平行钢丝束缆索.pdf

公开了一种平行钢丝束缆索，其包括缆索本体和连接在缆索本体端部上的锚接器，所述缆索本体包括钢丝束和用于保护钢丝束的护套。所述锚接器包括：锚固体；插装在锚固体中的连接部，所述缆索本体插入所述连接部的内部空间中，钢丝束的末端从护套伸出并且固定在所述锚固体中。所述连接部的内部空间中安置着一个由叠加在钢板之间的弹性材料密封圈构成的填塞式密封部以及一个抵靠着填塞式密封部的偏转导向装置，通过锁紧偏转导向装置，填塞式密封部被挤压，从而在连接部与缆索本体之间形成水密性的密封。

1.  一种平行钢丝束缆索，其包括缆索本体和连接在缆索本体端部上的锚接器，所述缆索本体包括钢丝束和用于保护钢丝束的护套，所述锚接器包括：锚固体；插装在锚固体中的连接部，所述缆索本体插入所述连接部的内部空间中，钢丝束的末端从护套伸出并且固定在所述锚固体中；
其特征在于，所述连接部的内部空间中安置着一个由叠加在钢板之间的弹性材料密封圈构成的填塞式密封部以及一个抵靠着填塞式密封部的偏转导向装置，通过锁紧偏转导向装置，填塞式密封部被挤压，从而在连接部与缆索本体之间形成水密性的密封。

2.  如权利要求1所述的平行钢丝束缆索，其特征在于，所述缆索的钢丝之间的空隙被充填保护性蜡质填料，以防止或减小钢丝之间的摩擦并且防止钢丝腐蚀。

3.  如权利要求1所述的平行钢丝束缆索，其特征在于，在所述锚固体和所述连接部中通过环氧基载体材料冷铸而形成一个包围着从护套伸出的钢丝束末端的座式固定部。

4.  如权利要求1所述的平行钢丝束缆索，其特征在于，所述偏转导向装置包括一个钢性的支架和一个镶嵌在支架中的由聚氨基甲酸酯模制成型的导向体，导向体接触缆索本体并允许缆索本体在导向体中偏转。

5.  如权利要求1所述的平行钢丝束缆索，其特征在于，所述缆索本体还包括在所述护套内部缠绕在钢丝束上的纤维带料。

6.  如权利要求5所述的平行钢丝束缆索，其特征在于，所述护套由黑色高密度聚氯乙烯构成，并且所述缆索本体还包括位于所述护套外侧的蒙皮，所述蒙皮由白色高密度聚氯乙烯构成。

