專利名稱：基于材料強(qiáng)度差實(shí)現(xiàn)壽命差的破損安全拉索的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于橋梁、建筑結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)輸電線、海洋工程等索結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種基于材料強(qiáng)度差實(shí)現(xiàn)壽命差的破損安全拉索。
背景技術(shù)：
由鋼絲或鋼絞線所構(gòu)成的拉索，早已廣泛地應(yīng)用在橋梁、建筑、礦山工程、海洋エ程、長(zhǎng)輸電線等領(lǐng)域，然而，拉索驟斷結(jié)構(gòu)毀損的重大事故，卻一直沒有杜絕。以橋梁拉索為例，迄今的破斷統(tǒng)計(jì)壽命為3 16年，很少超過20年。近年雖有改迸，尚不能指望其與結(jié)構(gòu)的服役壽命相同，此其ー；其次，由于其載荷與環(huán)境作用的隨機(jī)性， 橋梁拉索的破斷壽命為非確定性的，何時(shí)破斷并不知道。因而，在橋梁的全壽命期內(nèi)，拉索將多次破斷或拆換[唐寰澄橋梁拉索隱患剖祈，《橋梁》，2005/5期]。目前，雖然對(duì)拉索普遍采用了以壽命預(yù)測(cè)為核心的健康檢測(cè)與診斷技木，以及“三年ー檢測(cè)，十年一拆換”的保障措施，但由于載荷作用的隨機(jī)性和檢測(cè)的局限性，從本質(zhì)上講，這樣的檢測(cè)和拆換措施，是不能排除拉索驟斷的危險(xiǎn)。因?yàn)橐唬鞯牟饟Q時(shí)間，是根據(jù)剰余壽命預(yù)測(cè)(或評(píng)估)確定的，而隨機(jī)問題的壽命預(yù)測(cè)，為非確定性的‘統(tǒng)計(jì)量’[周傳月等MSC. Fatigue疲勞分析應(yīng)用與實(shí)例.之pp. 49]。拉索究竟會(huì)何時(shí)破斷，是無法準(zhǔn)確確定的。其ニ，對(duì)于橋梁鋼索，一般多采取‘疑斷就換’，一換就成批地?fù)Q，甚至全橋拆換。即拆換的時(shí)間與拆換對(duì)象的決策，沒有定量準(zhǔn)則或判據(jù)，因此帶有主觀性隨意性。既存在誤拆的浪費(fèi)，也存在該拆而未拆的危險(xiǎn)。其三，這樣ー換就成批或全橋拆換的作法，在橋梁的全壽命期內(nèi)，其服役成本可與全橋建造的總造價(jià)相比，令人吃驚。如德國漢堡Kohlbrand Estuary橋拉索拆換一次的費(fèi)用為原造價(jià)的4倍[王文濤.斜拉橋換索工程.前言];至于拉索驟斷損毀橋的修復(fù)費(fèi)用，統(tǒng)計(jì)表明，將是全橋當(dāng)年總造價(jià)的I倍以上；全橋拉索拆換一次的費(fèi)用，與橋梁建造當(dāng)年的總造價(jià)相當(dāng)，為建橋當(dāng)年拉索造價(jià)的6 10倍。譬如中國四川成渝公路內(nèi)江新龍坳橋換索費(fèi)用為全橋當(dāng)年總造價(jià)的I. 2倍；四川宜賓小南門橋，因鋼索驟斷、橋梁損毀的修復(fù)及拉索拆換的費(fèi)用，為全橋新建當(dāng)年總造價(jià)的I. 5倍以上。“三年ー檢測(cè)，十年一拆換”的保障技術(shù)措施，從分析上講，只解決了當(dāng)前的斷索危機(jī)，但并未排除橋梁拉索驟斷的鳳險(xiǎn)。因?yàn)樵诓饟Q周期、乃至檢測(cè)周期內(nèi)，因拉索驟然破斷帶來的垮橋風(fēng)險(xiǎn)不能排除，如美國明尼阿波利斯市密西西比河大橋，經(jīng)明尼蘇達(dá)大學(xué)土木工程系等進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)和檢測(cè)，不只一次地評(píng)估預(yù)測(cè)得出結(jié)論近期不必因疲勞問題而提前對(duì)大橋拉索進(jìn)行更換。于是，更換工程被安排到了 2020年。