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斜拉索用PC钢丝钢绞线的种类与防腐分析

2017-03-31

光面预应力钢丝应符合ASTMA421《预应力混凝土用消除应力光面钢丝》中BA型扣锚型钢丝的要求,此外尚须满足下列要求。
美国佛罗里达线缆是最早开发环氧树脂涂层预应力钢绞线技术的企业。由其起草ASTMA882A771M《环氧树脂涂层预应力7丝钢绞线》是国际上唯一公开发布的国家。按其涂层的方式是钢绞线整体涂FLO-GARDTM和空隙填充的拆股涂FLOFILTM两种,此外尚有环氧树脂表面增强的方式FLO-BONDTM。FLO-FILTM型式钢绞线其环氧涂层除紧密包覆钢绞线外空隙均被环氧树脂填充。因此,所有腐蚀介质或水都不会浸入到钢绞线的任何部位,起到与腐蚀介质或水完全隔离的作用,PTI推荐选用空隙填充的环氧钢绞线。笔者也曾从日本某取得另一种型式的环氧钢绞线样品,其相当于镀锌钢绞线的型式,7根钢丝都单独完整地涂上环氧树脂。绞线中钢丝间隙由于增加涂层厚度以后比涂前大,且其外廓没有形成完整的环氧护套,腐蚀介质或水可无阻拦地渗入绞线空隙。尽管钢丝已被环氧树脂隔离,相比之下,整体涂层显然比拆股涂防腐效果更好。为弥补拆股涂的不足,日本样品已成无粘结钢绞线的型式,涂以防腐脂和HDPE护套,以满足后张施工和隔离腐蚀介质的需要。显而易见,拆股涂决非ASTMA882所指的填充完整空隙环氧钢绞线。
护套预应力钢绞线的过程与无粘结钢绞线相似,但其要求相差甚多,决不能混用。现将PTI护套预应力钢绞线与我国无粘结预应力钢绞线主要区别列于表1。
2环氧树脂涂层预应力钢绞线有隔离腐蚀介质,并与腐蚀介质不起化学反应的优良特性,被美国PTI远东所确认,但必须按ASTMA882填充型。多种试验装备和试验方法,在国内尚需完整。除宝钢集团二钢正在引进该项技术和装备外,目前国内仍不能按该环氧树脂涂层钢绞线。
上限不能流端,下限不能脆裂,以保持连续有效
5环氧涂层预应力钢绞线的验收。代表顾客的验收人员,可不限制地在的工、独立的试验室、运输和贮存场所检查和试验活动。应向验收人员提供必要的方便,以证实材料是按技术条件要求组织的。除非另有规定,所有试验和验收应在装运前完成,任何涂层的损坏,都将作为判废的依据。
4PPSC制索的方法在完全隔离水的条件下编索,索力调整均匀性良好,从而提高拉索的耐久性,可充分利用我国资源丰富的特点予以推广。
表1nbsp;斜拉索用护套PC钢绞线与无粘结PC钢绞线主要区别对照
1镀锌钢绞线的锚固体系。法国Fryssint是国际上著名的预应力工程,曾在1994年5月召开的FIP第12届年会上发表了《现代斜拉索技术》3,该文介绍其斜拉索用镀锌钢绞线的特点。Fryssint也参与法国产品NFA35-035的起草。我国斜拉索采用镀锌钢绞线的锚固体系与Fryssint斜拉索相比,主要差距在于每根绞线等张力调整和检查。由于镀锌层软金属的滑移随镀锌层厚度的降低而减小,致使我国应用中不得不采取锚头整体固化的办法,固化的锚固体系有待进一步研究。
5取样频数控制。每一制造长度或10t选取较小值,检测抗拉强度、屈服强度、弹性模量及上述补充的各项检测。疲劳试验复样,必须在同一根留样上截取。
工预制斜拉索是在完全隔离水的状态下把整索包括锚具完成后,运输到现场。正象悬索桥主缆的“PPWS”法一样,减少了施工现场气候条件对钢丝腐蚀的影响,减少现场编索时可把每一根张拉材料的长度误差减少到最小程度,从而使整索受力均匀,索力调整容易控制,达到缆索稳定与安全效果。
3表面锈蚀控制。当钢绞线制造与涂环氧树脂作业周期超过7天时,钢绞线必须按相应包装要求做好防腐保护。确保涂覆时钢绞线包括中心钢丝没有任何肉眼可见的腐蚀。
