桥梁钢绞线拉索发展应用技术研究

的相关技术获得了很大进步。但在国内，缺乏超高强度钢绞线、 钢绞线拉索换索技术和钢绞线拉索防火等方面的研究，需要桥 梁建设工作者去进一步探索和研究解决，文章就这些技术问题

进行探讨。关键词：钢绞线;超高强度；换索；更换；防腐；防火中图分类号：U443.4

文献标志码：B文章编号：1007-7359（2019） 12-0151-04

DOI：10.16330/j.cnki.1007-7359.2019.12.063钢绞线作为一种预应力筋,广泛应用于各种预应 力工程。就桥梁拉索应用而言，可用于斜拉桥拉索、体

外预应力束、吊杆及系杆等。在欧美国家，钢绞线作为拉索材料使用，已有半

个多世纪的应用历史，其技术得到了很大发展，并应 用在一些著名的大跨度桥梁上，如法国诺曼底大桥、 美国休斯顿航道桥、西班牙卢纳桥等。因钢绞线拉索

体系具有钢绞线单根挂索及张拉、防护层数多、施工 机具小型化等优点，所以在人力昂贵的欧美国家，桥

梁拉索大多采用钢绞线拉索体系，是桥梁拉索发展应 用的主流，而较少采用钢丝拉索体系。在我国，大跨度斜拉桥的发展始于二十世纪八九

十年代上海黄浦江三座斜拉桥的建设,随之伴随着我 国桥梁快速发展,采用拉索体系大跨度桥梁获得了蓬 勃发展。我国桥梁拉索以平行钢丝索为主流，但近2

年来，随着对钢绞线拉索体系优点的熟知，采用钢绞

线作为桥梁拉索的大跨度桥梁也越来越多，如武汉二 七大桥、宜宾南溪长江大桥和芜湖长江二桥等。随着桥梁钢绞线拉索不断应用，钢绞线材料性

能、锚固技术及性能、拉索结构体系设计获得了长足

进步,也越来越成熟,现结合桥梁钢绞线拉索在工程 实际应用的经验,对桥梁钢绞线拉索在今后的技术发

展应用及需研究问题进行探讨，促进技术进步。作者简介：单继安（172-）,男，浙江奉化人，毕业于西安理工大学机械

工程专业，学士，高级工程师。专业方向：机械及冶金工程，桥梁拉索及

配套锚具产品设计开发。1超高强度钢绞线发展应用及锚固问

旺宦题坷帐筑告建昵徽在以往桥梁拉索工程应用中，钢绞线强度级别一

日安»

般为1860MPvo随着钢铁冶金材料和加工工艺技术的 也发展,桥梁拉索用的钢丝材料的强度等级也逐渐提高O

国家标准《预应力混凝土用钢绞线》（GB/ 5224）J/,适 用于预应力拉索的1 x 7系列钢绞线最高强度级别为

1669MPvo目前,在国内已有少量工程开始采用该强

度级别的钢绞线，如合江长江公路大桥系杆和吊杆。 日本住友电工已经生产出强度级别高达2300MPa超

高强度（Ultra-high Streagth）填充型环氧涂层钢绞线

2/,并已应用于东京Akihabara Pedestrian桥和U-

ratakao 桥。可以预见,随着技术进步，不久的将来，我国也将 研制出超高强度钢绞线,但要将超高强度钢绞线应用 于桥梁拉索中，尚需解决锚固的匹配性和可靠性问

题。随着钢绞线强度的增加，其硬度也应会提高，根据 有关研究，夹片的硬度应比夹持的钢绞线硬度高出

8-10（以HRC计）2/,所以超高强度钢绞线的锚固夹

片材料和硬度应进行匹配设计。钢绞线强度的提高

对锚固性能的要求更高,风险也更大,超高强度钢绞

线的锚固产品务必要经过充分的试验才能予以使用, 比如拉索的疲劳试验、静载试验等。建议在采用高强 度钢绞线作为拉索产品时，应明确规定高强度钢绞线 的性能指标、以及锚固性能的可靠性试验报告要求,

