南京长江第二大桥南汊桥斜拉索制作和防护的质量控制

1.引言
在日历中，最初的斜拉索使用铁链和铁连杆来制作斜拉索，但这种做法在如今完全不可取。现代斜拉索都是由高强度钢筋、钢丝或钢绞线制成。现代斜拉桥对拉索的要求更高。几乎所有的电缆都是由高强度钢丝或钢绞线制成，轧制的粗钢筋已经被淘汰。随着材料和技术的进步，斜拉索的防护措施越来越简单有效。经过几十年的不断创新和淘汰，目前国内常用的电缆系统有两种。一种是由热挤压高密度聚乙烯(PE)和环氧冷铸墩头锚固系统保护的平行钢索；另一种是由热挤压PE保护的单股绞合线形成的平行绞合线，两端使用特殊的夹片使锚固系统呈锥形。在这两种斜拉索中，我国绝大多数斜拉索是平行钢索。
20世纪70年代，高应力幅HiAm(HighAmplitude)锚具由前联邦德国的莱恩哈特教授和瑞士的BBR公司开发。由于这种锚具具有较高的抗疲劳性能，日本从BBR公司引进了HiAm锚具，同时进一步发展了平行钢丝绳的生产技术。热挤压pe保护的平行钢丝绳在日本首创。这种电缆是我国在修建东营黄河大桥时首次从日本进口的。在我国的斜拉桥建设中，早期的斜拉索都是在施工现场手工制作，经过各种岗位或努力，已经逐渐走上了机械化、专业化、工厂化制索的道路。现在只要设计单位符合设计要求，选择合适规格型号的电缆和锚具，就可以直接从工厂订购。【/br/】平行钢丝绳是将若干根钢丝平行绑在一起，同心同向轻微扭转，扭转角度为2 ~ 4°，然后用包装带扎紧，最外层直接用pe护套包裹保护的一种绳。这种绳子柔韧性好，可以盘绕，有长距离运输的条件，适合工厂机械化生产。目前平行钢索一般采用φ5或φ7钢丝，要求钢丝的抗拉强度不低于l600MPa。自斜拉桥诞生以来，斜拉索的防腐问题就一直为人们所关注。源于线材工艺的热挤压PE保护方式，经过20多年的试验，至今没有发现任何问题。每根斜拉索包括两部分:钢索和锚具。平行钢丝绳可以在工厂制造并配备锚具，既保证了质量，又大大简化了施工现场的工作。冷铸墩头锚是在锚杯的锥形空腔后面设置钢丝定位板。缆索中的钢丝穿过锚杯后，各自穿过定位板上相应的孔。墩头就位，锚杯的空缝隙用特殊的环氧混合物填充。环氧树脂固化后，会与锚杯内的钢丝结合成一个整体。环氧骨料中必须加入锈钢丸，铸钢丸在骨料中形成承重骨架，使钢丝得以锚固。由于环氧混合物的固化温度不超过180℃，与450℃浇注的热铸锚相比，称为冷铸锚。因钢丝末端较粗，故称冷铸墩头锚或冷铸锚。
采用冷铸锚具的拉索具有优异的抗疲劳性能，其疲劳应力幅达到200 ~ 250 MPa，完全可以满足斜拉桥的要求。本世纪跨度最大的斜拉桥——主跨890米的多多罗桥，由394根φ7的平行钢丝组成。
通过对南京长江二桥南汊大桥斜拉桥制作和保护的监理，详细阐述了平行钢索的工厂制作、现场修复和永久保护的质量控制方法。通过分析斜拉索的技术特点和施工方法，提出了斜拉索在制作、维修和保护过程中容易出现的质量问题和质量控制要点。
二。工程概况
南京长江二桥南汊桥横跨南京与八卦洲岛之间的长江。为两索面五连续钢箱梁斜拉桥，中跨628m，边跨246.5 m+58.5 m，索塔为倒Y型混凝土塔，上部塔柱平行分离，总高195.4。采用全焊接扁平钢箱梁，主梁宽37.2米，高3.5米。
