吊索用钢丝绳结构设计

吊索用钢丝绳结构设计

　第35卷　　第5期　Vol135　　No15金　属　制　品MetalProducts2009年10月October2009

doi:10.3969/j.issn.1003-4226.2009.05.003

吊索用钢丝绳结构设计

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3

夏　楠,　杨红英,　徐　伟,　张宗前

2

(1.贵州钢绳股份有限公司,　贵州　遵义　563000;　2.贵州钢绳(集团)有限责任公司,　贵州　遵义　563000)

摘　要　吊索用钢丝绳在确保钢丝绳常规指标及特高破断拉力的情况下,必须通过JT/T449—2001《公路悬索桥

6

吊索》对疲劳性能的要求,要求在疲劳试验脉冲次数为2×10的情况下,断丝率≤5%。原钢丝绳设计方案存在股

间距偏小,内外层股绳的捻距、捻角未控制到最佳等问题,从而导致钢丝绳的断丝率超标。新方案在保持钢丝绳直径、外股结构不变的情况下,采取改变钢丝绳金属芯的结构,增加填充股;金属芯直径加大1.1%,钢丝绳股间距增加2.7%,以消除股间的压痕;增加填塑工艺;改进钢丝绳生产工艺等一系列措施,生产出满足耐疲劳、特高破断拉力要求的吊索用钢丝绳。

关键词　吊索用钢丝绳;结构设计;特高破断拉力;耐疲劳性;弹性模量中图分类号　TG356.4+5

StructuredesignofwireforXIANan,YANGnge,GZong2qian

(1.mpany,Zunyi563000,China;

1

2

GroupCo.,Ltd.,Zunyi563000,China)

Abstract　WireropeforslingmustpasstestonfatiguepropertyofJT/T449—2001slingforroadsuspensionbridgeunderassuringwireropenormalindexandsuper2highbreakingtensileforce.Fatiguetestwirebrokenratioisnomorethan5%whenfatiguetestpulsetimeis2×10.Thedesignschemeofformerwireropehasthefollowingproblemssuchasstrandspaceisshort,laypitchandlayangleofinnerlayerandouterlayerstrandandropearenotcontrolledtheoptimum,whichcauseswireropebrokenratiohigherthannormal.Thenewschemeadoptsaseriesofmeasuressuchaschangingthestruc2tureofwireropemetalcore,addingfillingstrand,metalcorediameteradding1.1%,steelwireropestrandspaceadding2.7%toeliminateindentationofstrands,toaddpolymerfillingprocess,toimprovewireropeproductionprocessundertheconditionofkeepwireropediameter,outerstructureunchangeable.Wireropeforslingsatisfyingtherequirementsoffa2tigueresistance,super2highbreakingtensileforceisproduced.

Keywords　wireropeforsling;structuredesign;super2highbreakingtensileforce;fatigueresistance;elasticmodulus

6

吊索用钢丝绳不仅要满足大桥设计单位对钢丝绳结构、最小破断拉力、直径公差等的要求,而

[5]

且还要达到JT/T449—2001《公路悬索桥吊索》对疲劳性能的要求。2006年6月贵州钢绳股份有限公司(简称贵绳)承接了浙江舟山连岛工程西堠门大桥吊索用钢丝绳的研制任务。1　吊索用钢丝绳技术条件

[1-4]

劳试验脉冲次数为2×10的情况下,断丝率≤5%。2　吊索钢丝绳强度及结构设计2.1　改进前2.1.1　结构设计

6

西堠门大桥吊索用钢丝绳技术条件见表1,JT/T449—2001《公路悬索桥吊索》对疲劳性能的要求:在疲

根据上述技术条件及要求设计了吊索钢丝绳的

结构,如图1～图3所示。2.1.2　吊索钢丝绳破断拉力及强度的控制

(1)由钢丝绳破断拉力的要求,测算出钢丝绳理论上的平均强度: 60mm为1927MPa, 80mm

3国家科技支撑计划项目,编号2008BAG07B03。

吊索用钢丝绳结构设计

　第5期夏　楠,等:吊索用钢丝绳结构设计表1　吊索用钢丝绳技术条件

Table1　Technicalconditionsofwireropeforsling

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公称直径/mm

608088

结构

8×41WS+IWR8×41WS+IWR8×55SWS+IWR

强度级别

/MPa177018701960

最小破断拉力/kN

240046005884

捻距倍数≥8.0≥8.0≥8.0

直径公差/%

0～60～60～6

锌层质量

A类A类A类

弹性模量/

MPa

5

≥1.15×105≥1.15×105≥1.15×10

残余伸长/%≤0.15≤0.15≤0.