以确保工程使用安全。2钢绞线拉索单根换索施工技术问题在欧美PTCFIC等先进桥梁拉索规范中,明确要 求钢绞线拉索中的钢绞线可以逐根张拉、逐根更换。

在我国钢绞线拉索应用的早期,钢绞线拉索的锚固方 案仍采用夹片+灌浆有粘结锚固系统，如汕头礐石大

桥、漳州战备大桥和迁安黄台湖大桥等，由于在锚具

内部进行了灌浆，日后进行换索施工时，拉索仅能整

51—根更换,不能进行单根钢绞线的更换,这与国外先进

的拉索锚固技术存在一定差距。但随着国内试验条件 完善、加工工艺进步，钢绞线拉索的锚固技术水平逐 步提高,近年来,越来越多桥梁的钢绞线拉索采用了

无粘结的锚固方案，拉索钢绞线可以实现单根更换的 功能，如芜湖长江二桥、遵贵高速乌江特大桥等。但要真正实现钢绞线拉索单根钢绞线的更换施 工，除了拉索体系结构及无粘结锚固技术保证外，尚

册a

需在施工操作技术上予以确保,结合钢绞线拉索施工 H

ffl实际，应关注以下问题。a

沏2.1确保施工后钢绞线留长充足JITR钢绞线拉索换索施工是原先安装施工的逆过程。

田

更换的首要步骤必定是先要卸除钢绞线的当前索力， 钢绞线卸除索力方法见图K卸除索力就需要解除当

前索力下钢绞线弹性伸长量AL。从图1可知,原先拉 索施工时，务必要确保锚具后面具有足够的留长L1, 考虑到钢绞线更换时工装连接,L1应大于AL—定的

长度。这是一项很重要的关乎到日后钢绞线能否方便

更换的技术措施。但往往在实际施工时，操作人员会贪图操作方 便,钢绞线留长不按要求切割,将钢绞线留长切割成

“阶梯形”，见图2。如此将导致上层钢绞线的留长Li 小于正常预留长度L1,甚至短于钢绞线张拉力下的

弹性伸长量△ L,将导致日后钢绞线更换的困难。正确

的钢绞线留长切割方式应见图3,钢绞线应切割齐 整，确保每根的钢绞线留长充足。图2钢绞线留长的不当切割方式示意2.2钢绞线拉索单根更换技术的探讨关于钢绞线拉索体系，经常会提到钢绞线可单根52图3钢绞线留长的正确切割方式更换的特点。确实，从钢绞线拉索的锚固原理和结构

上看,每一根钢绞线均是独立锚固的,且整束拉索的

各钢绞线是互相平行的，具备单根更换操作的条件。 这样往往会有一个理解的误区:就是换索必然是更换

好一根钢绞线后,再去更换下一根钢绞线。但在实际换索时,旧钢绞线拆除后,需将锚板的

锚孔进行清理干净，这就需要一定的人工操作空间, 所以较合适的做法是先拆除不少于3列（排）的钢绞 线，然后安装最左边一列的新钢绞线,继而再卸除右

边的一列旧钢绞线始终有操作空间进行锚孔清理,直 至整束的钢绞线更换完成，见图ho已更换钢缎

已卸除钢绞线 待更换钢缀钢绞线逐列更换方向图4钢绞线更换过程示意根据上述钢绞线拉索实际换索操作需要,建议桥 梁设计者应考虑允许一整束钢绞线拉索的钢绞线卸

除1/3〜K5左右（视拉索规格大小而定）钢绞线时，桥 梁结构受力仍是安全的。3钢绞线拉索锚具防腐性能如前所述，桥梁钢绞线拉索具有钢绞线可以单根 张拉、单根更换的优点，而且也是钢绞线拉索技术发 展的趋势。钢绞线拉索在实施换索时,仅是更换拉索 钢绞线和夹片，而锚具是不予更换的。所以为满足桥

梁工程百年设计使用寿命要求,相对既换索又换锚具 的平行钢丝索锚具而言,钢绞线拉索的锚具防腐性能 要求应该更高、更严格。但相比欧美国家，无论从规范建设，还是从设计 施工管控,我国对桥梁钢绞线拉索锚具防腐性能的重 视还存在欠缺，加上工程招投标往往是低价中标，很

