异形钢丝在应用上大有可为

作者:shuaishuai   时间:2019-08-26 21:14

  近些年来,我国大跨度缆索桥梁建设从无到有,取得了较好的成绩,并且大跨度悬索桥、斜拉桥、拱桥建设技术处于国际领先水平。比如,西堠门大桥主跨1650m,位居世界第二;泰州大桥以2×1080m三塔二跨超越悬索桥2000m的跨度。与此同时,我国的桥梁缆索由开始时的盘条、钢丝原材料需要进口,到盘条、钢丝逐步实现国产化,一直到现在的缆索出口,为我国成为缆索桥梁技术大国和强国提供了坚实基础保障。


  为了满足我国日益增长的交通需要,缆索桥梁正持续发展,由于没有其他材料可以取代,高强度钢丝和钢绞线、钢丝绳仍是大跨度桥梁缆索结构的基本原材料。桥梁对钢丝及其制品的综合性能和产量要求在不断提高的同时,异形钢丝也逐步应用于桥梁缆索结构,其在桥梁缆索结构中有较好的应用前景,但受到加工批量较小和加工成本较高的制约。异形钢丝在桥梁缆索结构应用主要有S形钢丝和Z形钢丝。目前,我国S形钢丝已经能够批量加工并在悬索桥主缆缠绕上应用,Z形钢丝等异形钢丝密封钢丝绳在国内也有专门标准,但没有类似产品在桥梁缆索中的应用。

  我国异形钢丝生产起步较晚、企业重视不够


  异形钢丝主要指非圆断面钢丝,从名称上区别于圆形钢丝。异形钢丝的特点是钢丝断面形状较复杂,尺寸精度要求较高,形状满足特殊需要,不须再切削加工。生产圆形钢丝主要采取拉拔加工,工艺比较简单,生产效率较高;异形钢丝生产则须要采用特殊模具通过拉拔、轧制或拉轧结合的方式来加工多种形状不同的钢丝,工艺相对复杂,生产效率比较低。


  相关资料显示,异形钢丝产量较小,生产难度较大,质量较难控制,价值和效益不太明显,因而没有得到专业厂家的重视。由于起步较晚,我国生产企业采取特殊模具拉拔、轧制和拉轧结合的方式,虽然已能生产多种形状的异形钢丝,但在钢丝形状尺寸、公差、通条性能、外观和表面处理上仍与国外的先进技术有一定差距。因此,我国大部分用于高端产品的高质量异形钢丝还主要依赖进口,例如轿车气门簧用卵形钢丝等。近年来,由于我国国民经济发展的需要,异形钢丝的生产在我国开始得到重视和发展。


  其中,异形钢丝中的S形钢丝主要用于主缆防护缠绕,提高缠丝对主缆的密封保护功能;Z形钢丝主要用来制造加工密封钢丝绳,这种钢丝绳主要用于客运索道、矿井提升、塔式起重机主索、挖掘机绷绳、大型建筑拉索等,国外一些国家将这种密封钢丝绳用于悬索桥主缆、吊索、斜拉桥斜拉索及拱桥吊索等桥梁缆索结构。


  S形钢丝已成悬索桥主缆缠绕应用的方向之一


  缆索是缆索桥梁的重要结构件,其中悬索桥主缆一般被认为是不可更换的结构件,斜拉索、吊索等虽可以更换,但更换成本较高并影响交通,因此桥梁缆索的安全长效和防护一直是桥梁结构研究的重点和难题。20世纪末~21世纪初,日本将S形钢丝取代圆形钢丝应用于主缆缠绕,并增加了主缆除湿防护,取得了较好的防护效果,被业内普遍认同。


  悬索桥主缆S形钢丝缠绕相对于传统的圆形钢丝缠绕的优势有:S形钢丝作为主缆缠丝,缠绕后钢丝间相互压扣为一体,密封效果良好,能有效阻挡雨水和海雾凝结水的侵入,减缓酸性介质对悬索桥主缆的腐蚀,延长悬索桥主缆的使用寿命;同时S形缠丝和表层涂装或其他防护方式配合,能形成主缆外气密防护层,使主缆除湿系统得到基础保障。


  同时,从近年国内外悬索桥建设情况看,S形钢丝已经成为新建悬索桥主缆缠绕防护的发展方向之一。


  近些年,我国多家钢丝制造企业都先后考虑过研究试制S形钢丝,但由于问题较多,一直没有投入正式生产。从泰州大桥开始,国内S形钢丝和主缆除湿系统开始实现国产化,江苏法尔胜缆索有限公司率先研究开发并加工S形钢丝,最近两年国产S形钢丝已经先后在泰州大桥(主跨2×1080m)、南京四桥(主跨l418m)和马鞍山大桥(主跨2×1080m)这3座知名悬索桥的主缆防护缠绕应用。


