[发明专利]基于材料强度差实现寿命差的破损安全拉索

说明书

技术领域

本发明属于桥梁、建筑结构、长输电线、海洋工程等索结构技术领域。具体涉及一种基于材料强度差实现寿命差的破损安全拉索。

背景技术

由钢丝或钢绞线所构成的拉索，早已广泛地应用在桥梁、建筑、矿山工程、海洋工程、长输电线等领域，然而，拉索骤断结构毁损的重大事故，却一直没有杜绝。

以桥梁拉索为例，迄今的破断统计寿命为3～16年，很少超过20年。近年虽有改进，尚不能指望其与结构的服役寿命相同，此其一；其次，由于其载荷与环境作用的随机性，桥梁拉索的破断寿命为非确定性的，何时破断并不知道。因而，在桥梁的全寿命期内，拉索将多次破断或拆换[唐寰澄：桥梁拉索隐患剖析，《桥梁》，2005/5期]。

目前，虽然对拉索普遍采用了以寿命预测为核心的健康检测与诊断技术，以及“三年一检测，十年一拆换”的保障措施，但由于载荷作用的随机性和检测的局限性，从本质上讲，这样的检测和拆换措施，是不能排除拉索骤断的危险。因为一，拉索的拆换时间，是根据剩余寿命预测(或评估)确定的，而随机问题的寿命预测，为非确定性的‘统计量’[周传月等：MSC.Fatigue疲劳分析应用与实例.之pp.49]。拉索究竟会何时破断，是无法准确确定的。其二，对于桥梁钢索，一般多采取‘疑断就换’，一换就成批地换，甚至全桥拆换。即拆换的时间与拆换对象的决策，没有定量准则或判据，因此带有主观性随意性。既存在误拆的浪费，也存在该拆而未拆的危险。其三，这样一换就成批或全桥拆换的作法，在桥梁的全寿命期内，其服役成本可与全桥建造的总造价相比，令人吃惊。如德国汉堡Kohlbrand Estuary桥拉索拆换一次的费用为原造价的4倍[王文涛.斜拉桥换索工程.前言]；

至于拉索骤断损毁桥的修复费用，统计表明，将是全桥当年总造价的1倍以上；全桥拉索拆换一次的费用，与桥梁建造当年的总造价相当，为建桥当年拉索造价的6～10倍。譬如中国四川成渝公路内江新龙坳桥换索费用为全桥当年总造价的1.2倍；四川宜宾小南门桥，因钢索骤断、桥梁损毁的修复及拉索拆换的费用，为全桥新建当年总造价的1.5倍以上。

“三年一检测，十年一拆换”的保障技术措施，从分析上讲，只解决了当前的断索危机，但并未排除桥梁拉索骤断的凤险。因为在拆换周期、乃至检测周期内，因拉索骤然破断带来的垮桥风险不能排除，如美国明尼阿波利斯市密西西比河大桥，经明尼苏达大学土木工程系等进行健康监测和检测，不只一次地评估预测得出结论：近期不必因疲劳问题而提前对大桥拉索进行更换。于是，更换工程被安排到了2020年。然而，大桥却提前于2007年8月1日，且在只有半幅通车的情况下，骤然垮塌了[张启伟.‘屡检屡过’的大桥坍塌背后.科学时报.2007.8.24]。这无疑对桥梁拉索健康监测和诊断技术的可靠性，提出了尖锐质疑。

为了解决拉索骤断毁桥问题，ZL200520034394.9公开了一种‘用于桥梁吊杆和拉索的破断预警及在线拆换装置’。该装置的技术特征是：拉索由两根成品拉索组成，其中一根为承载索，另一根为安全索；承载索受力时，安全索不承载受力；承载索破断后，安全索即承载受力。该装置虽这一方面可避免承载索破断后桥梁受损或垮塌，另一方面可保证实现在线更换承载索，但只适用于通常的多路传力(如双吊杆)系统，而对于大量(90％以上)存在的单路传力拉索是不适用的，且如果是平行双索还需张拉工艺才能实现，施工成本较高。

继后，ZL200720081631.6又公开了一种破损安全拉索，简称FSC。该拉索是基于钢丝或钢绞线的‘应力差实现寿命差’的准则，通过超张拉工艺，将组成拉索的钢丝(或钢绞线)分为外层的应力水平较高的部份和中心应力水平较低的部份。应力水平较高的外层钢丝(或钢绞线)将先行破断，即发出警示。中心部分钢丝(或钢绞线)则能继续承载，保证钢索整体不断的情况下(此即谓断丝不断索)，立即拆换，且‘损一换一’，既避免了桥梁受损或垮塌，又勿需‘疑断就换’，换则全桥或成批拆换。但该拉索需要通过安装施工时的超张拉工艺来实现应力差，既增加工艺环节和超张控制的难度，又增加施工成本。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种基于材料强度差实现寿命差的破损安全拉索。

本发明提供的基于材料强度差实现寿命差的破损安全拉索，该拉索由防护套和包覆其中的平行钢丝或钢绞线构成，其特征在于包覆其中的钢丝或钢绞线由破断强度低的钢丝或钢绞线与破断强度高的钢丝或钢绞线组成，且二者的钢材破断强度比为0.68～0.86，优选0.75～0.85。