南京长江第二大桥南汊桥斜拉索制作和防护的质量控制

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1、1南京长江第二大桥南汊桥 斜拉索制作和防护的质量 控制摘要： 本文详细阐述了平行钢丝索工厂制作、现场修补和永久防护的质量控制的 方法 。通过对斜拉索的技术特点和施工方法的 分析 。提出在斜拉索创作、修补及防护过程中容易出现的质量 问题 和质量控制的要点。 关键词： 斜拉索 制作 修补 防护 质量控制 一、引言 在 历史 上，初始的斜拉索曾采用铁链、铁连杆来制作拉索，但这种做法，在当今已完全不可取。 现代 斜拉索全部使用高强度钢筋、钢丝或钢绞线制作拉索。当代斜拉桥对拉索的要求更高，几乎一律使用高强度的钢丝或钢绞线制作拉索，轧制的粗钢筋已被淘汰。拉索的防护手段，随着材料和工艺的进步，也日趋简单有效

2、。经过数十年的不断创新和淘汰， 目前 我国常用的拉索系统主要有以下两种，一种是用热挤高密度聚乙烯（ PE）防护的平行钢丝索配以环氧冷铸墩头锚系统，另一种是用热挤 PE 防护的单股绞线组成平行的绞线索，两端用不同于一般预应力钢绞线的特殊的夹片锥形成群锚系2统。在这两种斜拉索中，我国绝大多数斜拉索采用的是平行钢丝索。 70 年代，由前联邦德国 Leonhardt 教授和瑞士的 BBR 公司研制的 HiAm（High Amplitude）耐高应力幅锚具问世。由于这种锚具具有很高的抗疲劳能力，日本在引进了BBR 公司的 HiAm 锚具的同时，进一步 发展 了平行钢丝索的生产技术，热挤 PE 防护的平行

3、钢丝索就是首创于日本我国在修建东营黄河桥时，首次从日本进口了这种拉索。在我国的斜拉桥建设中，早期拉索均在施工现场手工制作，经过各方位或努力，已逐步走上了机械化、专业化、工厂化制索的道路。现在，设计单位只要很畅设计需要，选用合适规格型号的拉索和锚具，就可直接到工厂订货。 平行钢丝索是将若干根钢丝平行并拢，同心同向作轻度扭绞，扭绞角 24，再用包带扎紧，最外层直接挤裹 PE 护套作防护，这种索挠曲性能好，可以盘绕，具备长途运输的条件，宜于在工厂中机械化生产。目前平行钢丝索普遍使用 5 或7 钢丝制作，要求钢丝的抗拉强度不低于 l600MPa。斜拉索防腐问题，从斜拉桥诞生起就一直是人们关注的问题，脱

4、胎于 电线技术的热挤 PE 防护的方法至今已经历了二十余年的考验，至今还没有发现什么问题。每一根斜拉索，都包括钢索和锚具两大部分。平行钢丝索由于可以在工厂内制作并配装锚具，不仅质量得到保证，而且极大地简化了施工现场的工作。冷铸墩头锚是在锚杯锥形腔的后部设一块钢丝定位3板，钢索中的钢丝通过锚杯后，再各各穿过定位板上的对应孔眼，墩头就位，锚杯中的空隙，用特制的环氧混合料填充，环氧固化后，即和锚杯中的钢丝结合成一个整体。环氧混凝合料中必须加入锈钢丸，铸钢丸在混合料中形成承受荷载的构架，使钢丝获得锚固。由于环氧混合料的固化温度不超过180，相对于 450高温下浇注的热铸锚而言，就被称为冷铸锚，由于钢丝

5、的末端均被墩粗，所以称这种锚具为冷铸墩头锚或冷铸锚。 配装冷铸锚的拉索具有优异的抗疲劳性能，其耐疲劳应力幅达到 200250MPa，完全能满足斜拉桥的要求。本世纪最大跨度的斜拉桥-主跨 890m 的多多罗大桥就是用 394 丝 7 的平行钢丝索。 本文结合南京长江第二大桥南汊桥斜拉桥制作和防护的监理工作，详细阐述了平行钢丝索工厂制作、现场修补和永久防护的质量控制的方法。通过对斜拉索的技术特点和施工方法的分析，提出在斜拉索制作、修补及防护过程中容易出现的质量问题和质量控制的要点。 二、工程概况 南京长江第二大桥南汊桥横跨南京市和八卦洲岛之间的长江江面，是一座双索面五孔连续钢箱梁斜拉桥，中跨 62

