滑动索鞍的试验研究.pdf

第6 期（总第2 9 0 期）2023年6 月D0I:10.16799/ki.csdqyfh.2023.06.061城市道桥与防洪URBANROADS BRIDGES&FLOOD CONTROL科技研究滑动索鞍的试验研究莫钒,黄子能，王耀，彭春阳，欧志莲，覃思慧（柳州欧维姆机械股份有限公司，广西柳州5450 0 5）摘要：东明黄河大桥的斜拉体系改造工程是介于矮塔斜拉桥和悬索桥之间的一种新型桥体，采用新型钢丝斜拉体系，并在桥塔上设置滑动索鞍，通过索鞍的自适应滑动，使桥塔两侧的索力平衡。滑动索鞍是新型钢丝斜拉体系的关键技术，有必要进行滑动索鞍的模型试验研究。依托东明黄河大桥工程项目，介绍了滑动索鞍性能试验的模型设计以及试验实施方法，并通过智能张拉系统完成了循环耐久试验。试验结果表明，索鞍具有自适应滑动的功能和良好的滑动性能及耐久性，能满足新型钢丝斜拉体系的需求。关键词：滑动索鞍；试验模型；滑动临界阻力；循环耐久试验；智能张拉系统中图分类号：U443.38文献标志码：A文章编号：1 0 0 9-7 7 1 6(2 0 2 3)0 6-0 2 3 4-0 3受力工况进行设计，混凝土试验塔基座按实桥1：50 引 言比例进行制作。试验模型中，采用实桥同等规格的钢东明黄河大桥的斜拉体系改造工程是介于矮塔丝拉索作为试验拉索，制作长度为实桥拉索的1/5，在斜拉桥和悬索桥之间的一种新型桥体!,采用新型拉索两侧设置张拉设备，结合智能张拉系统来模拟实钢丝斜拉体系，并在桥塔上设置滑动索鞍，通过索桥的受力工况 3 ,试验模型如图2 所示。鞍的自适应滑动，使两侧索力平衡，减少不平衡力滑动索鞍作用下桥塔根部的弯矩影响。滑动索鞍是东明黄河大桥改造工程新型钢丝斜拉体系的关键技术!，主要构件包括鞍盖、鞍体、滚轴组件和索鞍底板等!,如图1 所示。其中,索鞍通过索鞍体下滑动面、滚轴组件和底板上滑动面组成的滑动副可实现自适应滑动功能。为验证索鞍的自适应滑动功能和受力性能 2 及滑动副的耐久性能，有必要依托东明黄河大桥工程项目，进行滑动索鞍的试验研究。鞍盖图1 滑动索鞍的构造图1试验模型设计滑动索鞍的试验模型依据东明黄河大桥的实桥收稿日期：2 0 2 2-0 8-1 9作者简介：莫钒（1 990 一），男，硕士，工程师，从事预应力技术的研究及应用工作。拉索.张拉设备图2 试验模型索鞍两侧的拉索采用智能张拉系统进行加载，可以模拟实桥的对称加载工况，同时可以模拟实桥在应用过程中存在不平衡力作用下的偏载工况。滑动索鞍的性能试验分为三部分，包括索鞍的静力性能试验和索鞍的滑动临界阻力测试及索鞍的循环耐久试验。2试验方法鞍体2.1试验模型制作与安装滚轴组件（1）试验样品制作。制作混凝土试验塔基座、钢丝底板拉索、滑动索鞍、试验工装和张拉设备及检测仪器。(2)试验测试仪器安装。在滑动索鞍的鞍体重要截面处粘贴应变片 4,并接好测量电路,调试静态应变仪。应变片布置如图3 所示。(3)试验模型安装。按试验模型设计图，安装滑动索鞍、钢丝拉索和张拉设备，并连接智能张拉系统、检234试验塔基座2023年第6 期莫钒，等：滑动索鞍的试验研究所示。城市道桥与防洪应变片图3 应变片布置图测设备及仪器等。图5摄像监控系统示意图2.2滑动索鞍的静力性能试验方法2.4滑动索鞍的循环耐久试验方法通过智能张拉系统将索鞍两端的拉索加载至50 0 kN将滑动索鞍位于试验塔基座的中心位置，利用荷载，同时使滑动索鞍位于试验塔基座的中心位置。拉索两端的两台千斤顶对索鞍两侧的拉索进行同步首先进行对称加载工况下的索鞍静力性能测试：索张拉，达到试验工况2 50 0 kN+F后（F为使索鞍滑动鞍两侧的拉索同步进行分级加载，加载过程中保持的不平衡力，小于8 0 0 kN），利用智能张拉系统来设索鞍始终位于试验塔基座的中心位置，加载至5种置循环程序，控制A、B两端千斤顶，使自行走索鞍实不同的试验工况（2 50 0 kN、3 0 0 0 k N、3 50 0 k N、现往复滑动。