1 概述
大跨度桥梁的缆索系统是现代悬索桥、斜拉桥和拱吊桥的主要承重传力结构,这些缆索结构的主要材料就是钢丝或钢丝制品。钢丝是以盘条(线材)为原料通过拉丝及辅助工序加工生产的一种金属产品,钢丝制品包括钢丝、钢丝绳、钢绞线和其它钢丝制品,钢丝及其制品是关系到国家建设和居民生活的重要工业产品。钢丝、钢绞线、钢丝绳的质量、品种和数量,以及国产化程度,反映着国家的钢丝制品工业技术工艺水平。大跨度桥梁缆索结构,既长期承受桥梁负荷的动载和静载,又长期暴露在风雨、潮湿和污染空气的环境中,缆索结构容易遭受应力和腐蚀破坏。当综合性能优异的高强度的钢丝引入桥梁建设后,加速了桥梁结构得到改进和提高,以及桥梁跨度和建设速度提高的步伐。
2 缆索结构对高强度钢丝的技术要求
20年前,我国才开始建设大跨度现代斜拉桥和悬索桥,开始这些桥梁主体结构的主缆、吊索和斜拉索用的钢丝都是依靠进口,一直存在质量、价格和供货周期问题。90年代,杨浦大桥建设过程中国内开始试制斜拉桥斜拉索钢丝(但未实桥应用),虎门大桥建设时国内开始试制和制造悬索桥主缆钢丝。虎门大桥和江阴大桥是同时采用进口钢丝和国产钢丝制作主缆,国产高强度钢丝边试边改快速进步,在主缆制造和架设过程中,普遍认为国产钢丝在这两个项目的使用性能明显优于进口钢丝,较快实现了缆索钢丝国产化。十余年后,以西侯门大桥一条主缆和苏通大桥斜拉索为标志,国产盘条和缆索钢丝在强度和性能方面都达到或接近国际先进水平。桥梁建设推动了国产盘条和钢丝技术的进步,桥梁建设推动了国产盘条和钢丝技术的进步,缆索用盘条和钢丝国产化促进了国内桥梁建设的快速发展。
2.1 提高盘条质量,改进工艺,提高钢丝综合性能
钢丝加工主要借助拉丝磨具在外力作用下,利用金属的可塑性使金属变形,获得需要的形状、尺寸规格和机械力学性能。由于结构的重要性和特殊性,桥梁缆索一般要求钢丝具备高强度、耐腐蚀、塑性和韧性好等特点。由此对盘条和加工工艺提出了较高的技术要求,国内制造缆索钢丝及钢丝制品,开始是进口盘条加工钢丝。2000年以后开始研制国产盘条,国产盘条采用微合金技术、纯净钢冶炼技术和特殊控轧控冷技术等技术工艺,使盘条的纯净度、力学性能、金相组织等实物质量水平达到(或接近)进口优质盘条水平。
在钢丝和盘条技术工艺方面的需要进行的研究工作有:提高盘条的高强度水平和综合性能,通过微观组织设计与控制改善冷拔性能及韧性;研发盘条和钢丝加工工艺新技术和改进已有技术,以便经济、清洁和安全地生产高使用性能的盘条和钢丝;改进环保和能源消耗、延长盘条和钢丝产品使用寿命长;提高钢丝综合性能,降低适用钢丝成本。
2.2 钢丝性能要突出不同索股结构使用特点
由于主缆和斜拉索结构和应用受力的区别,钢丝使用性能方面也有一定差别。斜拉索钢丝制造工艺流程是直接应用了国际上传统的预应力热镀锌圆钢丝和钢绞线的工艺流程,基本上是比较传统和成熟的工艺:索氏体化盘条(或盘条→索氏体化处理)→表面准备→拉丝→热镀锌→稳定化处理→检验→入库。主缆钢丝开始是借用斜拉索钢丝加工工艺,两类钢丝加工流程可在同一生产线完成,最大差别就是有无稳定化处理工序。国内主缆钢丝为了适应主缆制索工艺的要求,特别是直线度和镀后直径、表面外观的要求,在此钢丝生产流程基础上改进利用稳定化处理工序,形成了国产主缆钢丝专门的工序。
斜拉索和主缆钢丝实际应用中就存在一定区别,在使用标准上,主缆钢丝不太强调低松弛性能(只要求Ⅰ级松弛),而斜拉索钢丝强调低松弛性能(要求Ⅱ级松弛)。斜拉索钢丝还需要强调镦头性能,但这一技术在实践未被执行。现在由于换索和维护困难,设计对斜拉索提出了50年以上安全使用寿命的要求,但目前斜拉索锚固是环氧填充料,而环氧材料本身是由一定有效寿命的。一旦环氧失效,斜拉索就需要锚固钢丝镦头来承受荷载的。这就需要钢丝镦头能独立承担锚固功能。
——本文摘自中国金属制品网