7.  如权利要求6所述的平行钢丝束缆索，其特征在于，并且所述缆索本体还包括位于所述蒙皮外侧的多个螺旋肋。

8.  如权利要求6所述的平行钢丝束缆索，其特征在于，所述护套和所述蒙皮在同一工序中通过共挤出工艺形成。

9.  如权利要求2所述的平行钢丝束缆索，其特征在于，所述保护性蜡质填料是微晶石油蜡。

10.  如权利要求1所述的平行钢丝束缆索，其特征在于，所述缆索的钢丝的末端具有钮结部，所述钮结部通过一个钢丝固定板固定在锚固体中，所述钮结部被蜡质填料密封。

平行钢丝束缆索
技术领域
本发明涉及一种用于缆索吊拉桥中的改进的平行钢丝束(PWS)缆索。
背景技术
传统的用于缆索吊拉桥中的PWS(Parallel Wire Strand，即平行钢绞线或平行钢丝束)缆索由一束直径为7mm的钢丝制成，钢丝束被纤维胶带缠绕，并且被罩在一个挤出形成在钢丝束上的HDPE外壳(护套)中。
最初的缆索中没有配备空隙填料。这种缆索结构是易受到侵蚀的，因为缆索外壳的任何裂口将导致侵害性成分进入缆索并且弥漫到整个横截面中。产生这种裂口的原因可能包括，未被觉察到的制造缺陷，在锚固装置过渡区和/或防振装置连接部的疲劳或弯曲损坏，外壳的UV降解等。
此外，根据国际上关于缆索吊拉(斜拉)桥方面的最新成果，需要充填钢丝束内部的空隙，以防止缆索中有任何湿气循环，以保证60年的设计寿命。为了与缆索的其它功能具有相容性，用于防止腐蚀的空隙填料应当是连续、软质的厌水材料。因此，既不能采用水泥灌浆，也不能采用环氧树脂。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中存在的问题，并且本发明的目的是提供一种改进的PWS缆索，以提高缆索的安全性，并且同时确保缆索吊拉锚固装置的所有功能。
根据本发明，提供了一种平行钢丝束缆索，其包括缆索本体和连接在缆索本体端部上的锚接器，所述缆索本体包括钢丝束和用于保护钢丝束的护套，所述锚接器包括：锚固体；插装在锚固体中的连接部，所述缆索本体插入所述连接部的内部空间中，钢丝束的末端从护套伸出并且固定在所述锚固体中；其特征在于，所述连接部的内部空间中安置着一个由叠加在钢板之间的弹性材料密封圈构成的填塞式密封部以及一个抵靠着填塞式密封部的偏转导向装置，通过锁紧偏转导向装置，填塞式密封部被挤压，从而在连接部与缆索本体之间形成水密性的密封。
在一个优选实施例中，所述缆索的钢丝之间的空隙被充填保护性蜡质填料，以防止或减小钢丝之间的摩擦并且防止钢丝腐蚀。
在另一个优选实施例中，在所述锚固体和所述连接部中通过环氧基载体材料冷铸而形成一个包围着从护套伸出的钢丝束末端的座式固定部。
在另一个优选实施例中，所述偏转导向装置包括一个钢性的支架和一个镶嵌在支架中的由聚氨基甲酸酯模制成型的导向体，导向体接触缆索本体并允许缆索本体在导向体中偏转。
在另一个优选实施例中，所述缆索本体还包括在所述护套内部缠绕在钢丝束上的纤维带料。
在另一个优选实施例中，所述护套由黑色高密度聚氯乙烯构成，并且所述缆索本体还包括位于所述护套外侧的蒙皮，所述蒙皮由白色高密度聚氯乙烯构成。
在另一个优选实施例中，并且所述缆索本体还包括位于所述蒙皮外侧的多个螺旋肋。
在另一个优选实施例中，所述护套和所述蒙皮在同一工序中通过共挤出工艺形成。
在另一个优选实施例中，所述保护性蜡质填料是微晶石油蜡。
在另一个优选实施例中，所述缆索的钢丝的末端具有钮结部，所述钮结部通过一个钢丝固定板固定在锚固体中，所述钮结部被蜡质填料密封。
附图说明
图1是本发明的PWS缆索的锚接器的剖视图。
图2是沿图1中的线A-A所作的放大剖视图。
具体实施方式
下面参照附图详细描述本发明。
如图1所示，本发明的PWS缆索包括缆索本体100和连接在缆索本体端部上的锚接器。
缆索本体100的具体结构如图2所示。可以看到，缆索本体100包括：钢丝束，其由一束平行的7mm直径的钢丝例如镀锌钢丝组成；纤维带料25，其缠绕在钢丝束外侧；保护性蜡质填料23，其在纤维带料之内充填在钢丝之间的空间(空隙)中，用于防止或减小钢丝之间的摩擦并且防止钢丝被腐蚀，所述保护性蜡质填料优选为微晶石油蜡；护套21，其形成在纤维带料25的外侧，并且优选由黑色HDPE(高密度聚氯乙烯)挤出形成，从而具有耐用性；蒙皮22，其形成在黑色HDPE护套21外侧，并且优选由白色HDPE挤出形成，从而具有抗紫外线性能和耐用性。