不应与砂浆、氯化物等反应,寿命期内不变态
不允许任何焊接点包括盘条、捻制时钢丝
1强度级别控制。由于热镀锌过程的冷强度损失,法国分为1770MPa和1860MPa两种。
工预制钢丝索的疲劳试验表明,313根φ7钢丝索的250MPa应力幅超过200万次循环后,对拉索继续做静载试验,都超过95的公称破断载荷,完全达到PTI的要求,为铁路斜拉桥应用提供了依据,并成功地应用于跨度为312的长江大桥上。
4nbsp;李小珍各国悬索桥发展的不同道路土木工程学会桥梁及结构工程学会第八届全国桥梁学术会议,,199412
1光面钢绞线除应满足ASTMA416外,还有5条特殊要求。因而必须满足本文21条要求。
1锌-5铝-稀土合金替代镀锌的可能性。目前申佳正联合二钢进行锌铝合金镀层预应力钢丝和钢绞线的研制,有填补国际空白的信心,还望桥梁设计和施工单位大力协助。
试验由监理工程师委托独立的试验室完成,并开具试验报告
3单独护套钢绞线与国内的“无粘结钢绞线”有本质的区别,决不能以后者用于斜拉索,否则后患无穷。
环氧预应力钢绞线除必须满足本文21的要求外,还应满足以下要求:
张伟君:1961年5月生,工程师,申佳金属制品有限副总工程师兼技术开发部经理。
3疲劳试验的应力上限为045σb,应力幅按循环次数不同选择,至少要有5的钢丝经过200万次试验。通过疲劳试验的每根试样要做静载试验,其破断强度应不低于公称强度的95。
1镀锌作为钢材的优良防腐镀层,已被国际所公认,对预应力钢材的“氢脆”疑虑被FIP消除以后,斜拉索用预应力镀锌钢丝和预应力镀锌钢绞线应列为首选的张拉材料。
2护套和防腐涂层与无粘结预应力钢绞线有7条区别,其中涂前表面准备,涂层过程要求,涂层的温度熔点控制等,都是目前国内无粘结预应力钢绞线难以达到的。
2锌层重量的控制。为确保与锚具的咬合,法国锌层重量为190-350g2,与常规镀锌钢丝锌层重量≥300g2销有区别。
5疲劳试验每10t取一根样,其它指标每25t取一个试
钢绞线拉索通常在现场成平行钢绞线索,只要将成盘的钢绞线运至现场,然后按长度下料,将钢绞线穿入预先安置好的钢管或HDPE管,对每根钢绞线单独张拉、锚固,然后,对整束钢绞线张拉,调整索力,最后再进行密封、防腐处理。第一座采用的斜拉桥为1996年建造的意大利Polcvra桥。早期的钢绞线拉索都用光面钢绞线,套管内灌注水泥吵浆作防腐处理,现普遍使用镀锌钢绞线成单独护套钢绞线,大大提高了防腐性能,使拉索的耐久性得到更可靠的保障。钢绞线拉索的施工难度在于每根钢绞线均匀受力的调整和控制。
镀锌的“氢脆”敏感性一度引起国际预应力专家的关注,作为防腐镀层的应用也引起争论。直到1992年12月,国际预应力联合会专业委员会FIP报告2才消除了对氢脆的忧虑,继而法国于1993年12月颁布了国际上第一个产品NFA35-035《预应力热镀锌圆钢丝和钢绞线》,确定以热镀锌作为唯一的镀锌方法。我国等效采用法国相继制定了GB17101-1997《桥梁缆索用热镀锌钢丝》和YBT152-1999《高强度低松弛预应力镀锌钢绞线》两个产品,使我国预应力钢材防腐技术进入了国际先进水平先列。
摘要:介绍了斜拉索用预应力钢丝、钢绞线的种类及防腐方式,结合国内外对斜索用预应力钢丝、钢绞线的技术要求、试验方法及施工选用进行了详细分析,对斜拉索用预应力钢丝、钢绞线的及应用提出了建议,并指出有待研究的几个问题。
4疲劳试验控制。法国中用于斜拉索的镀锌PC钢绞线的疲劳试验上限应力为045σb,应力范围为300MPa,经200万次试验不断裂为准,疲劳试验通过后不再做静载试验,与PTI规范稍有区别。