本桥所有斜拉索均为聚乙烯缠绕高强度平行钢丝。斜拉索共265根，长335.8米，重24.4吨，在空之间采用双索面扇形拉索布置，全桥共160根拉索。主梁上的标准索距为15m，辅跨为12m。斜拉索在塔架上的锚固间距为1.75~2.5m斜拉索采用直径为7mm的高强度低松弛镀锌钢丝，索截面紧密排列成正六边形，由左旋轻微扭转而成。两端均设有冷铸锚具，一端为固定端锚具，另一端为张拉端锚具，塔端为张拉端，梁端为固定端。全桥斜拉索有五种，与斜拉索的类型相对应，冷铸锚有五种规格，分别是LM7-139、LM7-163、LM7-199、LM7-241、LM7-265。全桥共用冷铸锚320套。斜拉索的防腐设计是内层黑色PE，外层白色PE，在斜拉索制造过程中一次热挤压成型。黑色PE采用德国进口材料，彩色PE采用进口原料，在国内混合造粒。拉索规格不同，黑色PE厚度从7.4~9.2mm到9.2mm不等，灰白色PE厚度为2.5 mm，为了减少斜拉索的振动，在塔架上安装阻尼橡胶块，在横梁上安装阻尼阻尼器。
南京第二长江大桥建设指挥部委托铁道部科学研究院工程监理部作为南京第二长江大桥斜拉索制造和保护的监理单位。
三。原材料的质量控制。用高强度镀锌钢丝制造斜拉索所用钢丝的尺寸、形状、重量、机械性能和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，交付的成品钢丝中不应有任何形式的接头。南京二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，监理工程师将对盘条的机械性能和化学成分、钢丝生产工艺以及生产厂家成品钢丝的各项性能指标进行现场检测。同时，在生产现场，监督人员按照20%的频率平行抽查钢丝的各项性能指标。全桥共有2060.72吨，钢丝2097根。监理工程师检验了497根钢丝，有36根钢丝被判定为不合格产品。
2。冷铸锚拉索冷铸锚锚杯和螺母采用35CrMo锻钢制造。锚具表面镀锌前，必须按《锻钢轧辊超声波检验方法》(GB/TL 4162-91)中的B级进行逐个检验。相同规格的锚固构件应可互换。【/br/】锚杯螺母的制造工艺按以下程序进行:下料→锻造→粗车→热处理→超声波探伤→精车→装夹→磁粉探伤→镀锌→检验→成品入库。这些从下料到超声波探伤的工序都在锻件的供应商上海电力设备有限公司锻造分公司进行，其他工序都在上海浦东电缆有限公司完成，上海浦江电缆有限公司首先对锻件进行材料分析和机械性能测试，然后进行超声波探伤。在厂家超声波探伤合格的基础上，监理工程师将按20%的频率进行超声波探伤平行检验。本工程包括326套缆索试验用锚具，监理工程师抽检121套，全部合格。
3。其他材料监理工程师应审查pe、冷铸填料、密封材料和包装带的质量保证资料，同时对PE的各种材料进行现场试验。四。斜拉索制造的质量控制。斜拉索的试制和测试。在批量生产前，斜拉索应从材料、配方、工艺和制造程序等方面进行试制，并进行静载试验。如果试验达不到合格标准，应分析并找出原因，检查材料质量，采取相应措施调整工艺，重新进行试验，直至符合规定要求。在静载试验中，主要检查斜拉索的断裂载荷、断裂伸长率和拉伸弹性模量。因为每根单丝的强度很难完全相同，所以拉索的张力不一定均匀分布到每根钢丝上。一旦拉索中的钢丝开始断裂，拉索的强度就会达到极限。因此，斜拉索的破断荷载不可能等于拉索中每根钢丝的拉力之和。也就是说，拉索的实际断裂载荷总是略低于名义破断拉力，其中名义破断拉力是拉索的名义截面与钢丝的标准强度的乘积。实际破断拉力与名义破断拉力的比值称为斜拉索的效率系数。斜拉索的弹性模量受拉索中每根钢丝的总体形状影响。平行钢丝绳是由几根单丝捻在一起而成的。斜拉索被拉后，除了索中单丝的弹性伸长外，还有集体结构的变形。所以平行钢丝绳的弹性模量一般低于单丝。因为平行钢丝绳的单丝组结构比较简单，而且捻角不超过4°，所以。其弹性模量不小于单丝弹性模量的95%。