在图1所示的实施例中，钢丝束整体上具有大致正六边形横截面。然而，所述横截面的形状并不局限于此，而是还可以采用圆形、其它正多边形等。
优选地，护套21和蒙皮22在同一工序中通过共挤出工艺形成。
这里，应当指出，保护性蜡质填料23是在几乎最后的步骤中形成的，这一点将在后文中描述。
优选地，在蒙皮22的外表面上一体地形成多个(例如两个)螺旋肋24。螺旋肋24以螺旋的形式盘绕形成在蒙皮22上，用于防止因下雨和刮风等环境因素而引起缆索振动，并且降低缆索在空气中的阻滞力。所述螺旋肋也可以在前述共挤出步骤中同时形成。
如图1所示，在完整的缆索中，缆索本体100的端部装配在锚接器中，构成钢丝束的钢丝从纤维带料25、护套21和蒙皮22中延伸出来，并且通过设在每个钢丝末端的钮结部13而固定在锚接器中。
下面详细介绍设在缆索本体100端部的锚接器。
首先，锚接器包括一个锚固体2，其被构造为具有外螺纹和内部中空部的大致圆柱体，所述中空部如图1所示沿轴向具有位于两端的圆柱形空腔和位于中间的圆锥形空腔，所述圆锥形空腔的直径由远侧(背对缆索本体100地一侧)的大端向着近侧(面向缆索本体100的一侧)的小端减小。远侧圆柱形空间的直径大于圆锥形空腔的大端直径，近侧圆柱形空间的直径大于圆锥形空腔的小端直径，从而分别在这两个圆柱形空间中形成台肩部分。所述近侧圆柱形空间的内壁上设有内螺纹。
一个调节螺母1啮合在锚固体2的外螺纹上，用于将锚固体2固定在桥面或缆索吊塔上设置的相应连接筒上。具体而言，为了锚接缆索，可将调节螺母1先从锚固体2上拧下。然后，将锚固体2从连接筒的一侧插入连接筒中，使锚固体2的远端从连接筒的另一侧露出。最后，再将调节螺母1拧紧在锚固体2的露出的远端上。通过调节螺母1，可以将锚固体2乃至整个缆索连接在连接筒上，并且可以调节缆索的张紧度。
一个端盖15紧固在锚固体2的远端，并且端盖15的一个突出部伸入到锚固体2的远侧圆柱形空间的远侧部分中，从而封闭锚固体2的远端。
一个钢丝固定板12设在锚固体2的远侧圆柱形空间中，并且抵靠着远侧圆柱形空间的台肩部分。钢丝固定板12沿其厚度方向形成有通孔，通孔的数量等于缆索的钢丝束中的钢丝的数量。钢丝的末端穿过这些通孔，并且通过钮结部13而固定在钢丝固定板12上。
一个大致圆柱形的连接部3插装在锚固体2的近侧圆柱形空间中。连接部3具有与锚固体2的内部中空部轴向相通的内部空间，所述内部空间包括远侧圆柱形小径部分和近侧圆柱形大径部分，这两个部分在内部空间中形成了一个台肩。小径部分的直径与所述圆锥形空腔的小端直径大致相等，并且略大于缆索本体100的直径。缆索本体100从连接部3内穿过，其中纤维带料25、护套21和蒙皮22的末端位于小径部分内。露出的钢丝部分在小径部分中大致平行地延伸，并且在所述圆锥形空腔中随从于圆锥的形状而向着远侧扩散开。连接部3具有一个从其外圆周表面通向小径部分的注蜡孔5。注蜡孔5靠近纤维带料25、护套21和蒙皮22的末端。在如后文所述通过注蜡孔5充填了蜡质填料后，可以用螺钉等堵塞住注蜡孔5。
为了实现连接部3与锚固体2之间的连接，连接部3的插入部分设有外螺纹，以便与锚固体2的近侧圆柱形空间中的内螺纹啮合。当然，其它本领域中公知的连接方式也是可行的。为了提高连接部3在锚固体2中的插入部分与锚固体2的近端之间的密封性，可在连接部3的插入部分的端面与锚固体2的近侧圆柱形空间的台肩之间安置密封环，例如腈橡胶环。此外，可以在螺纹啮合之前，在连接部3的插入部分的外螺纹和锚固体2的近侧圆柱形空间中的内螺纹上涂覆密封胶。
一个填塞式密封部安置在所述大径部分中，并且推抵在连接部3的内部空间中的台肩上。填塞式密封部包括多个具有中心孔的钢板10以及夹在钢板之间的相应弹性材料密封圈9，尤其是橡胶密封圈，例如氯丁橡胶密封圈。钢板10的中心孔的内径略大于缆索本体100的直径，以使得钢板10可被套装在缆索本体100上。密封圈9的中心孔的内径略小于缆索本体100的直径，以使得密封圈9能够以密封的方式套装在缆索本体100上。利用钢板挤压密封圈，可以将连接部3与缆索本体100之间水密性地密封。在图1中的实施例中，包含三个钢板和位于它们之间的两个密封圈。作为一种改型，可以采用位于两端的两个钢板和位于二者之间的三个密封圈。
