深中大桥东锚碇筑岛围堰基于淤泥强度动态增长的设计方法

深中通道深中大桥为主跨1 666 m的三跨钢箱梁悬索桥,其东锚碇为海中重力式锚碇,采用筑岛围堰方案施工。原筑岛围堰方案采用静态设计方法设计,采用“锁口钢管桩+工字型板桩+钢箱围箍”的组合式筑岛围堰方案。针对原方案存在的材料利用率低、结构设计尺寸偏大、结构之间受力不协调等缺点,在分析淤泥强度增长规律的基础上,提出基于淤泥强度动态增长的筑岛围堰设计方法(动态设计方法)。该方法首先确定不同施工阶段围堰支撑处土体弹簧刚度和平行钢丝索围箍等效弹性支撑刚度,然后利用响应面法建立各施工阶段自变量参数(钢管桩壁厚、钢管桩直径、围箍数量)与控制指标(钢管桩最大应力、桩顶最大位移、围箍最大应力)之间的映射关系;最后利用改进粒子群算法进行围堰结构设计参数优化。采用该动态设计方法进行设计,确定采用锁口钢管桩(直径2 000 mm、壁厚18 mm)+工字型板桩+平行钢丝索(7根,单根为184股?5 mm钢丝)柔性组合式筑岛围堰方案。采用有限元法计算静、动态设计方法下钢管桩最大应力,并与现场实测值比较。结果表明:动态设计方法下,围堰结构受力更合理,各构件应力水平更协调。

拉索高强钢丝疲劳寿命与疲劳裂纹萌生机理

高强钢丝作为桥梁拉索的核心受力构件,极易受到疲劳荷载和表面腐蚀的损伤,影响拉索的正常使用。本文通过研究影响高强钢丝疲劳寿命S‑N曲线的主要因素,给出拉索与高强钢丝的S‑N曲线和疲劳强度极限,并采用FORTRAN编写可记录疲劳累积损伤量的代码,内置于有限元软件的用户子程序中进行模拟分析,探究高强钢丝的疲劳裂纹萌生与扩展过程及疲劳寿命。结果表明:高强钢丝的疲劳寿命受应力范围和强度等级的影响程度较大,其余参数的影响效果相对较小;高强钢丝的裂纹萌生寿命约占总寿命的85%~97%,裂纹萌生寿命占比随着应力范围的增大而减小,且在高应力范围作用下裂纹扩展速度显著加快,裂纹扩展寿命占比随之减小。

应力比对高强钢丝腐蚀疲劳寿命的影响研究

建立了高强钢丝腐蚀疲劳寿命模型,用于预测不同应力比和应力范围下的腐蚀疲劳寿命,研究应力比对腐蚀疲劳寿命的影响。利用应力比与应力范围之间的关系,处理了不同应力比和应力范围下高强钢丝腐蚀疲劳耦合试验数据。基于处理后的试验数据,对寿命模型进行参数估计,建立了高强钢丝腐蚀疲劳寿命模型,研究了不同应力比下腐蚀疲劳寿命的演化规律。结果表明:高强钢丝腐蚀疲劳寿命模型的预测值与试验数据吻合较好。该模型对高应力范围的腐蚀疲劳寿命预测值小于试验数据,对低应力范围的腐蚀疲劳寿命预测值大于试验数据。随着应力比的增大,高强钢丝的S-N曲线逐渐左移,而且斜率的绝对值逐渐变小。高强钢丝的腐蚀疲劳寿命随应力比的增大而减小。当应力比较大时,应力范围对腐蚀疲劳寿命的影响减小。应力比对低应力范围下的腐蚀疲劳寿命影响更显著。

