懸索橋用特高強(qiáng)度鍍鋅吊索鋼絲繩的研發(fā)
西堠門(mén)大橋是《國(guó)家高速公路網(wǎng)規(guī)劃》中杭州灣環(huán)線的聯(lián)絡(luò)線及浙江省、舟山市規(guī)劃建設(shè)的重要跨海通道，屬浙江省重點(diǎn)建設(shè)A類項(xiàng)目，位于臺(tái)風(fēng)頻發(fā)的浙江省東北部東海海域，是連接舟山、寧波兩市的重要工程。大橋主跨為1650m，是世界上首座特大跨徑分體式鋼箱梁懸索橋。鋼絲繩吊索是大橋主纜與鋼箱梁聯(lián)系的傳力結(jié)構(gòu)，是懸索橋的重要受力結(jié)構(gòu)之一，擔(dān)負(fù)著捋橋面各種荷載傳遞到主纜的重任。根據(jù)西埃門(mén)大橋鋼絲繩的受力特點(diǎn)及環(huán)境，介紹了懸索橋用的特高強(qiáng)度鍍鋅吊索鋼絲繩的研發(fā)情況。
1懸索橋吊索用鋼絲繩的要求分析11對(duì)力學(xué)性能的要求
對(duì)于特大跨徑懸索橋，為了減少上部結(jié)構(gòu)的重量，鋼絲繩要具有能承載特別高的靜荷載和交變荷載的能力，因此要求其應(yīng)具有極高的破斷拉力、良好的抗疲勞性能力和極小的非彈性變形。具有極高破斷拉力和良好的抗疲勞性能是保證大橋減少上部結(jié)構(gòu)重量和使用壽命的前提條件，具有極小的非彈性變形是吊索制作精度的根本保證。
12對(duì)鋼絲繩斷面結(jié)構(gòu)的要求
經(jīng)分析得知，吊索鋼絲繩要有特高的破斷荷載、良好的耐疲勞性能和極小的非彈性變形，取決于組成鋼絲繩的有效金屬面積、制繩鋼絲的強(qiáng)度、鋼絲之間的接觸狀態(tài)（結(jié)構(gòu)）、制繩鋼絲的高韌性和鋼絲繩的捻制技術(shù)及工藝。
13對(duì)鋼絲繩的強(qiáng)度要求
60、80、88吊索鋼絲繩要求最低強(qiáng)度等級(jí)要分別達(dá)到1960、2060、2160MPa。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T8918-1996、YB/T5225-1993）的規(guī)定，而且還必須滿足JT/T449-2001標(biāo)準(zhǔn)的2×10次疲勞循環(huán)和彎曲靜載試驗(yàn)的嚴(yán)格要求。
14對(duì)鋼絲繩防腐性能的要求
吊案鋼絲繩都被置于大氣環(huán)境中使用，要承受雨水和腐蝕氣體的浸蝕，特別是西e門(mén)大橋的鋼絲繩吊索，捋要承受危害最為嚴(yán)重的海洋大氣腐蝕，所以要求鋼絲繩吊索必須具有極強(qiáng)的抗環(huán)境腐蝕能力。
2懸案橋吊索用特高強(qiáng)度鋼絲繩的研制
21鋼絲繩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)必須使吊案鍍鋅鋼絲繩各鋼絲、各繩股之間的接觸狀態(tài)最佳，接觸應(yīng)力小而且均勻，內(nèi)部填充充分，金屬面積大，從而提高吊案鋼絲繩的破斷荷載和耐疲勞性能，保證吊索鋼絲繩具有較大的彈性模量，內(nèi)部充填改性塑膠墊層，能有效緩沖吊索鍍鋅鋼絲繩承受脈動(dòng)荷載時(shí)，繩內(nèi)各股之間的相互擠壓和刻痕，減小接觸應(yīng)力，避免應(yīng)力集中，提高吊案鍍鋅鋼絲繩的耐疲勞性能.吊案鍍鋅鋼絲繩內(nèi)部充填的改性塑膠層，還能同時(shí)防止雨水滲入鍍鋅鋼絲繩吊索內(nèi)部間隙、有益于鍍鋅鋼絲繩吊索耐銹蝕能力的提高。
2懸案橋吊索用特高強(qiáng)度鋼絲繩的研制
21鋼絲繩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)必須使吊案鍍鋅鋼絲繩各鋼絲、各繩股之間的接觸狀態(tài)最佳，接觸應(yīng)力小而且均勻，內(nèi)部填充充分，金屬面積大，從而提高吊案鋼絲繩的破斷荷載和耐疲勞性能，保證吊索鋼絲繩具有較大的彈性模量，內(nèi)部充填改性塑膠墊層，能有效緩沖吊索鍍鋅鋼絲繩承受脈動(dòng)荷載時(shí)，繩內(nèi)各股之間的相互擠壓和刻痕，減小接觸應(yīng)力，避免應(yīng)力集中，提高吊案鍍鋅鋼絲繩的耐疲勞性能.吊案鍍鋅鋼絲繩內(nèi)部充填的改性塑膠層，還能同時(shí)防止雨水滲入鍍鋅鋼絲繩吊索內(nèi)部間隙、有益于鍍鋅鋼絲繩吊索耐銹蝕能力的提高。