然而，大橋卻提前于2007年8月I日，且在只有半幅通車的情況下，驟然垮塌了 [張啟偉.‘屢檢屢過’的大橋坍塌背后.科學(xué)時(shí)報(bào).2007. 8. 24]。這無疑對(duì)橋梁拉索健康監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)的可靠性，提出了尖鋭質(zhì)疑。為了解決拉索驟斷毀橋問題，ZL200520034394. 9公開了ー種‘用于橋梁吊桿和拉索的破斷預(yù)警及在線拆換裝置’。該裝置的技術(shù)特征是拉索由兩根成品拉索組成，其中一根為承載索，另一根為安全索；承載索受力時(shí)，安全索不承載受力；承載索破斷后，安全索即承載受力。該裝置雖這一方面可避免承載索破斷后橋梁受損或垮塌，另一方面可保證實(shí)現(xiàn)在線更換承載索，但只適用于通常的多路傳力(如雙吊桿)系統(tǒng)，而對(duì)于大量(90%以上)存在的單路傳力拉索是不適用的，且如果是平行雙索還需張拉工藝才能實(shí)現(xiàn)，施工成本較高。繼后，ZL200720081631.6又公開了一種破損安全拉索，簡(jiǎn)稱FSC。該拉索是基于鋼絲或鋼絞線的‘應(yīng)力差實(shí)現(xiàn)壽命差’的準(zhǔn)則，通過超張拉工藝，將組成拉索的鋼絲(或鋼絞 線)分為外層的應(yīng)力水平較高的部份和中心應(yīng)力水平較低的部份。應(yīng)力水平較高的外層鋼絲(或鋼絞線)將先行破斷，即發(fā)出警示。中心部分鋼絲(或鋼絞線)則能繼續(xù)承載，保證鋼索整體不斷的情況下(此即謂斷絲不斷索)，立即拆換，且‘損一換一’，既避免了橋梁受損或垮塌，又勿需‘疑斷就換’，換則全橋或成批拆換。但該拉索需要通過安裝施工時(shí)的超張拉工藝來實(shí)現(xiàn)應(yīng)力差，既增加工藝環(huán)節(jié)和超張控制的難度，又增加施工成本。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種基于材料強(qiáng)度差實(shí)現(xiàn)壽命差的破損安全拉索。本實(shí)用新型提供的基于材料強(qiáng)度差實(shí)現(xiàn)壽命差的破損安全拉索，該拉索由防護(hù)套和包覆其中的平行鋼絲或鋼絞線構(gòu)成，其特征在于包覆其中的鋼絲或鋼絞線由破斷強(qiáng)度低的鋼絲或鋼絞線與破斷強(qiáng)度高的鋼絲或鋼絞線組成，且二者的鋼材破斷強(qiáng)度比為0. 68
0.86，優(yōu)選 0. 75 0. 85。由于破斷強(qiáng)度低的鋼絲或鋼絞線驟然破斷時(shí)，其所承受的載荷將轉(zhuǎn)移至破斷強(qiáng)度高的鋼絲或鋼絞線上。這一突加的載荷轉(zhuǎn)移，會(huì)對(duì)破斷強(qiáng)度高的鋼絲或鋼絞線產(chǎn)生沖擊作用。為了保證破斷強(qiáng)度高的鋼絲或鋼絞線不致破斷，本實(shí)用新型取定破斷強(qiáng)度低的鋼絲或鋼絞線破斷時(shí)的沖擊系數(shù)為I. 62 2. 00，優(yōu)選I. 63 I. 66?；谄茢鄰?qiáng)度低的鋼絲或鋼絞線的破斷沖擊系數(shù)的取定，結(jié)合現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，即可確定構(gòu)成破斷強(qiáng)度低的鋼絲或鋼絞線與破斷強(qiáng)度高的鋼絲或鋼絞線的截面面積?？紤]到本實(shí)用新型提供的拉索中破斷強(qiáng)度低的鋼絲或鋼絞線先行斷裂后，拆換需要一定時(shí)間，為了保證在此拉索拆換期間破斷強(qiáng)度高的鋼絲或鋼絞線不致驟斷，以便安全拆換，對(duì)此本實(shí)用新型將其取定為在破斷強(qiáng)度低的鋼絲或鋼絞線破斷后，破斷強(qiáng)度高的鋼絲或鋼絞線的平均剩余壽命> 6個(gè)月。