了一个上限;由于取值区间不同和钢丝直径面积取值要求不同,相同的钢丝会出现不同的弹性模量计算结果;国标同时考核桥梁缆索钢丝松弛性能和扭转性能;钢丝直线度检测方法有微小差别。     

桥梁缆索用热镀锌钢丝的性能要求与加工工艺

介绍桥梁缆索用高强度热镀锌钢丝在我国的应用和发展,说明相关标准的应用情况,指出钢丝的扭转和松弛指标可以根据实际的结构有所侧重。分别介绍斜拉索钢丝和主缆钢丝的生产流程,并对线材表面预处理生产线、拉拔生产线、热镀锌生产线、稳定化处理生产线及矫直进行分析,指出各工序的作用和控制要点,特别强调稳定化处理线的张力施加方式、张力、温度对产品性能的影响。结合高强度热镀锌钢丝的使用情况,对钢丝性能指标的选择、钢丝的表面质量、盘条和钢丝电接头、钢丝的镀层质量提出建议。     

桥梁缆索用钢丝锌铝镁合金镀层的开发进展

热镀锌铝镁镀层以Zn、Al、Mg三元合金为主,具有比纯锌和锌铝镀层更优的耐腐蚀性能。目前桥梁主缆热镀锌钢丝耐腐蚀寿命不足20年,从性能和性价比角度看,锌铝镁合金镀层是解决桥梁缆索钢丝耐腐蚀寿命不足的最佳方案。锌铝镁合金镀层钢丝性能优于市场上现有的纯锌和锌铝镀层产品。     

镀锌温度对桥梁缆索钢丝镀层组织的影响

镀锌温度对钢丝镀锌层质量有着重要影响。在430～480℃范围,采用桥梁缆索钢丝进行镀锌试验,并对镀锌层进行了金相显微分析。结果表明,镀锌层由δ、ζ相层和纯锌层构成,并且δ和ζ相层厚度受浸镀温度影响,当浸镀温度低于460℃时,δ和ζ相层厚度随浸镀温度提高而增加,当浸镀温度高于460℃时,δ和ζ相层厚度趋于稳定。     

桥梁缆索用超高强度镀锌钢丝的研制

介绍国内外桥梁缆索用镀锌钢丝应用现状,提出提高镀锌钢丝强度的方法和途径,包括提高盘条强度、提高盘条拉拔压缩率及降低热镀锌强度损失等。提高盘条强度主要通过盘条索氏体化和合金化技术实现,C,Si质量分数分别控制在0.7%～1.2%,0.15%～1.5%,Mn,Cr质量分数分别控制在1%和0.5%以下。总压缩率控制:Φ7mm镀锌钢丝用盘条直径为13～14mm,Φ5mm镀锌钢丝用盘条直径为11～13mm。Si和Cr质量分数分别为1.2%和0.3%时,可有效降低热镀锌强度损失。选择Φ12.5mm高碳高硅盘条,试制出直径约5mm的超高强度桥梁缆索用镀锌钢丝,抗拉强度近2000MPa,钢丝扭转值达到20次以上。     

锌铝合金镀层钢丝在桥梁缆索上应用的探讨

锌铝合金镀层钢丝具有比纯锌镀层钢丝耐蚀能力高的优点。介绍锌铝合金镀层的耐蚀机理 ,提出开发该产品的关键技术是牢固而均匀的镀层及其厚度控制 ,镀后拉拔的防刮伤及低松弛稳定化处理时防熔化。通过斜拉桥、悬索桥对镀锌产品性能要求的分析 ,指出桥梁缆索用锌铝合金钢丝可以先从普通松弛钢丝开始应用。     

悬索桥主缆缠绕用S形热镀锌钢丝的研制

介绍S形热镀锌钢丝的外形和尺寸以及钢丝性能指标,对新产品开发过程中的原料选择、轧制工艺、中间道次退火工艺、镀锌工艺等进行研究。原料选择应考虑化学成分及偏析控制,以满足通条稳定性;多道次扁钢轧制中两侧变形量调节均匀可以避免侧弯的发生;轧制中间增加退火工艺能满足连续生产需要,退火温度700℃,保温时间2h;镀锌速度选择12 m/min,镀锌后进行精整以保证尺寸精度。试验结果:S形热镀锌钢丝抗拉强度581 MPa,扭转12次,弯曲20次,锌层面质量达335 g/m2,缠绕试验8圈不开裂,缠丝后的"环"形表面平整,缠丝紧密。     