3松弛性能与蠕变值对拉索的索力影响程度。拉索的使用应力都小于045σb,因而日本斜拉索用镀锌钢丝不作低松弛试验。环氧涂层钢绞线填充型的松弛值为低松弛钢绞线的25倍。拉索受力元件的松弛现象是否影响索力还有待研究。PTI又提出了拉索元件的蠕变量,低松弛处理本身是减少金属的蠕变,除蠕变的测试方法有待研究外,蠕变量对索力调整的影响也蠕研究。
1焊接头的控制。斜拉索用光面PC钢绞线应无焊接接头,包括盘条的焊接接头也必须剪净。目前国内仅个别企业对某些特殊工程才按此要求控制,以确保张拉构件在任何部位不出现薄弱环节。
2提高制索钢丝强度级可能性。随着钢丝索锚固技术的提高,冷镦开裂是否影响冷铸锚的锚固能力,另外延伸率从4减少到3-35是否影响性能和使用性能,还有待研究。
斜拉索用镀锌预应力钢绞线,除满足21要求外,还需考核镀锌层3项指标:锌层重量、锌均匀性硫酸铜浸蚀次数和镀层附着力缠绕试验。现以法国为依据,对其与常规试验的区别作如下分析。
4腐蚀控制。所有钢绞线在制造装运前不应有肉眼可见的腐蚀现象,将5长钢绞线试样拆股包括中心,不得有任何腐蚀迹象,否则该试样所代表的批量判废。
4涂层厚度控制。旨在保证锚具齿片的牙齿咬穿环氧树脂涂层而接触到钢绞线。固化后的厚度应为04-10,应详细说明涂层厚度,其公差范围应为±0065。
关键词:斜拉索nbsp;预应力钢丝钢绞线nbsp;防腐nbsp;分析
4钢丝发运前,所有钢丝都不应有可观察到的腐蚀。
工预制钢绞线索,由于运输、大型吊装设备和制造成本问题,在国际上应用甚少,正象预制钢丝索一样,应充分利用我国的资源、钢丝索的大型吊装设备及水路的优越条件,开拓工预制钢绞线索的场,发挥工预制钢绞线索的防腐性能良好及索力调整均匀的特点并加以推广应用。为此,浦江缆索有限,集近百座钢丝索的制造经验,研制成功工预制钢绞线拉索,并得到应用。
我国普遍采用φ70、上锌量大于300g2镀锌预应力钢丝,通过工预制索股法来制造斜拉索用索股。美国规范中要求镀锌预应力钢丝除了必须符合光面预应力钢丝的性能要求外,还需采用热镀锌,锌层质量指标增加锌层质量一般大于300g2、锌层均匀性一般硫酸铜浸蚀次数不少于4次in和锌层粘结力5倍芯棒缠绕性能3项指标,并且有良好的伸直性一般1矢高不大于30。目前国产镀锌钢丝质量已达到国际先进水平,已应用于全国50余座大桥,还成功地用于黄河大桥和海印大桥的换索工程。
3、带防腐涂层单独护套的预应力钢绞线简称护套预应力钢绞线
光面预应力钢绞线应满足ASTMA416A416M《预应力混凝土用无涂层钢绞线》的要求,此外还须符合下述特殊条款。
盘条可焊接,捻制时45可有一根钢丝焊接
3锌层均匀性的控制。由于锌层重量下限的原因,致使硫酸铜溶液铜溶液浸蚀次数要求也减少到60s2次。
2与混凝土砂浆接触需慎用。美国PTI规范认为:预应力镀锌钢绞可用于与混凝土砂浆接触的场合。经验表明这类钢绞线对氢脆不敏感。有资料2则认为:由于锌、钢和刚搅拌好的砂浆相互间易于起反应,故对氢脆较为敏感的预应力钢而言,易受环境影响而出现断裂,但这种脆裂危险有一定的时间范围,可以通过对钢材施以较低的张力或通过其它措施来降低断裂的危险。笔者认为:镀锌钢绞线与混凝土砂浆直接接触时需慎用。
3护套要求和护套试验共有9条区别,其中紫外线老外试验和按ASTMA882要求的护套6项试验,国内尚未进行。
验收人员在制造进行,所有试验验收合格后方可装运
工编索也有它难以克服的缺陷。首先是需要大吨位吊机和卷扬机,把预制好的缆索在时就位。随着跨度的增加,缆索长度、直径和重量相应增加,使施工现场的投资相应提高。其次是运输问题,尽管预制索都是盘卷在工字轮上,对大吨位的拉索,陆上运输受到限制,只能通过水运来解决。再次是成本问题,由于工预制斜拉索PPSC使用场合比较专一,假使一个工在一年时间里只有一个月的工作量,那么其成本确实相当昂贵。国外某工编索在钢丝绳合股车间内进行,它按场需求作内部调整,这样可以大大减少所需的费用,从而降低成本。相比之下,我国具有较多的专业缆索,通过场经济的杠杆,可把编索成本减少到最低。
