南京长江第二大桥斜拉索制作及检测

一、概况
南京长江第二大桥位于长江在南京河段的八卦洲汊道处。其中南汊主航道桥为双塔双索面钢箱梁斜拉索桥，主跨628m，每一索面由20对斜拉索组成，全桥共80对，主塔处拉索从左至右的编号为 A20～A1和 J1～J20。最大索长 333.494m，最小索长 99.219m。全桥斜拉索有五种规格，分别为 SNS／S-7 X 139， 163， 199，241，265，一端为张拉端，另一端为固定端。全桥共用钢丝约2244t。

二、斜拉索主要技本要求
1.主要原材料
（l）原材料
a.高强度钢丝
钢丝强度等级为1670MPa，低松驰，镀锌后钢丝直径为7mm。具体技术要求见表1。


b．锚具
每套冷铸锚具由锚杯、螺母、锚板、连接筒、挡圈、0型圈、透盖等几部分组成。锚杯及螺母所用锻件材质应符合YB/T036.7-92中 35CrMo牌号的有关规定。其他各部件的材料符合相应国家或部颁标准。锻件须进行超声波探伤检验，评定质量按 GB/T4162-91中 A级要求执行；表面进行磁粉探伤，其应符合JB3965中201条与202条中Ⅱ级的要求。同一规格锚具的相同部件应具有互换性。锚具表面镀锌处理，镀锌厚度为10～40μm进行镀锌处理，镀锌后须脱氢处理。
c.高密度聚乙烯
南京二桥斜拉索为双护层型，内层为黑色高密度聚乙烯，外层为白色高密度聚乙烯。具体技术要求见表2、表3。

2.成品拉索主要技术要求
斜拉索应符合《斜拉索热挤聚乙烯拉索技术条件》（JT／T6-94）及以下要求：
（l）成品索的抗拉弹性模量应不小于1.9*105MPa；
（2）斜拉索的长度误差应符合：ΔL＜0.0002L；
（3）斜拉索成品表面不应有深lmm的刻痕，不应有面积大于300mm2的损伤；
（4）应对每根斜拉索进行预拉以消除其非弹性延伸值和斜拉索受力后延伸不一致的影响。预拉时所施预拉力取设计恒载索力的 1.3～ 1.5倍，施力持续时间 10～ 15min。在预拉斜拉索时应测定其在设计恒载时的弹性延伸值并与计算值进行校核；
（5）每根斜拉索还需进行长度复测。可在预拉卸载至20％时，测量索长，再换算为设计条件下的索长。长度误差应符合要求；
（6）批量生产前应取3根试件进行静载破断试验，试件长度（不包括锚固长度）不短于3m，规格为 SNS/S- 7 X 139， 199，265各一根。破断荷载应不小于组成斜拉索的钢丝标称破断荷载的95％，其静载破断延伸率应不小于2％。

三、正式生产前的准备
（1）在前些年，我公司与同济大学就着手开发斜拉索风振雨振大科研项目，取得了一定的科研成果。此次，我公司又委托同济大学就南京二桥斜拉索做了风（雨）振动分析及控制方案，即采用液压阻尼器来减少斜拉索的振幅以达到减少和阻止斜拉索大幅度振动的目的，现已被南京二桥指挥部及设计所采纳。
（2）根据设计对斜拉索外层PE的新要求，对原拉索的外径进行了调整（表4）。

3.原设计斜拉索梁端钱具为叉耳销轴式，后改为锚杯螺母式。同时，由于拉索外径的调整，及设计未考虑连接筒外径须精加工，冷铸锚具连接筒外径也作相应调整（表5）。

4.工艺上的准备
（1）由于拉索外径为非常规尺寸，原有的挤塑模心模套已不适用。为此，我们根据拉索的外径。每层PE的厚度，重新设计模心模套，力求选取最合适的PE拉伸比。
（2）南京二桥最长的斜拉索为 335.743m，超出了我公司常规的拉索张拉长度，故在超张拉工序上须改变方式。我们在张拉生产线的北端撤除了一根工具索，将成品拉索直接与张拉横梁相连，改进张拉传感器的固连方式。