多桥梁项目钢绞线拉索锚具表面处理仅为电镀锌处 理,镀锌厚度仅为25m左右,且施工结束后缺乏永

久性防护处理，其防腐能力远不能满足桥梁设计使用

寿命要求，存在一定的隐患。因此,根据桥梁钢绞线拉索在生命周期内换索不

换锚具的特点，应制定合理的锚具防腐措施方案。探 讨如下：① 锚具内部密封结构应合理，能防止水汽渗入锚

具内部，其密封构造应能通过动态水密封试验；② 锚具外表面防护应采用比普通电镀锌处理更

好的镀层方案，如粉末渗锌、热喷锌（喷锌铝）处理，镀 层厚度不小于855m;③ 施工结束后，应对锚具等外露构件进行封闭涂

装处理；④ 定期管养,桥梁拉索健康运行离不开定期管理

和养护，把养护管理制度落实到实处,早发现问题早 处理,确保拉索正常使用环境；⑤ 建议在设计阶段就把上述要求纳入到设计图

文件中，使工程项目在招投标时就有明确依据，避免 低价中标后以施工图无明确要求为由,以次充好；⑥ 建议加强相关规范建设,重视桥梁拉索使用的

耐久性，促进我国桥梁拉索产品的技术质量水平。4钢绞线拉索换索后锚具二次锚固性

能桥梁钢绞线拉索在生命周期内是换索不换锚具,

那么拉索的钢绞线、锚固夹片更换后,其锚固性能是 否能维持满足原有的静载、疲劳锚固性能成为问题。

由于桥梁钢绞线拉索的无粘结锚固技术在我国实桥 应用时间还不长，还没到换索年限，所以目前行业内

尚无换索后进行锚具二次锚固性能验证的公开资料。

可以预见,换索后锚具二次锚固性能的验证是即将要 面临和研究的新课题。验证钢绞线拉索换索后锚具的二次锚固性能最

理想的方式是采用实桥换下的锚具进行验证,最具有

真实性。在不可得的情况下，认为可按如下方式进行 研究验证：① 查询资料，获取桥梁拉索的设计计算数据,如

实桥运营状态设计计算索力和应力幅,若有实桥索力 监控数据更佳；旺

宦② 制作与实桥拉索同类的锚具，规格可取相同,

坷帐筑也可取具有代表性的规格，一般不小于2孔；告建昵徽③ 进行整束疲劳试验，疲劳试验应力上限和应力

日安»

幅参照实桥拉索最大索力和应力幅，试验循环次数 也

200万次,试验结束后，拆除试验钢绞线和夹片，并保

留试验索两端的锚具；④ 将保留的试验锚具的锚孔进行清理,并安装新

的试验钢绞线，并用新夹片锚固;⑤ 再次进行疲劳试验,考虑到拉索锚具使用安全

裕度，本次疲劳试验应力上限和应力幅取相关规范的

规定值，若拉索类别是斜拉桥拉索，则应力上限为

0.45#$,应力幅为200MPa,试验循环次数为200万 次;⑥ 疲劳试验结束后，应进行静载试验,静载试验

破断力不应小于试验索的公称破断拉力95%o经过上述二次疲劳锚固性能验证通过的锚具产

品,才能真正满足钢绞线拉索单根可换体系的换索不

换锚具的使用要求。5钢绞线拉索防火技术问题及措施桥梁拉索在雷击、车辆事故等原因下，拉索会受

到火灾导致的危害，从而影响桥梁运营安全。我国拉

索防火技术措施在实桥上应用仍还未得到普及,相关图5鄂黄长江大桥火灾事故现场53不经济，可以在离桥面高!=3-10m范围采取防火措 施，见图6。防火措施分两段设置，预埋管及拉索防水

罩的外露钢质材料部分可采用钢结构防火涂料进行 涂覆;索体段防火措施可采用优质耐火卷材缠包在索

体外周，耐火卷材根据耐火时间要求包裹一层或多 层,再在外安装钢质防护管，索体防火段截面结构见

图6斜拉索防火段设置示意图 6。册;ffiH烘ffl峯»«:路JIT；冋羽

规范还未对拉索防火要求作出规定，对拉索防火技术 也缺少研究和试验,尚无公认成熟的技术方案。6结语随着我国桥梁建设事业的发展,桥梁拉索将会向 高强度、高耐久性的方向发展,并逐渐重视和要求拉