本项目共对三根斜拉索进行了静载试验。测试电缆的规格分别为φ7*139、φ7*199和φ7*265。试验电缆的制作满足《斜拉桥用热挤压聚乙烯电缆技术条件》( JT/T6-94)和设计图纸的要求，试件自由长度(不包括有锚固长度的钢丝长度)不短。其断裂载荷不应小于构成拉索的钢丝的公称断裂载荷的95%，其静态断裂伸长率不应小于2%，其拉伸弹性模量不应小于190000Mpa。斜拉索在试验后应在索中局部断裂，不得从锚具中拔出，断丝率不得大于5%。本工程三根试验电缆的技术性能指标均满足设计要求。
在静载试验成功和制造商提交国家质检部门认可的由139 ~ 265根钢丝φ7组成的钢丝束疲劳试验数据的基础上，监理和相关人员审查了“南京长江二桥南汊桥斜拉索制造技术文件”。
2。斜拉索的制造
(1)根据拉索的长度进行绞制、缠绕、挤压、切割，将敷设好的钢丝放入储线架中，以一定的牵引速度、卷绕速度和缠绕速度进行绞制和缠绕。钢丝束应向左同心扭转，最外层钢丝的扭转角应为3±0.5。单层缠绕的重叠宽度不应小于带宽的1/3。拉索所有保护层厚度偏差控制在(+1.0，-0.5)mm，外层彩色PE厚度为2.5±0.5mm，在每根拉索切割处做切割标记，根据切割标记位置进行切割。用钢丝绳制成的钢丝绳应保证钢丝无接头、无机械损伤，符合长度和绑扎及设置要求。保护层应无断裂、裂缝和刻痕。
在这个过程中，随着斜拉索直径的增大，容易出现两个问题。一种是由于PE自重的影响，PE保护层厚度容易出现局部不均匀和偏心。另一种是在控制之后，挤压之前，如果由于生产设备的原因，拉索的摆动半径较小，就容易产生索股的变形。监理工程师在生产过程中抽查了PE层的厚度。
(2)浇注冷铸锚时，应保证钢丝墩头的质量，墩头不得有横向裂纹。冷铸材料的成分要准确。每个冷铸锚的冷铸材料必须同时制作三个试件(试件尺寸30mm*30mm*30mm)。试样在室温下的强度应≥147MPa。应严格控制加热和固化的程度、温度和时间。
在本工序生产过程中，监理工程师重点对钢丝墩头部裂纹、冷铸材料强度、锚具密封情况进行随机抽查。在160根缆索中，共抽查了38根缆索，所有钢丝墩头均未发现裂纹。锚具的密封处理能满足设计要求。冷铸材料的平均强度为156.5MPa，但冷铸材料的强度相当离散。
(3)预张拉并测量锚垫板的回缩值和索长，使几根带锚的斜拉索通过连接件连接起来。在不在一条直线上的电缆两端锚铸件表面取三点，用深度游标卡尺测量距锚杯端面的深度，并做好记录和油漆标记。1.4倍设计荷载的斜拉索预张拉完成后，在三点标记处复测深度，取前后差值的平均值作为锚具的锚板回缩值，不大于5mm。当超张拉卸荷仅达到20%时，应使用精度为1/5000的50m钢卷尺。在钢尺两端施加50N的力，测量索长，然后换算成设计条件下的索长。长度偏差δL应符合下列要求:①δL≤20mm(电缆长度L≤100m)，②δL≤0.0002 L(电缆长度L > 100 m)。
本工序生产过程中，监理工程师在厂家自检的基础上，抽查了锚板回缩值和斜拉索长度。在160根斜拉索中随机抽查了38根，斜拉索长度和钞板回缩值均满足设计要求。张拉端和锚固端锚板回缩值的平均值分别为1.28毫米和1.53毫米。