依据东明黄河大桥的实桥偏载工况，4000kN、450 0 k N)时，通过静态应变仪进行静力数试验时设置循环次数为7 2 0 0 次。智能张拉系统布据采集。然后进行施加偏载工况下的索鞍静力性能置示意如图6 所示。循环耐久试验完成后，进行索鞍测试：索鞍两侧的拉索同步加载至2 50 0 kN试验工的滑动临界阻力测试，并观察滑动索鞍滑动副的磨况后，在一端施加不平衡荷载，由2 50 0 kN逐渐加损情况。载至450 0 kN，通过读取位移计，记录滑动索鞍的滑动位移值。同时，通过安装在拉索两端的压力传感器，读取拉索两端的索力变化值，并通过静态应变仪进行静力数据采集，如图4所示。位移传感器线缆SPP2X2-630A液用泵站高压胶管检移传感器线缆高压胶管索鞍650t智能千斤顶高压胶管高压胶管/6 50 t智能千斤顶ZB4-500电动油泵图6 智能张拉系统布置示意图图4静态应变仪示意图2.3滑动索鞍的滑动临界阻力测试方法在索鞍底板两侧分别设置位移计，索鞍两侧的拉索同步加载至5种不同的试验工况（2 50 0 kN、3000kN、3 50 0 k N、40 0 0 k N、450 0 k N)时,进行静力数据采集。完成后在拉索的一端缓慢施加不平衡荷载，同时观察位移计变化。若位移计读数发生明显变化，则说明索鞍开始滑动，记录位移值和压力传感器的读数。试验重复5组不同的试验工况，每组进行5次测试，数据取平均值。索鞍滑动过程中，通过摄像监控系统观察并录像滚轴组件的滚动情况，观察是否有滚轴发生脱空现象及滚动不协调现象，如图53试验结果分析3.1滑动索鞍的静力性能试验（1)对称施加荷载的工况下，进行索鞍的机械性能测试，通过静态应变仪采集到索鞍最大应变值为296.08个微应变（8），根据胡克定律 51=8E），计算得索鞍最大应力i=296.0810-62.02105=59.8 MPa。索鞍材料为ZG270-480H，依据设计规范，强度设计值不大于2 0 0 MPall；弹性模量E=2.02105MPa，索鞍最大应力为59.8 MPa，小于2 0 0 MPa，满足规范要求 6 。235城市道桥与防洪（2)施加偏载的工况下，通过静态应变仪采集到索鞍最大应变值为1 56.2 4个微应变（8），根据胡克定律 5，计算得索鞍最大应力2=1 56.2 41 0-2.02105=32MPa；索鞍最大应力为3 2 MPa，小于200MPa,满足规范要求 6 。（3）偏载工况下，得到滑动索鞍的滑动趋势、位移值和索力变化值的试验数据（见表1）。试验数据表明：测试过程中，无论从A端或B端施加不平衡力至4500kN，拉索两端的索力均在索鞍的自适应过程中逐渐趋向于平衡。索鞍滑动的位移值均在2 3 mm左右，且当不平衡力消除过程，索鞍会逐渐滑动回到原始位置，即索鞍在偏载工况下，可以通过索鞍的自适应滑动功能，使桥塔索鞍两侧的索力平衡。表1 索鞍在偏载工况下的试验数据荷载值/A端传感器B端传感器位移值/施加荷载端kNA端和B端2.500B端4500B端2500B端4500B端2500B端4500B端2500A端和B端2.500A端4500A端2500A端4500A端2500A端4500A端2.500注：A、B两端的中点为索鞍原位置（滑动的原点）。向A端滑动时，索鞍位移为正值；向B端滑动时，索鞍位移为负值。3.2滑动索鞍的滑动临界阻力测试进行索鞍的滑动临界阻力测试时，索鞍滑动的临界点比较难界定，测试中以位移计的最小读数（读数为0.1 0 mm)变化进行判断。试验过程中,测得在不同工况下，索鞍的滑动临界阻力数据，并计算索鞍滑动副的摩擦系数。试验数据见表2。通过数据分析，滑动索鞍的滑动摩擦系数在0.0 1 2 左右。滑动副具有良好的滑动性能。3.3滑动索鞍的循环耐久试验(1)循环耐久试验后，测得在不同工况下,索鞍的滑动临界阻力数据（见表3）。