镀锌预应力钢绞线除适用于斜拉索外,还用于锚固拉力构件和土木工程的体外索。我国桥梁建设为世人所瞩目,斜拉索用镀锌钢绞线已有应有实例,其中有进口镀锌钢绞线,也有国产镀锌钢绞线。作为钢材制造企业,仅从材料角度提出参考意见。
按预应力钢绞线的防腐涂镀层形式,可以分为光面、镀锌和涂环氧树脂3种。
3nbsp;Jan-PhilipFuzirFryssinr现代斜拉索技术见:预应力技术协作中心编译FIP第12届年会文选,1994
3疲劳和疲劳后静试验。斜拉索用钢绞线需做上限应力为045σb,通过200万次的疲劳试验,应力范围为213-228MPa供商定1。通过疲劳试验的每根钢绞线要做静载试验至断裂,静载破断强度应不低于095倍公称破断强度。根据需要也可做高应力范围的快速试验,但必须有5试样按200万次试验。
1满足ASTMA882的质量控制要求。需进行盐雾试验、涂层抗磨试验、粘附强度试验、涂层耐冲击试验、涂层化学腐蚀试验、涂层厚度磁力检测、涂层均匀性的“针孔”检测等7项控制与检测。
第一座采用工预制拉索是加拿大1986年建造的ALESFrasr桥,它由原来现场平行钢丝制索改进为具有很小捻角3°-5°的扭转型平行钢丝索。由于其捻角很小,保持了完全平行钢丝索的基本特性,疲劳性能、静载性能、弹性模量基本保持了平行钢丝的特性,但却可以卷绕、运输,从而实现了钢丝索工化的可能,被广泛采用。世界最大跨径的日本多多罗桥就是采用PPSC方法制的镀锌钢丝索。我国是多水域的国家,斜拉索场发展迅速,现已步入斜拉桥建造国际先进行列的国家。近十年来,已有近百座斜拉桥用拉索采用镀锌钢丝由PPSC方法制造,其中跨径最大的为杨浦大桥,最长的拉索长330。索径最大的是钱江三桥,由451根φ7钢丝组成,使用索力达1000t。
斜拉索用钢材选用及其防腐方式,已成为国际预应力领域关注的热点,美国后张预应力协会PTI斜拉索委员会最近公布了《斜拉索的设计、试验和规范》1,并就其钢材选用和防腐方式提出了规范性的要求。其中主要张拉材料有预应力钢丝、钢绞线、钢棒3类,其防腐形式有热镀锌、防腐油脂或石蜡、塑料包覆和环氧树脂涂层等种类,此外美国还有一种以分子膜状态粘结在金属表面的VS2889面。本文主要分析预应力钢丝和钢绞线材料的种类、选用和防腐,供斜拉索设计、施工与材料制造参考。
斜拉索用预应力钢丝主要有光面和镀锌两大类,按PTI规范要求,普通松弛和低松弛预应力钢丝在正常工作应力状态下约04σb的蠕变或松弛都可忽略不计,所以都可用于斜拉索的。
张正基:1960年12月生,高级工程师,申佳金属制品有限总经理。
2韧性试验。作为对原延伸率≥35控制的补充,斜拉索用的绞线必须做偏斜拉伸试验,偏斜拉伸应力不低于08倍实际破断应力。目前国内仅有少数企业能进行该项试验。
孙金茂:1940年1月生,教授级高级工程师,申佳金属制品有限总工程师。
这22条主要区别中,有一部分经过努力是可以做到的,大部分目前尚难实施,必须引起桥梁建设参与者高度重视,切勿将无粘结预应力钢绞线用于斜拉索,否则后患无穷。
2蠕变试验。环氧涂层预应力钢绞线在载荷为07倍破断载荷时的应力松弛为光面钢绞线的25倍,A882规定指标为≤65。在斜拉索应用中出现的不是应力松弛,而是固定载荷下的蠕变。开始时载荷作用于涂层上,随后才转移到钢绞线上,致使其松弛率蠕变值增加。按PTI规范要求,斜拉索蠕变试验的应力值需与斜拉索的实际工作应力一致约为04倍的破断应力。在设计中,恒载下钢绞线在整个服役期内的蠕变可作为设计者修正选用。

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