(4)斜拉索两端的锚具用塑料袋包装，然后用防水彩色编织布包裹。电缆盘的内径不小于电缆直径的20倍，也不小于1.8m，制作合格的斜拉索应按有关规定在指定位置上加盖钢印号并标记。每根拉索都挂有标志，标明制造商名称、生产日期、编号、规格、长度和重量。标志应牢固地系在包装层两端的固定器上。所有质量合格并经监理工程师签字的斜拉索，应由制造厂质检部门和监理工程师共同签发“斜拉索质保书”。五、斜拉索现场修复的质量控制在现场挂索时，一定要注意斜拉索的保护。该桥斜拉索在挂索过程中的损伤主要是PE划伤。对于斜拉索PE表面的小划痕，深度小于3mm。用专用焊枪在受损部位覆盖焊接相同的PE原料，然后用电动砂轮机进行表面处理，使受损部位恢复到原来的保护层厚度，电缆表面基本恢复到原来的平整状态。深度和大范围损伤，修复面积大于10平方厘米，深度大于3毫米，用加热套修复。施工时，先在破损部分填充相同的PE原料，然后用加热套将PE原料熔化，以补充破损的电缆缝隙。热熔完成后，表面仍用电动砂轮机处理，以恢复表面光洁度。
在维修拉索时，应特别注意使用与原拉索颜色相同、质量合格的PE材料。在操作过程中，应注意加热温度。不允许因温度不足而造成夹入现象，也不允许因温度过高而使材料碳化。修复后的表面不允许有气泡。六。拉索永久保护的质量控制。拉索的阻尼。更多的方法是采用粘弹性高阻尼材料，在斜拉索末端的钢管入口处设置一个附加阻尼支点来减小斜拉索的振动。粘弹性高阻尼材料是一种合成橡胶，其阻尼值比普通橡胶大4 ~ 5倍。由这种材料制成的衬套嵌在斜拉索和斜拉索的钢导管之间，形成阻尼支点。当斜拉索轻微振动时，阻尼衬套会受到挤压并吸收能量，起到阻尼振动的作用。阻尼套管结构简单，隐藏安装在斜拉索的钢导管内，不影响斜拉索的外观。安装减震衬套时，必须注意使减震衬套与拉索和钢管紧密贴合，并固定牢固。
2。锚地的保护。如果斜拉索的锚具保护不好，预埋的钢管内会积水，异物进入或锚具生锈，不仅会严重影响斜拉索的使用寿命，还会严重影响斜拉桥的中期索力调整和以后的换索工作。桥梁采用封闭式聚氨酯泡沫材料，填充在斜拉索的锚具与预埋钢导管之间的缝隙中，防止水进入钢导管。钢导管内的发泡材料采用特殊的聚醚，与甲基苯基和多异氰酸酯多次聚合，然后自膨胀形成聚氨酯泡沫塑料，紧贴索端钢导管内壁和索体表面。该泡沫塑料具有重量轻、吸水率低、导热系数低、阻气性好、韧性好的特点。它能使索体表面的钢筋和PE层粘结成牢固的整体，使导管内的锚具隔绝雨水、湿气等腐蚀介质，长期防止索端锚具生锈。泡沫易于清洗，与以往浇注水泥砂浆的方法相比，更便于日后斜拉索的维护和更换。操作时，首先注意用高压气体清除钢导管内壁的浮锈和灰尘，清洗钢导管内壁，保证泡沫塑料与管壁的良好附着。其次，从下到上注意横梁上的发泡。上塔自上而下发泡，保证泡沫塑料的密实性和管内的充分填充。对于泡沫塑料，要求目测不结焦、不流淌、不开裂、不斑驳，手压后基本能恢复，不脆裂、不粘连、不变性。
在两端锚固件外露部分的表面涂上一层专用保护油脂，然后用不锈钢护罩将锚固件罩住。专用保护脂由矿物脂和适量树脂组成。具有对金属无腐蚀、室温不粘手、80℃不流动、低温不开裂的性能。在锚具表面均匀涂上一层油脂后，锚具表面与大气隔绝，可以达到保护锚具的目的；覆盖不锈钢护罩可防止油脂受损并导致锚具腐蚀。操作时要注意，油脂要融化彻底，油脂中不能有固体，油脂涂抹要均匀，不能漏涂。
整个锚固保护过程中，监理工程师全程袖手旁观。七。结语
通过对南京长江二桥南汊桥斜拉索制作和保护的监理，我们有如下几点体会:
(1)斜拉索制作过程中，驻地监理对原材料和斜拉索进行全过程监理。通过这项工作，有效地消除了不合格的原材料，以及生产过程中出现的一些问题。
(2)在斜拉索的制造过程中，需要特别注意的质量控制点有:锚具的内在质量、冷铸材料的冷铸效果、pe材料的耐久性和形状
(3)斜拉索是斜拉桥的重要受力构件，斜拉索锚具的永久保护非常重要，设计和施工都要特别注意。