适用于超高强钢丝缆索的新型主缆锚具设计研究

随着悬索桥跨径的增大,主缆钢丝的强度等级不断提高,对锚具的合理设计也提出了更高的要求。本文对主缆锚具的现有设计方法进行了介绍。基于2200 MPa级超高强钢丝缆索,对主缆锚具的材料、结构形式与外形尺寸开展初步设计,提出了新型主缆锚具的设计方案。采用有限元方法建立锚具的精细有限元模型,对设计方案的受力性能进行了数值模拟与参数分析。结果表明新型主缆锚具受力合理,设计方案可行,锚具壁厚、摩擦系数对锚具应力水平的影响最为明显,并据此提出了锚具的建议优化设计方向。

拉伸-弯曲组合作用下高强钢丝受力行为研究

为研究拉伸-弯曲组合作用下高强钢丝的受力行为,开展了拉伸-弯曲组合作用下高强钢丝的应力测试试验,测试了高强钢丝在不同轴向荷载和弯曲角度下的应力值。建立了拉伸-弯曲组合作用下高强钢丝的有限元模型,分析了高强钢丝的应力分布情况,模拟结果与试验结果吻合较好,验证了数值模型的准确性和合理性。基于该有限元模型,进一步研究了高强钢丝表面和截面内的应力分布情况,以及弯曲作用对应力范围的影响。结果表明,存在弯曲角度时,高强钢丝的应力分布会变得不均匀。相同轴向荷载时,高强钢丝应力值和应力范围都随弯曲角度的增加而增大。拉伸-弯曲组合作用会显著影响高强钢丝中部和两端区域的应力变化,使得这些区域内应力沿轴向和径向都存在较大的应力梯度,拉伸-弯曲组合作用效果在这些区域内应重点考虑。

中空注浆矿用锚索用6.20 mm 2200 MPa钢丝生产

中空注浆矿用锚索用6.20 mm 2200 MPa超高强度钢丝因强度要求高,生产难度大,在生产时容易出现断丝,表面处理时采用盐酸两道次浸泡酸洗,酸洗后水冲洗采用先高压水冲洗再浸泡洗然后再高压水冲洗的方式,水冲洗后选用锌系高温快速磷化液,磷化时间3~5 min,选用8道次拉拔。采用该工艺生产的钢丝能够满足产品的要求。

沪通长江大桥总体设计

沪通长江大桥位于长江下游,通行4线铁路和6车道高速公路。桥位处江面宽约5.8km,大桥需要跨越南侧的长江主航道、北侧的专用航道和中间的横港沙(浅洲)。主航道桥采用主跨1 092m的钢桁梁斜拉桥;专用航道桥采用主跨336m的钢桁拱桥;跨南、北岸大堤及横港沙区段采用跨度112m的简支钢桁梁桥。主航道桥6个桥墩采用沉井基础,其余各墩均采用钻孔桩基础;主梁使用新研发的Q500qE高强度桥梁钢;斜拉索采用极限强度2 000MPa的平行钢丝斜拉索。

恒丰北路桥拉索试验研究

恒丰北路桥是国内建造最早的斜拉桥之一,其拉索防护采用了水泥砂浆、黑色PE两层防护体系,具有一定代表性。在对该桥进行换索后,利用换下的旧索进行了钢丝锈蚀分布检查、钢丝锈蚀性能分析以及拉索锈蚀性能分析,详述了试验的方法、步骤和试验结果,分析了这种防护体系的弊病以及拉索在腐蚀条件下的力学性能变化。

2000 MPa平行钢丝斜拉索在千米级公铁两用斜拉桥中的应用

沪通长江大桥主航道桥为主跨1092 m的公铁两用斜拉桥。设计过程中对平行钢丝斜拉索和钢绞线斜拉索在该桥上应用的可行性进行对比分析。由于采用高强度平行钢丝斜拉索,拉索断面更小、风载阻力小、钢丝应力均匀性好,同时有利于降低造价、减小结构横向变形、保证列车高速运行的平稳性和舒适性,因此,推荐采用高强度平行钢丝斜拉索。依托该桥对2000 MPa平行钢丝斜拉索进行了钢丝、锚具、护套及整索性能的专题研究,成功试制了斜拉索产品,最终实现了2000 MPa平行钢丝斜拉索在沪通长江大桥中的应用。