22鋼絲繩內(nèi)各種鋼絲直徑關(guān)系的研究吊案鍍鋅鋼絲繩的結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)，決定了鋼絲繩內(nèi)鋼絲的種類（含填充絲）和直徑，60鍍鋅吊索鋼絲繩由15種、545根鍍鋅鋼絲組成；*80鍍鋅吊索鋼絲繩由21種、735根鍍鋅鋼絲組成；88鍍鋅吊案鋼絲繩由21種、807根鍍鋅鋼絲組成。確定鋼絲繩內(nèi)各種規(guī)格鋼絲的準(zhǔn)確直徑，關(guān)系到各鋼絲之間的接觸狀態(tài)及受力情況，而捻制狀態(tài)的鋼絲在股的橫截面上已成為橢圓，必須依靠復(fù)雜的計(jì)算軟件計(jì)算，才能設(shè)計(jì)并顯示出鋼絲之間的接觸狀態(tài)。
23制繩鋼絲的特高強(qiáng)度和韌性研究要達(dá)到60、80、88吊索鍍鋅鋼絲繩的特高破斷荷載和耐疲勞性能，除在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上增大金屬面積外、還必須盡可能地提高制繩鋼絲的強(qiáng)度。根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算，60、*80、88吊案鍍鋅鋼絲繩用鍍鋅制繩鋼絲的最低強(qiáng)度將分別達(dá)到1927、2077、
2196MPa（參照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)整強(qiáng)度級(jí)為1960、2060、
2160MPa）。
可見(jiàn)要研制特大跨徑懸案橋用大規(guī)格特高強(qiáng)度多絲線接觸鋼絲繩吊案，首先，必須研制出具有足夠高的強(qiáng)度、良好韌性和優(yōu)良的內(nèi)部組織及表面狀態(tài)的鍍鋅制繩鋼絲。隨著制繩鋼絲強(qiáng)度的提高（特別是強(qiáng)度超過(guò)1870MPa以上），其韌性表現(xiàn)為下降的趨勢(shì)，那么怎樣才能研制出具有足夠高的強(qiáng)度（≥2160MPa）的同時(shí)又具有良好的韌性的制繩鋼絲呢？這是本課題研究的內(nèi)容之一。
首先, 必須研究并優(yōu)選出具有優(yōu)良內(nèi)部微觀組織和化學(xué)成分的優(yōu)質(zhì)盤(pán)條；其次，必須研究并優(yōu)選出具有優(yōu)化的表面處理、熱處理、鋼絲拉拔的工藝參數(shù)和技術(shù)，并研制出具有良好內(nèi)部組織和表面狀態(tài)的鍍鋅制繩鋼絲。使鍍鋅制繩鋼絲具有足夠高強(qiáng)度的同時(shí)，減少或減慢在交變應(yīng)力作用下，內(nèi)、外部疲勞源的生成和延緩疲勞源的擴(kuò)展，從而提高足夠高強(qiáng)度鍍鋅制繩鋼絲的韌性或耐疲勞性能，滿足鍍鋅鋼絲繩吊索特高破斷荷載長(zhǎng)疲勞壽命的要求。
首先, 必須研究并優(yōu)選出具有優(yōu)良內(nèi)部微觀組織和化學(xué)成分的優(yōu)質(zhì)盤(pán)條；其次，必須研究并優(yōu)選出具有優(yōu)化的表面處理、熱處理、鋼絲拉拔的工藝參數(shù)和技術(shù)，并研制出具有良好內(nèi)部組織和表面狀態(tài)的鍍鋅制繩鋼絲。使鍍鋅制繩鋼絲具有足夠高強(qiáng)度的同時(shí)，減少或減慢在交變應(yīng)力作用下，內(nèi)、外部疲勞源的生成和延緩疲勞源的擴(kuò)展，從而提高足夠高強(qiáng)度鍍鋅制繩鋼絲的韌性或耐疲勞性能，滿足鍍鋅鋼絲繩吊索特高破斷荷載長(zhǎng)疲勞壽命的要求。