6、8m，边跨 246.5m58.5m。索塔为上塔柱平行分离的倒 Y 形混凝土塔，塔总高 195.4lm，上塔柱为斜拉索锚固区。主梁采用宽 37.2m、高 3.5m 的扁平全焊钢箱梁。 本桥所有斜拉索均为外裹 PE 的高强度平行钢丝索，最大拉索钢丝根数为 265 丝，长 335.8m，重 24.4t。斜拉索4采用空间双索面扇形索布置，全桥共 160 根索，主梁上标准索距为 15m，辅助跨为 12m，斜拉索在塔上的锚固间距为1.752.5m。斜拉索采用直径 7mm 的高强度低松弛镀锌钢丝，钢索断面呈正六角形紧密排列，经左旋轻度扭绞而成，两端配以冷铸锚，一端为固定端锚具，另一端为张拉端锚具，塔端为张拉

7、端，梁端为固定端。全桥斜拉索共有五种类型，与斜拉素类型对应，冷铸锚有五种规格，分别为：LM7-139、LM7-163、LM7-199、LM7-241、LM7-265，全桥共用冷铸锚具 320套。斜拉索的防腐设计为内层黑色 PE、外层白色 PE，在斜拉索制作过程中一次热挤成形，黑色 PE 采用德国进口材料，彩色 PE 为进口原料，国内混料加工造粒。接拉索规格不同，黑色 PE 的厚度由 7.49.2mm 不等，灰白色 PE 厚度均为2.5mm。为了减轻斜拉索的振动，在塔上设置减振橡胶块，在梁上设置减振阻尼器。 南京长江第二大桥建设指挥部委托铁道部 科学 研究 院工程监理部为南京长江第二大桥斜拉索制

8、作和防护工程的监理单位。 三、原材料的质量控制 1.高强镀锌钢丝 制造斜拉索的钢丝的尺寸、外形、重量、力学性能以及化学成分的要求应符合桥梁缆索用热镀锌钢丝（ GB/T17101-1997）的规定，在交货的成品钢丝中，不得有任何形式的接头。南京长江第二大桥南汊桥成品钢丝技术指标。 在高强度镀锌钢丝生产过程中，监理工程师对盘条的力学性能和化学成分试验、钢丝生产过程及制造厂5家成品钢丝各种性能指标的自检进行旁站。同时，在生产现场按 20的频数对钢丝的全部性能指标随机进行监理平行检验，全桥共用钢丝 2060.72t、2097 盘，监理工程师对 497 盘钢丝进行了检验，有 36 盘被判为不合格产品。

9、2.冷铸锚具 斜拉索冷铸锚的锚杯和螺母采用 35CrMo 锻钢，锚具在表面镀锌前必须逐个按锻轧钢捧超声波检验方法（GB/Tl4162-91）B 级探伤。规格相同的锚具部件，应具有互换性。 锚杯和螺母的制作工艺是按下列程序进行的：下料锻造粗车热处理超声波探伤精车钳作磁粉探伤镀锌检验成品入库。从下料到超声波探伤这些工序是在锻件供货单位上海动力设备有限公司锻造分厂进行的，其余各工序则在上海浦东缆索有限公司完成。上海浦江缆索有限公司对锻件首先进行材质分析和机械性能试验，而后再进行超声波探伤。在生产厂家超声波探伤合格的基础上，监理工程师按 20的频数进行超声探伤的平行检验，本项目包括试验索用锚具其 32

10、6 套，监理随机抽检 121 套，全部合格。 3其他材料 监理工程师对 PE、冷铸填料、密封料、绕包带的质保资料进行审查，同时对 PE 的各种材料试验进行旁站。 四、斜拉索制作的质量控制 1斜拉索的试制和试验 斜拉索在成批生产前，应就材料、配方、工艺和制作程序进行试制，并进行静载试验。试验如达不到合格标准，应分析查明其原因，检验材料质量，采取相应的调整工艺的措6施，重新进行试验，直至符合规定要求。在静载试验中，主要考查斜拉索的破断荷载、破断延伸率和抗拉弹性模量。由于各根单丝的强度很难完全相同，斜拉索的拉力，也不一定正好均匀分配给各根钢丝，一旦索中钢丝开始断裂，斜拉索的强度也就达到极限。所以，斜

11、拉索的破断荷载不可能等于索中各根钢丝拉力的总和即斜拉索的实际破断荷载总是稍低于公称被断索力，此处公称破断索力为斜拉索公称截面和钢丝标准强度的乘积。实际破断索力和公称破断索力之比，称为斜拉索的效率系数。斜拉索的弹性模量，受索中各根钢丝集合形式的 影响 。平行钢丝索是由若干单丝集合绞制而成，斜拉索受拉后，除索中单丝的弹性伸长外，还有集合构造的变形，因此，平行钢丝索的弹性模量，普遍低于单丝的弹性模量。由于平行钢丝索单丝集合的构造比较简单，扭绞角不超过 4，所以其弹性模量不低于单丝弹性模量的95。 本项目一共做了 3 根斜拉索的静载试验，试验索的规格分别为 7*139、7*199、7*265。试验索的