悬索桥主缆钢丝腐蚀速率的影响因素分析

影响钢丝腐蚀的众多因素,分为外界环境影响因素和钢丝自身状态两大类,详细阐述了湿度、温度、大气污染物以及钢丝拉力、初期损失、主缆弯曲等各影响因素已有的实验研究成果,深入分析了上述因素对钢丝腐蚀产生影响的机理及其对腐蚀速率的影响。在得到对钢丝腐蚀产生影响的重要因素基础上,提出了需综合考虑各因素间的相互作用的多钢丝组的腐蚀实验,以达到更贴切地模拟主缆实际腐蚀过程的目的。

武汉杨泗港长江大桥主桥施工关键技术

武汉杨泗港长江大桥主桥为主跨1700 m的单跨双层钢桁梁悬索桥。该桥2个桥塔均采用沉井基础,沉井下部为钢壳混凝土结构,上部为钢筋混凝土结构;锚碇采用外径98 m、壁厚1.5 m的圆形地下连续墙基础;桥塔为钢筋混凝土门式结构,1号和2号塔高分别为231.9 m和243.9 m,采用C60高性能混凝土浇筑;主缆采用直径6.2 mm、标准抗拉强度1960 MPa的锌铝合金镀层高强钢丝;加劲梁采用华伦式桁架全焊接结构。在该桥施工中,沉井隔舱区域硬塑黏土层采用搅吸机+高压射水取土的工艺施工,刃脚盲区采用爆破+斜向弯头吸泥机取土的工艺施工;地下连续墙采用液压成槽机和双轮铣槽机进行槽段成槽施工,内衬及填芯混凝土采用逆作法施工;桥塔采用液压爬模施工,通过优化混凝土配合比、选择高压输送泵将C60混凝土一泵到顶;主缆钢丝为国产新材料,按4个阶段组织生产;主缆采用索股混编,PPWS法架设,利用双线往复式牵引系统进行索股牵引;加劲梁采用整体节段制造、吊装技术施工,钢梁节段采用缆载吊机从跨中向桥塔方向逐段吊装。

悬索桥主缆钢丝腐蚀速率计算方法

悬索桥主缆钢丝的腐蚀严重影响着主缆的安全服役,缆内钢丝的腐蚀与其所处的缆内微环境有密切的关系,为预测悬索桥主缆内各区域中钢丝的腐蚀发展和剩余承载力,需建立主缆钢丝区域化腐蚀环境与腐蚀速率之间的计算关系。采用正交试验原理将影响钢丝腐蚀的:温度、相对湿度、Na Cl浓度、p H值、钢丝拉力5个主要因素分为两组,分别采用极化电阻腐蚀传感器和电化学工作站三电极体系两种测量手段对正交工况下的钢丝腐蚀速率进行测量。试验分析数据表明:在试验因素的取值范围内相对湿度和p H值各为两组因素中的主要因素,Na Cl浓度和p H值两个因素之间存在交互效应,温度、相对湿度、钢丝拉力之间相互独立;通过最小二乘法分别拟合得到5个因素与钢丝腐蚀速率之间的拟合计算关系;将实测的主缆内各区域的腐蚀环境统计为腐蚀环境年谱,并代入腐蚀速率与环境因素的计算关系,得到主缆各区域内钢丝的腐蚀速率和直径损失,其中主缆顶部区域腐蚀速率最高为0. 010 8 mm/a,服役20年后直径损失约为0. 02 mm即镀锌层耗损完毕,与实际桥梁检测情况吻合,服役100年直径损失将达到约1. 1 mm,将不能满足主缆的设计要求。建立的腐蚀速率计算方法为计算钢丝腐蚀量提供参考。