本發(fā)明人在考查鋼索破斷實(shí)例還發(fā)現(xiàn)，在拉索服役過程中，由于外部環(huán)境及載荷的作用，位于防護(hù)套內(nèi)的鋼絲或鋼絞線多從外圈開始破斷，因此，為了使該拉索的破斷預(yù)警作用更強(qiáng)，本實(shí)用新型將破斷強(qiáng)度低的鋼絲或鋼絞線均勻分布于破斷強(qiáng)度高的鋼絲或鋼絞線的外圈。本實(shí)用新型提供的拉索可應(yīng)用于所有的索結(jié)構(gòu)工程，包括橋梁、建筑結(jié)構(gòu)、礦山工程、長(zhǎng)輸電線、海洋工程等。本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)I、由于本實(shí)用新型提供的拉索是由破斷強(qiáng)度不同的鋼絲或鋼絞線組成，因而不需要如現(xiàn)有專利技術(shù)ZL200720081631. 6那樣，在安裝施工時(shí)需通過超張拉工藝產(chǎn)生應(yīng)力差，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)壽命差。2、本實(shí)用新型提供的拉索在服役期間，破斷強(qiáng)度低的鋼絲或鋼絞線與破斷強(qiáng)度高的鋼絲或鋼絞線雖與通常拉索一樣，全截面均勻受力，但由于二者存在破斷強(qiáng)度差，和設(shè)定的破斷沖擊以及破斷壽命差等條件，因而破斷強(qiáng)度低的鋼絲或鋼絞線將一定較破斷強(qiáng)度高的鋼絲或鋼絞線先行破斷發(fā)出警示，進(jìn)而可立即拆換該拉索，‘隨斷隨換’，‘損一換一’，避免了目前的‘非確定性的’壽命預(yù)測(cè)，疑斷就換，一換則成批(或全橋)地?fù)Q的弊病，另一方面，在破斷強(qiáng)度低的鋼絲或鋼絞線破斷退出工作后，破斷強(qiáng)度高的鋼絲或鋼絞線能夠繼續(xù)承載，既可在拆換該拉索期間不致斷索毀橋，又可為拆換該拉索提供安全作業(yè)的時(shí)間。3、由于本實(shí)用新型提供的拉索除了組成拉索材質(zhì)不同外，其它有關(guān)構(gòu)造、防護(hù)、錨固、加工、安裝、調(diào)索等均與通常拉索完全相同，因而既適用現(xiàn)行橋梁規(guī)范，又制造容易。4、本實(shí)用新型提供的拉索設(shè)計(jì)巧妙，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于推廣應(yīng)用。

圖I為本實(shí)用新型提供的拉索的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型由鋼絲構(gòu)成的拉索橫截面的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型由鋼絞線構(gòu)成的拉索橫截面的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖給出實(shí)施例以對(duì)本實(shí)用新型作出進(jìn)一步說明，但所給出的實(shí)施例不能理解為對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，因而本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)上述本實(shí)用新型的內(nèi)容和設(shè)計(jì)思想所作出的非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整也應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。實(shí)施例I如圖1、2所示，本實(shí)施例給出的拉索是由防護(hù)套P和包覆其中的平行鋼絲構(gòu)成，平行鋼絲又是由破斷強(qiáng)度低的鋼絲F與破斷強(qiáng)度高的鋼絲S組成，且破斷強(qiáng)度低的鋼絲F均勻分布于破斷強(qiáng)度高的鋼絲S的外圈。