12、制作满足斜拉桥热挤聚乙烯拉索技术条件（JT/T6-94）和设计图纸的要求，试件的自由长度（不包括锚固长度的钢丝长度）不短于 3m。对于静载试验索，其被断荷载应不小于组成斜拉索的钢丝标称破断荷载的 95，其静载破断延伸率应不小于2，抗拉弹性模量应不小于 190000Mpa，斜拉索经试验应在钢索部分破断，不得在锚具中拨出，断丝率不大于 5%。本项7目 3 根试验索全部技术性能指标都能够满足设计要求。 在静载试验成功和制造厂家提交了经国家质检部门认可的由 139265 丝 7 组成的钢丝束疲劳试验资料的基础上，监理会同有关人员对“南京长江第二大桥南汊桥斜拉索制造工艺文件”进行了审查。 2.斜拉索的制

13、作 （ 1）绞制、绕包、挤塑和切断 根据索长进行配长下料，把下料好的钢丝放人储线架，配以一定的牵引速度、绕笼转速及绕包转速进行绞制和饶包。钢丝束应同心左向绞合而成，最外层钢丝绞合角为 305。绕包单层重叠宽度不小于带宽的 1/3。斜拉索全部护层厚度偏差控制在（+1.0，-0.5）mm，外层彩色 PE 厚度为 2.50.5mm。在每根索的切断处做切断标记，按切断标记位置进行切割。制成的钢索中应确保钢丝无接头、无机械损伤、符合长度要求及包扎定形要求防护层不应有断裂、裂纹和刻痕。 在这一工序，随着斜拉索直径增大，容易出现两个问题，一个是由于 PE 自重的影响，PE 防护层厚度容易产生局部不均匀、偏心

14、现象。另一个是在统制后和挤塑前，如果生产设备致使斜拉索的回转半径较小，容易产生索股的变形。监理工程师在生产过程中对PE 层厚度进行了随机抽查。 （ 2）冷铸锚的铸造 注意保证钢丝的墩头质量，墩头不得有横向裂纹。冷铸材料配料应准确，每个冷铸锚的冷铸料在浇铸时必须同时制作三个试件（试件规格 30mm*30mm*30mm），试件强度在常温下应8147MPa。加温固化应严格控制程度、温度和时间。 在这一工序的生产过程中，监理工程师重点对钢丝墩头裂纹情况、冷铸料强度和锚具的密封情况进行了随机抽查，在 160根索中共抽查了 38 根索，全部钢丝墩头没有发现裂纹，锚具的密封处理都能够符合设计要求，冷铸料强度

15、的平均值为156.5MPa，但冷铸料强度的离散性较大。 （ 3）预张拉测锚板回缩值和索长 使若干根制好锚的斜拉索通过连接部件相连，在拉索两端锚具铸体表面取三个不在同一直线上的点，用深度游标卡尺测其距锚杯端面的深度，作好记录和油漆标记。对斜拉索施加 1.4 倍的设计荷载的预张拉完毕后，复测三点标记处的深度，前后差的平均值作为该锚具的锚板回缩值，锚板回缩值应不大于 5mm。在超张拉卸载至仅剩20时，用精度为 15000 的 50m 钢卷尺在钢尺的两端施加 50N 的力，测量拉索长度，再换算为设计条件下的索长，长度偏差 L 应符合以下规定：L20mm（索长 L100m），L0.0002L（索长 L1

16、00m）。 在这一工序的生产过程中，监理工程师在制造厂家自检的基础上，对锚板回缩值、斜拉索长度进行了随机抽查，在 160 根斜拉索中共抽查 38根索，斜拉索长度和钱板回缩值全部符合设计的要求，张拉端和锚固端锚板回缩值的平均值分别为 1.28mm 和 1.53mm。 （ 4）成品索包装、上盘和标志 索体包装采用尼龙纸 +白布+防水彩条编织布。斜拉索两端锚具用塑料袋包装后，再用9防水彩条编织布包裹。拉索盘绕内径不得小于 20 倍拉索直径，也不小于 1.8m。制成并合格的斜拉索，应按有关规定在指定位置上打上钢印编号并涂以标记。每根斜拉索均挂有标牌，上面注明：制造厂家名称、生产日期、编号、规格、长度和重量。标牌应牢固地系于包装层的两端锚具处。凡质量合格，并经