四、斜拉索的制作
1.锚具的加工制作
（1） 锚具的加工工艺流程

（2）锚杯锻件的热处理工艺曲线图（图1）

（3）螺母锻件的热处理工艺曲线图（图2）
2.斜拉索的制作
（1）斜拉索工艺流程图（图3）

（2）根据索长及工况进行配长下料。将下料后的钢丝置于储线架上，由牵引机牵引，经
绞线机同向左捻3°士0．5°。扭绞角可按最外层钢丝的扭绞节距测定，按下式计算：
α=arctan[π(d-φ)/l]
式中α--钢丝束扭绞角（°）；
φ--单根钢丝直径（mm）；
d--钢丝束最大外接圆直径（mm）；
l－－最外层钢丝扭绞节距（mm）。
（3）用高强度复合带绕包经扭绞后的钢丝束，绕包单层重叠宽度应不小于带宽的1/3。绕包层数视规格而定。
（4）将绕包后的钢丝束通过牵引进入挤塑机双机头，裹以热挤高密度聚乙烯。在挤塑前调整编心，使护层厚度偏差控制在（+1.0，-0.5）mm。为达到较理想的护层PE性能，在挤塑后使索体通过-段热水槽后再进人冷却水槽。
（5）制锚。将钢丝穿入锚板就位，在钢丝端都进行液压冷域，钢丝域头后将撤头压齐，住人冷铸料，固化。其锚固机理为：在钢丝端部设置一块锚板，使钢丝端部墩粗，锚杯内灌注特制的环氧混合料，即冷铸料，在环氧混合料中有一定配比的铸钢丸，拉索受拉时，铸钢丸在混合料中形成承受荷载的构架，使锚板丝板产生一定位移，形成楔形原理，铸钢丸受到锚杯内壁的挤压，对锚杯中钢丝形成啮合，使钢丝获得锚固。我们通过大量的试验和计算，表明环氧混合料的承受压力在100MPa左右就能达到锚固的要求。
（6）密封处理。密封料+密封圈+热收缩套管。
（7）为确保锚具质量，达到真正的锚固效果，在制锚完成后，对每根拉索进行超张拉试验。在超张拉前后用深度游标卡尺测锚板三点标记的深度，前后差的平均值作为该锚具锚板的回缩直；回缩值应不大于5mm。
（8）在超张拉卸载至仅剩20％时，用精度为1／5000的50m钢卷尺，在钢尺的两端施加
50N的力，测量拉索长度，再换算为设计条件下的索长，长度偏差应ΔL应符合以下规定：
索长L≤100m，ΔL≤20mm；
索长 L＞ 100m，ΔL≤0.0002L。
（9）索体包装。尼龙纸+白布+防水彩条编织布。拉索以成盘形式包装，拉索两端锚具用塑料袋包装后，再用防水彩条编织布包裹。每根拉索均挂有合格证，上面注明：制造厂家工程名称、生产日期、编号、规格、长度和重量，合格证标牌应牢固地系于包装层的两端锚具处。

五、斜拉索的检测
1.原材料的检测
（1）钢丝的进货检验
高强度镀锌钢丝是斜拉索最主要的原材料之一，其质量相当关键。为此，在钢丝供货厂家检验的基础上，我公司在每批次中抽取5％进行进货检验来保证质量，检验项目有：钢丝直径、抗拉强度、屈服强度、延伸率、弹性模量、反复弯曲、锌层重量、硫酸铜试验、锌层附着性等。经过几个批次的检验，结果表明，用于南京二桥大钢丝完全满足设计要求，主要技术指标的统计结果如下：


（2）锚具的检验
锚具的检验主要包括外形尺寸、化学成分、机械性能、探伤、表面质量的检验。外形尺寸主要是锚具的螺纹检验，因锚具的传力部位是梯形螺纹部分，故对其要求也特别高。外螺纹的公差带为7e，内螺纹的公差带为7H，其既要保证强度，又要保证装配容易。为保证螺纹的精度要求，我们对每种规格的螺纹配以止通规，每副止通规我们请上海紧固件研究所进行检测标定。
对锚具而言强度要求是一关键指标，在计算强度保证的前提下，化学成分及机械性能指标控制尤为关键。因此，我们对锚杯、螺母锻件按批次进行小样的机械性能测试及化学成分检验，确保锚杯、螺母的材质达到设计要求的机械性能指标。同时，为改善材质的机械性能，在粗加工后须进行对锚杯和螺母进行调质热处理，而热处理结果的最终控制手段是通过工件表面的硬度测试，锚杯调质硬度严格控制在HB230－270范围内，螺母调质硬度严格控制在HB210-250范围内，南京二桥锚具硬度测试的结果完全符合设计要求。硬度测试的具体方法为：每一工件测试三点，测试部位见图4所示。

对锚具的磁粉探伤和超声波探伤我们请上海材料研究所进行100％检测，先在锚具初加工调质热处理后进行超声波探伤，再在精加工后对锚具表面进行磁粉探伤，若发现不合格马上给予剔除，对合格品上海材料研究所出具检测报告，保证用于南京二桥的锚具100％合格。南京二桥的锚具表面为电镀锌处理，为消除氢脆现象，我们对每套锚具进行脱氢处理，并通过应力环试验检测其氢脆性。
2.拉索的检侧
由于拉索的特殊性，一旦发现不合格项，整根拉索报废。为此，每一道工序的初检复检须相当认真仔细。南京二桥成品拉索的检测项如表6所示。

另外，为防范钢丝、拉索护层在运输、施工过程受损，在生产过程中，改进钢丝的吊装方式，废除原有的铁勾，改为软吊装；在拉索正式出厂前，我们对每根拉索撤除原有的外包装，进行表面护层的最终检测，合格后重新包装。另外，在钢盘的硬接融部位，衬以较质物，防止由于碰撞使PE护层受损。

六、斜拉索的试验
为保证拉索制作质量及验证制索工艺的可行性，在正式生产或生产过程前须对3根试件进行治载砍断试验，每根试件净长为3900mm。试验结果完全达到设计要求，具体见表7。


七、结束语
通过我公司对南京二桥拉索制作项目的精心组织、精心施工、精心管理、精心安排，斜拉索质量完全达到设计要求。同时，通过南京长江第二大桥斜拉索的制作生产，使我公司斜拉索生产工艺更加合理、完善，在质量上更胜一筹。在今后，我公司将以南京二桥精品工程的制作经验运用于每一个工程项目，为我国桥梁事业的发展做出更大贡献。
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