本實(shí)施例在設(shè)計(jì)索力為3658KN下，其破損安全拉索的構(gòu)成為F由破斷強(qiáng)度為1670Mpa的PES370 7鋼絲組成；37Φ7 PES高強(qiáng)鋼絲，其破斷強(qiáng)度為1670Mpa ;F與S鋼絲的破斷強(qiáng)度比取O. 85 ;當(dāng)S的破斷強(qiáng)度取1960Mpa時(shí)，得到S的截面為PES15107 ;XF破斷時(shí)其沖擊系數(shù)取為1.63。F與S的鋼絲的強(qiáng)度比取為O. 85，則S也為PES高強(qiáng)鋼絲，其破斷強(qiáng)度為1960Mpa，初擬的S截面為151Φ7 ;又F破斷時(shí)，對(duì)S的沖擊系數(shù)取為I. 63。根據(jù)上述條件，對(duì)拉索的破損安全性進(jìn)行驗(yàn)算。結(jié)果匯總見表I。表I
序I斜纟覽I絲束I設(shè)計(jì)I截面I破~斷I沖擊I截面各工況安全系數(shù)—
號(hào)鋼索名稱索力組成強(qiáng)_度系數(shù)面積服役I F斷時(shí) F斷后
1FSCM F 絲 3658KN 37 Φ 7 1670Mpa 1.63 1424mm2 3.29 OO
2S 絲151Φ 7 1960Mpa5773mm2 3.86 2.76 3.1 1由表I可知①拉索的服役安全系數(shù)F為3. 29，S為3. 86 ；F破斷瞬時(shí)，S的安全系數(shù)為2. 76 ；F破斷后(拆換前)S的安全系數(shù)為3. 11。②根據(jù)規(guī)范JTGT D65-01-2007的要求，拉索服役エ況的安全系數(shù)不得小于2. 50，臨時(shí)受載エ況安全系數(shù)容許值為2. 00。驗(yàn)算表明，拉索破損安全各エ況，均滿足規(guī)范要求。實(shí)施例2如圖1、3所示，本實(shí)施例給出的拉索是由防護(hù)套P和包覆其中的鋼絞線構(gòu)成，鋼絞線是由破斷強(qiáng)度低的鋼絞線F與破斷強(qiáng)度高的鋼絞線S組成，且破斷強(qiáng)度低的鋼絞線F均勻分布于破斷強(qiáng)度高的鋼絞線S的外圈，而每股鋼絞線又是由7Φ5鋼絲絞合而成。本實(shí)施例在設(shè)計(jì)索カ為4840kN，其破損安全拉索的構(gòu)成為F束由破斷強(qiáng)度為1570Mpa的6Φ15. 2PES鋼絞線組成；F與S鋼絞線材料的破斷強(qiáng)度比取為O. 80，因S也為PES鋼絞線，當(dāng)其破斷強(qiáng)度為1960Mpa，初擬的S截面為31-Φ15. 2 ;F破斷時(shí)，對(duì)S的沖擊系數(shù)取為1.63。根據(jù)上述條件，對(duì)拉索的破損安全性，進(jìn)行驗(yàn)算考査。驗(yàn)算結(jié)果匯總?cè)绫?表 2
序斜纟覽j索股j設(shè)i十I截面~I破斷I沖擊I截面I 各エ況安全系數(shù) 號(hào)鋼索名稱索力型號(hào)強(qiáng)度系數(shù)面積服役[F斷時(shí)I >斷后:I F 束 6Φ15. 2 1570Mpa 840mm2 I. 68 O O-FSCM - 4840kN--I. 63----
2S 束31Φ15.2 1960Mpa4340mm2 2. 10 1.87 1.78根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JTG/TD65-01-2007，第4· 3· 3條的指示，矮塔斜拉橋的斜纜按預(yù)應(yīng)カ混凝土結(jié)構(gòu)的體外索設(shè)計(jì)，相應(yīng)的服役安全系數(shù)不得小于I. 67。由表I可知①破損安全斜纜，在服役中F束的安全系數(shù)為I. 68，S的安全系數(shù)為2. 10，均滿足規(guī)范要求。②F破斷瞬吋，S的安全系數(shù)為1.87 ;F破斷后單獨(dú)承載時(shí)，S的安全系數(shù)為1.78，也滿足規(guī)范要求。以上驗(yàn)算表明本實(shí)施例破損安全斜纜，各エ況均是安全的。實(shí)施例3如圖I和圖3所示，本實(shí)施例給出的拉索是由防護(hù)套P和包覆其中的鋼絞線構(gòu)成，其中又分為破斷強(qiáng)度低的鋼絞線F與破斷強(qiáng)度高的鋼絞線S，且破斷強(qiáng)度低的鋼絞線F均勻分布于破斷強(qiáng)度高的鋼絞線S的外圏。本實(shí)施例在設(shè)計(jì)索カ為1107kN時(shí)，其破損安全拉索的構(gòu)成為F由破斷強(qiáng)度為1470Mpa的4Φ45鋼絞線組成；F與S的鋼絞線的強(qiáng)度比取為