桥梁用钢丝绳主索的制作和应用

介绍典型的钢丝绳主索结构,以及钢丝绳主索在小型桥梁上的实际应用情况。采取消除非弹性变形、解决弹性伸长、温度修正等方法达到控制钢丝绳主索制作长度误差的目的,以此提高钢丝绳主索质量。对施工时索体上测量标记的设置方法进行说明。提出索体表面加高密度聚乙烯塑料护套和索体表面镀锌-5%铝-混合稀土合金是主索提高防腐性能的主要发展方向。     

1960 MPa级钢丝加工及其在悬索桥主缆上的应用

结合1960 MPa级钢丝加工技术和1960 MPa级钢丝主缆应用的调研工作,介绍国内外已经取得的成果。提高主缆钢丝强度等级能直接减少钢丝用量,减小主缆直径,减少主缆耗材和风阻;改进结构设计和施工技术工艺,也可以减少主缆钢丝用量。提高桥梁缆索用高碳钢丝强度的主要方法:提高索氏体化盘条的强度,增加钢丝冷拔的总变形量,增加钢丝冷拔的加工硬化率,降低镀锌(或锌铝合金)过程的强度损失。在提高钢丝强度的同时需要保证钢丝的韧性,热处理强化(LP、DP、DLP)和微合金强化是综合提高钢丝强度和韧性的有效韧化处理手段。以韩国蔚山大桥为例,介绍1960 MPa级钢丝和悬索桥主缆应用。     

国内外桥梁缆索用高碳钢盘条实物质量对比

分析日本新日铁和国内钢厂生产的桥梁缆索用高碳钢盘条力学性能差异的原因。国内厂家通过向钢中添加Cr和V元素来提高盘条的力学性能,但新日铁盘条的抗拉强度仍最高,约1 280 MPa;3个钢厂盘条的延伸率均在14%左右;新日铁盘条断面收缩率为44.5%,国内钢厂的盘条断面收缩率均低于40%。分析表明:日本新日铁盘条采用盐浴冷却,冷却均匀性更好,可提高盘条的索氏体化率及通条性能,国内钢厂采用斯太尔摩风冷线冷却,冷却能力弱,冷却均匀性差;3个钢厂的盘条索氏体化率均在90%左右,国产盘条平均索氏体片层间距在170nm以上,而新日铁盘条平均索氏体片层间距仅有84.7 nm。     

高强钢丝斜拉索工艺技术探讨

斜拉索是斜拉桥的重要受力构件,国内斜拉桥应用较多的是高强钢丝斜拉索结构。高强钢丝斜拉索结构主要由索体和锚具2部分组成,索体由热镀锌高强度钢丝聚合,叠合缠带和热挤PE防护层,适应盘绕,具备长途运输条件;索端锚固采用冷铸锚和热铸锚技术,用锚具将斜拉索端头钢丝锚固起来,形成整体受力传力。指出斜拉索失效的主要原因有原材料质量、制造工艺技术,以及架设和运营期出现的问题。针对斜拉索索体、锚固制造技术以及斜拉索成品检验和长度精度控制问题提出改进措施,并对索体加工及索体防护,锚端锚固和防护进行分析。     

桥梁缆索用热镀锌钢丝松弛性能与扭转性能的关系

介绍悬索桥和斜拉桥长大化的历史。为延长桥梁主缆、吊索和斜拉索的使用寿命,缆索用热镀锌钢丝必须具备优良的耐疲劳性、耐腐蚀性、低松弛性,以及即使局部发生扭转也不会破损的良好扭转性能。给出低扭转钢丝的定义,针对热镀锌钢丝能否同时具备良好扭转性能和低松弛性能进行调查,并通过试验进行验证,结果表明:如果热镀锌后钢丝的扭转性能良好,经过适当的稳定化处理(低松弛或普通松弛热稳定化处理)后,钢丝的扭转性能与松弛性能无关。