对比循环耐久前的数据进行分析：索鞍的滑动临界阻力和摩擦系数，循环试验前后的数值变化较小，表明滑动索鞍进行7 2 0 0莫钒，等：滑动索鞍的试验研究加载工况/kN2.5003000350040004500次循环耐久试验后，索鞍的滑动副仍具有良好滑动性能，满足设计的要求。表3 索鞍的平均滑动临界阻力（循环耐久试验后）加载工况/kN滑动临界阻力/kN2.50044.0300044.1350045.1400046.8读数/kN读数/kN2.456.72.504.24.443.54504.42.448.32.472.94 449.64513.72.476.22498.34.444.34510.12.482.72504.22.482.72504.24.506.34 476.82.499.62.544.54.501.34 472.12.500.82.542.64.504.94.475.52.507.32549.22023年第6 期表2 索鞍的平均滑动临界阻力滑动临界阻力/kN6157636767mm45000.0(2)循环耐久试验过程中，通过摄像监控系统观-23.1察并记录索鞍各构件的运行情况。在试验过程中，索-0.1鞍运行正常，无异常情况发生。循环耐久试验完成-23.4-0.4-23.4-0.6-0.623.50.123.60.123.70.2236摩擦系数0.0170.0130.0120.0120.010摩擦系数0.0120.0100.0090.00854.50.008后，对滑动索鞍的滑动副进行观察和检测，如图7 所示。试验数据表明：滚轴的直径均在1200.01范围内，无变形现象，无摩擦损伤；索鞍滑动副的滑动面表面光滑，无明显磨痕，证实了索鞍的滑动副具有良好的滑动性和耐磨性。图7 循环耐久试验后索鞍滑动副的情况4结 论通过对东明黄河大桥的滑动索鞍进行模型试验，对索鞍的受力性能和自适应滑动功能及其滑动副结构的耐久性能进行了试验研究，主要得到以下结论：(1)在滑动索鞍的静力性能试验中，无论是对称施加荷载还是施加偏载工况下，索鞍重要截面处，最大应力为59.8 MPa，索鞍结构是安全可靠的。（下转第2 55页）2023年第6 期崔迪，等：3 D打印在交通工程领域的应用城市道桥与防洪24 HAN BG,DING SQ,YU X.Intrinsic Self-sensing Concrete andStructures:a ReviewJJ.Measurement,2015(59):110-128.25 HAN B,ZHANG L,ZENG S,et al.Nano-core effect in nano-engi-neered cementitious composites.Composites Part A:Applied Sci-ence and Manufaturing,2017,95(1):100-109.26彭玉龙，朱峰伟.3 D打印技术在路桥施工中的应用J.门窗,2 0 18(7):239.27李楠楠，弓磊.浅谈3 D打印技术在工程建设技术上的应用J.科技与企业,2 0 16(6):17 5-17 6.28何小刚,冯宝平，王凯，等.3 D打印技术应用于标准粗集料制备的可行性研究J.公路与汽运，2 0 2 2（2)：47-51,8 8.29冯宝平,何小刚,陈搏，等.基于3 D打印技术的粗集料标准模型制备效果研究J.路基工程,2 0 2 1（6):10-16.30 Cantisani Giuseppe,DAndrea Antonio,Di Mascio Paola et al.Ma-terials study to implement a 3D printer system to repair road pave-ment potholes JJ.Transportation Research Procedia,2023,69(2):91-98.31李结义，何凡，石红磊，等.3 D打印技术在路面修复工程的应用探讨J.公路,2 0 19,6 4(4):51-55.32 YEON Jaeheum