O.75 ;當(dāng)S的破斷強(qiáng)度取1960Mpa時(shí)，得到S截面為150^15 ;XF破斷時(shí)，對(duì)S的沖擊系數(shù)取為面1.66。根據(jù)上述條件，對(duì)拉索的破損安全性進(jìn)行驗(yàn)算。驗(yàn)算結(jié)果匯總?cè)绫?。表權(quán)利要求1.一種基于材料強(qiáng)度差實(shí)現(xiàn)壽命差的破損安全拉索，該拉索由防護(hù)套(P)和包覆其中的平行鋼絲或鋼絞線構(gòu)成，其特征在于包覆其中的鋼絲或鋼絞線由破斷強(qiáng)度低的鋼絲或鋼絞線(F)與破斷強(qiáng)度高的鋼絲或鋼絞線(S)組成，且二者的鋼材破斷強(qiáng)度比為O. 68 O.86。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于材料強(qiáng)度差實(shí)現(xiàn)壽命差的破損安全拉索，其特征在于破斷強(qiáng)度低的鋼絲或鋼絞線(F)破斷時(shí)，其沖擊系數(shù)為I. 62 2. 00。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于材料強(qiáng)度差實(shí)現(xiàn)壽命差的破損安全拉索，其特征在于破斷強(qiáng)度低的鋼絲或鋼絞線(F)破斷后，破斷強(qiáng)度高的鋼絲或鋼絞線(S)的平均剩余壽命≥6個(gè)月。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于材料強(qiáng)度差實(shí)現(xiàn)壽命差的破損安全拉索，其特征在于破斷強(qiáng)度低的鋼絲或鋼絞線(F)均勻分布于破斷強(qiáng)度高的鋼絲或鋼絞線(S)的外圈。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于材料強(qiáng)度差實(shí)現(xiàn)壽命差的破損安全拉索，其特征在于強(qiáng)度低的鋼絲或鋼絞線(F)均勻分布于破斷強(qiáng)度高的鋼絲或鋼絞線⑶的外圈。
專利摘要本實(shí)用新型公開的基于材料強(qiáng)度差實(shí)現(xiàn)壽命差的破損安全拉索是由防護(hù)套P和包覆其中的平行鋼絲或鋼絞線構(gòu)成，其特征在于包覆其中的鋼絲或鋼絞線由破斷強(qiáng)度低的鋼絲或鋼絞線F與破斷強(qiáng)度高的鋼絲或鋼絞線S組成，且二者的鋼材破斷強(qiáng)度比為0.68～0.86，破斷強(qiáng)度低的鋼絲或鋼絞線F破斷時(shí)的沖擊系數(shù)為1.62～2.00。由于本實(shí)用新型的拉索是由破斷強(qiáng)度不同的鋼絲或鋼絞線組成，因而既不需要安裝施工時(shí)通過超張拉工藝來實(shí)現(xiàn)壽命差，且在拉索的服役中，其全截面均勻受力的情況下，一方面可通過破斷強(qiáng)度低的鋼絲或鋼鋼絞線F的先行破斷警示，可立即拆換該拉索，另一方面通過強(qiáng)度高的鋼絲或鋼絞線S的承載，可在拆換該拉索期間避免斷索毀橋。
文檔編號(hào)D07B1/10GK202440710SQ20122005297
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月17日
發(fā)明者廖光明, 湯國棟, 湯朋 申請(qǐng)人:廖光明, 湯國棟