廣州大型懸索橋鑄鋼材質(zhì)索鞍G20Mn5 |
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懸索橋索鞍、索夾設(shè)計、施工、維護 懸索橋因造型美觀、跨越能力大在現(xiàn)代橋梁中得以迅速發(fā)展,特別在大跨徑橋梁中占有***優(yōu)勢。我國的現(xiàn)代懸索橋建設(shè)經(jīng)歷了從技術(shù)引進到自主設(shè)計、制造、施工的快速發(fā)展,當(dāng)之無愧成為世界懸索橋大國,但我們也應(yīng)清醒認識到,離懸索橋強國還有很大距離。 索鞍、索夾造價在懸索橋整橋建設(shè)成本中比例小,作為核心受力構(gòu)件,其質(zhì)量決定了全橋的安全,我們須高度重視,以避免“千里之堤,潰于蟻穴”。 一、結(jié)構(gòu)形式和受力特點: 1. 索鞍 索鞍是為主纜提供支撐并使其線形平順改變方向的構(gòu)件,主要承受主纜的豎向壓力和主纜鋼絲的水平力。 1索鞍按位置分為:主索鞍、轉(zhuǎn)索鞍、散索鞍(套)。其中散索套主要用于跨度較小的懸索橋。 按結(jié)構(gòu)形式分為:肋傳力結(jié)構(gòu)、殼傳力結(jié)構(gòu)。肋傳力結(jié)構(gòu)用于砼基礎(chǔ)支撐,殼傳力結(jié)構(gòu)用于鋼結(jié)構(gòu)支撐。 按成型方式分為:鑄造結(jié)構(gòu)、焊接結(jié)構(gòu)、鑄焊結(jié)構(gòu)。 按位移方式分為:滑動式、滾動式、擺動式、滑轉(zhuǎn)式。 ?2. 索夾 索夾的是緊箍主纜索股并連接主纜與吊索(如有)的構(gòu)件。主要承受吊索的拉力。 按作用分為:有吊索索夾、無吊索索夾。無吊索索夾僅對主纜進行緊固,有吊索索夾既對主纜進行緊固,又通過吊索承受橋面荷載。 按結(jié)構(gòu)形式分為:銷接式、騎跨式。 按成型方式分為:鑄造結(jié)構(gòu)、焊接結(jié)構(gòu)、鑄焊結(jié)構(gòu)。
索鞍、索夾是懸索橋主要受力構(gòu)件,具有“一橋一型”的特點,其結(jié)構(gòu)計算按現(xiàn)行的《懸索橋設(shè)計規(guī)范》(報批稿),采用手工計算和有限元分析相結(jié)合,以空間有限元分析結(jié)果為判定依據(jù)。 1. 索鞍 通過全橋計算得到主纜的拉力,將主纜拉力換算成對鞍槽底面的豎向力和鞍槽側(cè)面的水平力。 手工計算用豎向力計算肋傳力索鞍中肋的應(yīng)力,用水平力計算鞍槽側(cè)面的彎矩,再與索鞍材料的容許應(yīng)力進行對比。 有限元空間分析將豎向力和水平力輸入索鞍模型,計算綜合應(yīng)力。 ?2. 索夾 索夾設(shè)計重點是強度和抗滑安全系數(shù),索夾與主纜摩擦力必須大于吊索拉力產(chǎn)生的下滑力。取吊索與主纜夾角***大處的索夾進行計算,用全橋計算得到的吊索拉力、索夾夾角求得下滑力,下滑力除摩阻系數(shù)得到***小夾緊力。 手工計算用夾緊力計算螺栓應(yīng)力、索夾環(huán)向拉應(yīng)力、彎曲應(yīng)力。 有限元空間分析將夾緊力輸入索夾模型,計算綜合應(yīng)力。 以上分析,不管是手工計算還是有限元空間計算,均存在不足:無法準(zhǔn)確計算因材料自身缺陷及焊接、鍛造等加工缺陷造成的材料非線性和許用應(yīng)力折減。也未考慮主纜鋼絲間,及鋼絲與索鞍、索夾為線接觸造成的應(yīng)力變化。 基于計算模型不準(zhǔn)確和缺陷折減不確定,給索鞍索夾的精確設(shè)計算帶來了困難。