一个偏转导向装置抵靠着密封圈9安装在所述大径部分中。偏转导向装置包括一个由PU(聚氨基甲酸酯)模制成型的导向体6以及一个钢性的支架，导向体6被镶嵌成型在支架中，如图1中所示，以便于将导向体6在所述大径部分中的安装和定位。导向体6在横截面中呈喇叭形。具体而言，如图1所示，导向体6具有被缆索本体100穿过的内孔。所述内孔的直径从靠近填塞式密封部的一侧(基端)向远离近填塞式密封部的一侧(末端)以弯曲的形式逐渐加大。优选地，在图1所示的横截面中，所述内孔的弯曲内表面的曲率半径大于10000mm。为了便于偏转导向装置的装入，在连接部3中设有从所述大径部分通向外圆周表面的放气孔8。放气孔8位于导向体6的末端附近。导向体6同时还起到阻尼元件的作用，以减小缆索本体100的振动。
一个锁紧装置将偏转导向装置锁定在所述大径部分中，并同时通过偏转导向装置的钢制支架挤压填塞式密封部中的弹性材料密封圈9。如图1所示，锁紧装置包括轴向挤压导向体6并且推抵在钢制支架的末端上的挡圈16和紧固所述挡圈的螺纹紧固件7。螺纹紧固件7啮合在连接部3的近端螺纹孔中。通过拧紧或拧松螺纹紧固件7，以使指轴向移动，可以挤压或松开填塞式密封部。
一个座式固定部11形成在锚固体2的圆锥形空腔和连接部3的内部空间的远侧部分中。在连接部3中，座式固定部11如图11所示接近但不覆盖住蜡孔5。座式固定部11是通过环氧基载体材料冷铸(chill cast)而形成的，由此可以形成耐疲劳的座式固定部。由于座式固定部具有与圆锥形空腔相对应的圆锥形状，因此钢丝的张力可以均匀地作用在圆锥形空腔的内表面上，从而实现钢丝在锚固体2中的牢固连接。
在座式固定部固化之后，通过注蜡孔5向连接部3的内部空间中注入蜡质填料，例如微晶石油蜡。所述蜡质填料充填到连接部3的小径部分中的除了被座式固定部11和缆索本体100占据的部分之外的剩余部分中，并且充入缆索本体100内部的位于钢丝之间的空隙中，以便在缆索本体100中形成保护性蜡质填料23。
此外，蜡质填料14在钢丝固定板12和端盖15的突出部之间充填在锚固体2的远侧圆柱形空间中。为了充入蜡质填料14，可以在端盖15中设有注蜡通孔。注蜡通孔可以具有内螺纹，在充入蜡质填料14之后，可以用螺钉堵塞住注蜡通孔。
下面描述本发明的偏转导向装置的功能。
为了能够对缆索进行操作，要求缆索本体在其从锚接器的引出位置(过渡区)处能够横向移动，也就是说，锚接器应能够产生偏转动作。这种偏转会在缆索的HDPE护套、蒙皮以及钢丝中产生弯曲应力。如果偏转半径(曲率半径)不受到限制，将会产生很高的应力。
本发明的改进型PWS缆索的锚接器中集成有一个偏转导向装置，其能够防止钢丝的任何偏转力传递到座式固定部和钮结部。
所述偏转导向装置安置在填塞式密封部前面。如图1中所示，偏转导向装置包括一个喇叭形导向体，也就是偏转托座，其引导每根钢丝以受控的曲率半径弯曲，以使每根钢丝在过渡区中的弯曲应力小于250MPa。另外，每根钢丝在座式固定部中的残余弯曲应力小于50MPa。
通过采用偏转导向装置，可以消除或减轻因下述原因造成的横向移动和弯曲的影响：
·因悬垂效应以及工作风速和最大风速下产生的风致振荡所引起的缆索变形；
·在动态负载下产生的桥面和吊塔的连接筒偏转；
·因锚接器的定位误差以及其与连接筒错位而产生的误差；
·因锚接器中的各部件的制造误差导致的钢丝在锚接器中弯曲。
本发明的改进型PWS缆索的锚接器至少能够承受下述偏差的组合而不会导致缆索损坏：
·±20毫弧度的静态角度偏差或锚接器安装误差(二者中取较大者)；
·±10毫弧度的动态角度偏差。
本发明对传统PWS作出了以下改进：
1.使用了本发明的偏转导向装置；
2.使用了本发明的填塞式密封部，从而使得连接部和锚固体与缆索本体之间的连接成为水密性的；
3.使用了挤出HDPE护套，其具有高耐用性外层；
4.钢丝束之间的空隙被充填蜡质填料，尤其是微晶石油蜡，以改进钢丝间接触的润滑性，并且防止湿气进入缆索；
5.使用了双螺旋肋，以防止因下雨和刮风而引起的振动，并且降低阻滞力。