15

88mm钢丝绳最小破断拉力5902kN,均达到西堠

门大桥吊索用钢丝绳技术条件的要求。2.1.3　疲劳试验检测

2006年12月—2007年01月,试制钢丝绳在工

程兵研一所疲劳试验检测,结果见表2,试验后检查锚具无异常。

表2　改进前疲劳试验结果

Table2　Fatiguetestsultbeforeimprovement

2#1# 80-2# 88-1# 88-2#技术要求单项判定

/次

11.27×101.20×101.28×101.28×10

55555

断丝率/%

7.7>5.013.5

2×102×102×10

6666

1.04×102×102×

10

66

>5.0>5.0

5≥1.10×10≤5.0不合格

合格

由表2得出:(1)疲劳试验前钢丝绳常规指标

及弹性模量达到西堠门大桥吊索用钢丝绳技术条件

6

的要求;(2)在疲劳试验脉冲次数为2×10次时,所有试验钢丝绳的断丝率都超标,未达到JT/T449—2001《公路悬索桥吊索》疲劳性能的要求。2.1.4　试制钢丝绳的断丝分析

图4为试制钢丝绳拆股后的钢丝横截面和表面

为2077MPa, 88mm为2196MPa。(2)根据贵绳

钢丝、钢丝绳生产情况及国家标准对钢丝绳强度级别规定,设计吊索用钢丝绳的公称强度级别: 60mm为1960MPa, 80mm为2060MPa, 88mm为

(3)设计了内层金属芯与外股绳8倍捻2160MPa。

距相匹配的捻距、捻角。(4)控制内、外层股间距。

根据以上设计要求生产出的 60,80,88mm钢丝绳锌层质量、钢丝拆股试验按GB/T20067—

[6]

2006判定合格; 60mm钢丝绳最小破断拉力2446kN, 80mm钢丝绳最小破断拉力4621kN,

图4　断丝截面及表面裂纹图

Fig.4　Cross2sectionimageofbrokenwireand

fracturesurfaceimage

状态。从图4看出:在拉伸和压缩循环应力影响下

的钢丝疲劳裂纹源开始于钢丝之间的接触点。裂纹

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金　　属　　制　　品第35卷

产生的原因:(1)为保证钢丝绳的最小破断拉力,设

计时提高了制绳钢丝的强度,但同时也降低了钢丝绳的抗疲劳性能;(2)在设计中,股间距偏小,内外层股绳的捻距、捻角未控制到最佳,增加了钢丝的接触应力并导致应力集中。2.2　改进后2.2.1　结构设计

(1)保持钢丝绳直径、外股结构不变,改变钢丝绳金属芯的结构: 80mm钢丝绳金属芯中心股由丝变为股;在 80mm, 88mm钢丝绳金属芯外股间填充6根小股,使 80mm钢丝绳金属截面面积增加1.85%, 88mm钢丝绳金属截面面积增加1.66%。

(2)金属芯芯径加大1.1%,钢丝绳股间距增加2.7%,以消除股间的压痕。

(3) 80mm钢丝绳金属芯, 88mm

钢丝绳金

小破断拉力为6017kN。2007年03—05月在工程兵研一所进行疲劳试验,检测结果见表3,疲劳试验后,检查锚具均无异常。

表3　改进后疲劳试验结果

Table3　Fatiguetestresultafterimprovement

检测项目 60-1# 60-2# 80-1# 80-2# 88-3# 88-4#技术要求单项判定

脉冲次数/次

2×102×102×102×102×102×102×10

6666666

断丝率/%无断丝无断丝

断丝4根,断丝率0.5%断丝6根,断丝率0.8%

<5.0<5.0

≤5.0合格

6

属芯内、外增加填塑工艺,如图5、图6所示。

32×10次

时,符合JT/T449—2001》对疲劳性能的要求。3　结语

吊索用钢丝绳的结构设计、捻制工艺与生产过程控制对吊索钢丝绳耐疲劳性能有至关重要的影响,针对这些因素采取对应措施,能提高吊索用钢丝绳的疲劳性能。

参考文献

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属制品,2009,35(2):15-17.

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制[J].金属制品,2006,32(2):3-6.

[5]　中交公路规划设计院,上海浦江缆索有限公司.JT/T

449—2001公路悬索桥吊索[S].北京:人民交通出版

(4)改进吊索钢丝绳用钢丝的热处理、拉拔工

艺和钢丝绳捻制工艺。原料使用宝钢、首钢线材,由贵绳技术中心牵头,制定吊索钢丝绳制丝、制绳生产

作业指导书来指导生产。2.2.2　疲劳试验检测

社,2001.

[6]　贵州钢绳股份有限公司.GB/T20067—2006粗直径钢

丝绳[S].北京:中国标准出版社,2006.

(收稿日期:2009-08-11)

作者简介

夏　楠　1962年生,贵州钢绳股份有限公司工程师。杨红英　1966年生,贵州钢绳股份有限公司工程师。徐　伟　1962年生,工程师,贵州钢绳股份有限公司副总经理。张宗前　1966年生,工程师,贵州钢绳(集团)有限责任公司

四厂厂长。

改进工艺及结构后,生产的钢丝绳常规项目在浙江省标准件质量检验中心检验,按GB/T20067—2006判定合格,并且符合西堠门大桥吊索用钢丝绳技术条件的要求。其中 60mm钢丝绳最小破断拉力检验5次,平均为2650.8kN; 88mm钢丝绳最

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