24鍍鋅鋼絲繩及吊案制作技術(shù)的研究241捻制參數(shù)和捻制工藝裝備研究對(duì)于大規(guī)格高強(qiáng)度吊索鍍鋅鋼絲繩，要使眾多直徑規(guī)格的高質(zhì)量、高強(qiáng)度鋼絲和繩股按工藝設(shè)計(jì)參數(shù)要求的狀態(tài)服帖地捻制于規(guī)定的位置，而且要盡可能地減少捻制損失（或傷害），就必須進(jìn)行捻制工藝技術(shù)和捻制工藝裝備的研制，有效而強(qiáng)有力的捻制工藝裝備加之優(yōu)良的捻制工藝技術(shù)，使吊案鋼絲繩的所有鋼絲和繩股受力均勻、捻制損失少、捻制應(yīng)力小，從而保證吊案鋼絲繩具有足夠高的破斷拉力和有效減少或減慢吊案鋼絲繩在交變荷載下疲勞源的生成，使吊案鋼絲繩具有破斷拉力高、耐疲勞和較大的彈性模量。
242鋼絲繩的極小殘余結(jié)構(gòu)伸長(zhǎng)（小于015%
的研究
特大跨徑懸案橋用吊索鍍鋅鋼絲繩除要求具有足夠高的破斷荷載、持久的耐疲勞能力和較大的彈性模量外，還必須要求成品鋼絲繩吊案具有極小結(jié)構(gòu)伸長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、極精準(zhǔn)的長(zhǎng)度、鋼絲繩與吊案錨頭良好的錨固性能和鍍鋅鋼絲繩吊案組件不小于2×10°次的脈沖循環(huán)壽命，所以必須進(jìn)行消除結(jié)構(gòu)伸長(zhǎng)、準(zhǔn)確的長(zhǎng)度定尺、鋼絲繩與吊索錨頭良好的錨固性能的工藝技術(shù)研究。具有全自動(dòng)補(bǔ)償?shù)南Y(jié)構(gòu)伸長(zhǎng)的大型預(yù)張拉穩(wěn)定化處理設(shè)備、能準(zhǔn)確測(cè)量長(zhǎng)度和溫度補(bǔ)償?shù)募す鉁y(cè)距系統(tǒng)、鋼絲繩與吊案錨頭優(yōu)良錨固能力的合金灌注工藝技術(shù)和設(shè)備的研制，為鍍鋅鋼絲繩吊案的制作提供了保證。此外，鍍鋅鋼絲繩吊索在制作的整個(gè)過(guò)程中，應(yīng)保證原鋼絲繩的捻制狀態(tài)，
3結(jié)語(yǔ)
3結(jié)語(yǔ)
通過(guò)前面3次吊案用鍍鋅鋼絲繩的研制，以及對(duì)試制品的檢驗(yàn)和模擬吊案使用狀態(tài)的試驗(yàn)，60、
80、88吊案用鍍鋅鋼絲繩檢驗(yàn)、試驗(yàn)指標(biāo)全部達(dá)到GB/T8918=1996、YB/T5225-1993和JT/T4492001標(biāo)準(zhǔn)要求，鎖定了高強(qiáng)度大規(guī)格鍍鋅吊案鋼絲繩的結(jié)構(gòu)，成功地掌握了生產(chǎn)工藝技術(shù)難點(diǎn)和工藝裝備技術(shù)參數(shù)，具備批量生產(chǎn)條件。
高強(qiáng)大規(guī)格鍍鋅鋼絲繩斷面見(jiàn)圖1所示。
懸案橋用特高強(qiáng)鍍鋅吊案鋼絲繩從性能要求分析、研究、試制，從自檢、外委權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測(cè)，鋼絲繩結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝鎖定達(dá)到批量生產(chǎn)的條件，研制過(guò)程歷時(shí)兩年多。充分驗(yàn)證了吊案鋼絲繩的技術(shù)方案、材料橋用特高強(qiáng)鍍鋅吊案鋼絲繩綜合性能優(yōu)良。對(duì)鋼絲繩的結(jié)構(gòu)改進(jìn)和生產(chǎn)工藝改進(jìn)，我們申請(qǐng)了《注塑鋼絲繩》和《成繩機(jī)工字輪恒張力裝置》兩項(xiàng)專利進(jìn)行知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，特高強(qiáng)度鍍鋅吊案鋼絲繩已成功應(yīng)用于舟山連島工程的西門(mén)大橋、貴州壩陵河大橋，使用效果良好，具有良好的推廣應(yīng)用前景。