  随着国产S形钢丝主缆缠绕的推广应用,不仅S形钢丝专用模具和设备得到开发应用,推动了S形钢丝加工技术工艺进步,而且在S形钢丝镀锌后增加了整形工序,保证了S形钢丝加工外形和尺寸偏差符合技术要求。


  Z形钢丝密封钢丝绳的性能和应用


  Z形钢丝也是一种异形钢丝,加工方法与其他异形钢丝类似。Z形钢丝密封钢丝绳是一种特殊单捻钢丝绳,以普通单捻圆股钢丝绳为绳芯,外包一层或多层Z形钢丝捻制而成。其他异形钢丝(X形、T形等)也能这样捻制钢丝绳。这种异形钢丝和圆形钢丝特殊单捻的钢丝绳相比结构紧密,表面平滑、不旋转、密封性好,但挠性较差。Z形钢丝密封钢丝绳主要用在一些大型卷扬设备、矿山井巷提升、架空索道和建筑桥梁缆索等方面。


  ●Z形钢丝密封钢丝绳的优缺点


  Z形钢丝密封钢丝绳的性能优点有:其一,密度系数大,超过0.9,与相同直径普通钢丝绳相比,总破断拉力要高出65%左右;其二,整根钢丝绳近似一根圆棒,支撑面大,使用时单位面积上承受的压力较小,应力分布比较均匀,使用寿命较长;其三,表面密封,外面的空气和水不易渗入钢丝绳内部,表面平滑容易增加防护层,而且内部防锈材料不易流失,阻止了内部钢丝的锈蚀;其四,捻距较大,结构伸长较小,相邻层钢丝捻向相反,具有良好的不旋转性。


  不过,该种异形钢丝绳也存在缺点。首先,钢丝绳可挠性很差,不能在较小的半径上弯曲,须用较大直径的绳轮和卷筒。其次,该种钢丝绳加工设备工装比较复杂,制造成本较高,因此限制了此类钢丝绳的应用范围,国内Z形钢丝和其他异形钢丝密封钢丝绳还没有应用在缆索桥梁。


  业内专家对此指出,Z形钢丝密封钢丝绳的性能特点比较适应拉索结构,且容易加工成为索股。Z形钢丝加工的密封钢丝绳两段配合锚具,比较容易加工成索股。密封、防腐、轴向刚度、无扭转等特点使得Z形钢丝密封钢丝绳适于桥梁缆索结构应用,在国外桥梁缆索中Z形钢丝密封钢丝绳得到较多应用,主要是缆索桥梁吊索结构和小型斜拉桥拉索。


  ●Z形钢丝密封钢丝绳在桥梁缆索结构应用


  由于Z形钢丝密封钢丝绳直径在20mm~70mm,对其应用的斜拉索和吊索结构有承载限制。近年资料显示,Z形钢丝密封钢丝绳在中小型拱桥、斜拉索桥和悬索桥中应用,下面介绍两例Z形钢丝密封钢丝绳在悬索桥主缆索股、吊索的应用。


  法国阿坤廷悬索桥主缆。法国阿坤廷悬索桥是一座跨度为143m+394m+143m的三跨悬索桥,主缆由37条Z形钢丝密封钢丝绳索股组成,每条索股直径为72.6mm,由6层127根直径为4.1mm钢丝组成,两层直径为4.5mmZ形钢丝密封外层,每条索股最小破断力为4450kN。21世纪初,该桥大修增加通道,更换的主缆由61条密封钢丝绳索股组成,其中55条索股直径为60mm,6条索股直径为42mm。更换的索股是密封钢丝绳或半密封钢丝绳(外层不是Z形钢丝的单捻圆股钢丝绳),大修后增加了缠丝、缠带和主缆除湿防护。


  挪威哈当厄尔大桥吊索。挪威哈当厄尔大桥是跨越挪威西南部哈当厄尔海峡的一座大跨度悬索桥,全桥长1380m,主跨1310m,加劲梁宽为17.7m。全桥共有130根吊索,吊索顺桥向间距为20m、横向间距为14.5m。每个吊点设置单根吊索,吊索长度从2.04m逐渐变化为127.6m。除跨中每侧5根短吊索采用刚性索外,其他均采用Z形钢丝密封钢丝绳索股。吊索截面由7层钢丝组成,最外面3层为Z形钢丝,实现钢丝绳索股的密封,起到防腐作用。吊索与主缆和钢箱主梁之间通过160mm销铰连接。

(来源:全球五金网)