?1.鑄 鋼 索鞍鞍槽、索夾結(jié)構(gòu)復(fù)雜,一般采用鑄造成型,但是我們國家鑄造材料多保證常溫(20℃)力學(xué)性能,這就給低溫、寒冷地區(qū)索鞍、索夾的材料選擇帶來了困難。 解決這一問題的主要辦法有: (1) 研發(fā)耐低溫鑄造材料及其鑄造技術(shù); (2) 采用耐低溫鋼板焊接成型; 由于耐低溫鑄造材料的研發(fā)周期長,同時耐低溫鋼板材料技術(shù)成熟,因此采用耐低溫鋼板材料焊接成型是近一段時間內(nèi)解決寒冷地區(qū)索鞍、索夾材料選擇的有效手段。 由于普通中高碳碳素鑄鋼,加熱后在空氣中有自淬硬趨勢,在后續(xù)的缺陷修補、外觀精整工序都需要火焰加熱,很容易出現(xiàn)延遲裂紋而影響其安全,應(yīng)該引起重視。如結(jié)構(gòu)需要高的強度,宜采用增加截面尺寸保證強度,或采用中低碳鋼、合金鋼進行調(diào)質(zhì)處理以增加材料的容許應(yīng)力。 2.鋼 板 索鞍產(chǎn)品鋼板使用量相對較小,鋼板的規(guī)格、型號應(yīng)適當(dāng)合并,以便于組織生產(chǎn),降低成本。 隨著材料技術(shù)的進步,橋梁結(jié)構(gòu)鋼較鍋爐鋼具有更寬的低溫性能,完全滿足懸索橋在各種環(huán)境條件的要求,且焊接性能優(yōu)異,宜統(tǒng)一選用橋梁結(jié)構(gòu)鋼。
1.索 鞍 索鞍重量、外形尺寸應(yīng)綜合考慮運輸和安裝成本,運輸、吊裝重量宜控制50噸以內(nèi),否則應(yīng)進行分塊。 索鞍鑄件越大,鋼水流動距離越長,越容易出現(xiàn)欠鑄、疏松等缺陷,質(zhì)量保證難度越大,鑄造單位的可選范圍大大縮小,為控制質(zhì)量、降低成本,單個鑄件重量宜控制在30噸以內(nèi),否則應(yīng)采用鑄焊結(jié)構(gòu)。 鑄造時應(yīng)保證鋼水充型順利,盡量減少結(jié)構(gòu)壁厚差異以達到順序 凝固,索鞍鑄件主肋厚度不應(yīng)小于鞍體外形尺寸的7%,加勁肋厚度不應(yīng)小于主肋厚度的50%。
索夾分半常采用左右半或上下半,由于主纜鋼絲直徑的偏差和主纜孔隙率偏差,索夾內(nèi)孔直徑大于300mm的銷接式,應(yīng)選用上下半結(jié)構(gòu)以保證橋位順利安裝。 索夾圓弧部位壁厚薄,為保證鑄造時鋼水充填順利,其長度尺寸應(yīng)小于壁厚的50倍,否則應(yīng)分段。 利用緊固時圓弧部位變形,增加索夾與主纜的接觸,提高其抗滑安全系數(shù),這是國際上近幾年的先進技術(shù),其具體方法是采用低合金鑄鋼調(diào)質(zhì)提高材料強度,在同等荷載下,材料強度增加了,就可適當(dāng)降低索夾壁厚,達到增加索夾的彈性的目的。 ?五、鑄 造: 國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,采用同爐鋼水澆注的試樣代表鑄件性能。這種檢測方法不嚴謹,因為試樣截面尺寸為30mm遠 |
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