2013年3月，鄂黄长江大桥拉索受一货车货物 自燃的影响,导致大桥北塔（5#塔）下游侧J2〜J25 共计7根拉索不同程度烧伤，其中J01和J20索出现

索具有易于运营的管养功能，要求拉索易于更换、具 有防火功能、具有智慧监测功能等等。钢丝外露。经评审，对21和J22拉索进行更换。图5 钢绞线拉索体系作为桥梁拉索家族中的一员，也 要顺应当前技术发展的趋势，进行深入研究,以期在

为鄂黄桥货车自燃事故现场,火灾造成了重大的经济 损失，再次提醒应该将桥梁拉索的防火建设提上日

钢绞线材料、锚固技术、现场施工技术及管理、换索施 工技术和防火防腐等方面取得新的突破和发展。程。美国PTI的2012版《斜拉索设计、试验和安装的

建议》2/规定了对斜拉索防火性能要求：在温度

参考文献[1） GB/T 5222-202预应力混凝土钢绞线⑸.北京：中国标准出版社,

202.120 °C的外部火源下，拉索受力筋材料（钢丝或钢绞 线）温升达到300兀时,其耐火时间不得少于33mia,

同时PTI建议指出,30mia仅为最低要求，具体耐火 时间可根据桥梁实际情况制定。[2/ Tomoya MAEKAWA 等.Piechcal Use of Ultra-high Streshh Prestrest-

ing Strand[J]GEI TECHNICAL REVICW, 2007,64:77-77.根据PTI建议要求，提出拉索防火技术措施方 案。考虑大多数火源来自于桥面,比如车辆事故、人为 因素等，若拉索全长均采取防火措施,则显得昂贵而2/冯大斌等•预应力钢绞线硬度与锚具夹片的匹配建议[J.施工技

术，202,39（8）767-169.[4] PTI DC45.1-12 Recommesgatioy for Stay Cante Design,,Testing, and

Installaticn⑸.Post-tedsioying institute（PTC, 6tli Edihoo ,202.（上接第99页）显得简洁轻巧,也改善了空间整体的视觉效果,让建 筑功能更加人性化；（⑶更加绿色环保。无梁空心楼盖的填充箱材料主

过程中得不到专业厂家的指导,可能会造成严重的后 果。文章通过介绍无梁楼盖技术在某大型超市工程中 的应用,给出了设计、施工的具体方法以及各个方面

要是以工业废弃物为原料生产而成，且可再循环利 用,是一种绿色建材，不含石棉、甲醛、苯及其他放射

优缺点理论分析,为今后类似工程提供借鉴。性有害物质。同时，封闭空腔结构也减少了热量的传

参考文献[1） GB50011-2012,建筑抗震设计规范[.中国建筑工业出版社,222.

递,既使隔热、保温性能得到显著提高,也能顺应绿色 建筑趋势要求。J GB50010-2010 ,混凝土结构设计规范⑸.中国建筑工业出版社,

202.6结语随着当今社会对建筑功能性要求的逐步增高,现

2/ JGJ/T207-2012,现浇混凝土空心楼盖技术规程⑸.中国建筑工业

出版社,202.[4/朱炳寅•无梁楼盖结构计算方法的分析与思考[•建筑结构,299.

浇混凝土无梁空心楼盖结构体系作为一种更加“全

J 张会斌，张旳青•现浇空心无梁楼盖工程实例J•建筑技术,2002.[6/傅礼铭.现浇混凝土空心楼盖施工方法[.施工技术,2006.[7]张希宏.现浇混凝土空心楼盖施工技术[.山西建筑,2009.面”的新兴技术,打破传统楼板结构模式,体现出其较 高的社会应用价值。但是，我们也不能忽视这种技术 的缺点,例如其专业性较传统结构更高,如果在施工

2 吕忠慧，王世超•箱形模盒现浇混凝土空心楼板问题分析J•施工

54技术,202.1—