温度和湿度环境下未镀锌高强钢丝的腐蚀速率谱

为了预测主缆钢丝在服役过程中的腐蚀发展,计算了主缆钢丝在不同温度和湿度环境条件下的腐蚀速率,将主缆腐蚀环境的温度和湿度划分为5个等级,采用正交试验方法将其进行正交组合,控制恒温恒湿试验箱实验温度和湿度,利用微型极化电阻腐蚀传感器测量未镀锌高强钢丝的腐蚀速率,获得了温度、湿度与腐蚀速率的关系和耦合效应.试验结果表明:可将环境湿度70%、温度10℃以下区域归为钢丝弱腐蚀区;湿度75%以下、温度20~50℃区域归为钢丝低腐蚀区;湿度75%以上、温度10~50℃区域归为钢丝强腐蚀区.

一种斜拉索耐久性的评定方法

为准确地评定斜拉索的耐久性,指导斜拉索养护,提出一种针对平行钢丝斜拉索耐久性的评定方法。该方法建立在已有的均匀腐蚀厚度和局部点蚀深度概率研究的基础上,利用有限元分析结果拟合得到钢丝承载力与腐蚀程度的对应公式,并通过概率理论推导得出了服役若干年后钢丝承载力和斜拉索承载力的概率模型。某在建斜拉桥斜拉索设计寿命30年,采用该方法评估了其20年、30年和40年的耐久性,通过具体算例演示验证了该评定方法的可行性和应用价值。该评定方法可以预估和评价在不同服役年龄时斜拉索的强度,为斜拉索养护措施的选择和换索时机的确定提供参考。

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。

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。

缆索用高强度PC镀锌钢丝的研制

介绍桥梁缆索用高强度PC镀锌钢丝的研制与生产情况。原料采用宝钢生产的SWRS82B盘条 ,采用 9道次拉拔比同样速度的 8道次拉拔的性能好 ,镀锌工艺为铅锅温度 4 2 0℃± 2℃ ;盐酸的体积分数为 18%～ 2 0 % ,酸槽温度5 0～ 70℃ ;助镀液温度 5 5～ 80℃ ,锌锅温度 4 5 0～ 4 5 5℃。经检验 ,产品满足技术要求。

桥梁缆索雷击试验分析

桥梁的高大结构及其所处的地理位置决定了桥梁易遭受雷击的特点,缆索作为桥梁重要承重构件,一旦遭受雷击会影响桥梁的结构安全。对桥梁实际使用的缆索进行取样,在实验室内模拟雷击试验,通过5种试验模型分析雷击对桥梁缆索的影响,发现雷击将会造成高强度钢丝熔损。通过拉力试验分析缆索高强度钢丝遭受雷击前后抗拉强度的变化情况,发现其抗拉强度明显降低。通过冲击电压击穿试验计算缆索高密度聚乙烯护套的击穿强度,表明其无法承受自然界雷电的侵袭。试验分析表明,桥梁的缆索必须加强防雷保护。

钢芯铝绞线钢线抗张强度不确定度的评定

钢芯铝绞线具有良好的导电性能、足够的机械强度及抗拉强度大等优点,其中钢芯主要起增加强度的作用,是保证其安全的关键指标之一。本文通过对钢芯铝绞线中钢线的测量不确定度评定,探讨影响抗张强度测量结果不确定度的主要因素。

桥梁缆索用钢制品国际标准研制

综述桥梁缆索用钢制品领域技术及标准现状,建立桥梁缆索用钢制品标准体系。对不同国家的桥梁缆索用钢制品相关标准技术内容进行对比。标准适用于5.0mm、7.0mm系列用热镀锌及锌-铝合金镀层钢丝,标准中钢丝的强度为1570MPa^2160MPa,规定桥梁缆索用热镀锌钢丝镀层面质量不小于300g/m^2,给出了供需双方协商评定的特殊要求和建议的参数值。