[发明专利]CFRP-钢材组合缆索结构及利用雨水导电的电化学防腐蚀方法

说明书

本发明公开了一种CFRP‑钢材组合缆索结构，包括护套，所述护套内设置有多根平行钢丝和内部CFRP索股，所述内部CFRP索股表面设置有绝缘透水包层，所述平行钢丝与整流器的负极电连接，所述内部CFRP索股与整流器的正极电连接，整流器与电源连接；还公开一种利用雨水导电的电化学防腐蚀方法，雨水通过护套上的破损部位进入护套内部，流经平行钢丝和内部CFRP索股后形成电连接通路，整流器与电源配合向内部CFRP索股施加外加电位形成阴极保护。本发明能够有效抑制腐蚀，大幅提高目前缆索的使用寿命。

技术领域

本发明涉及超大跨悬索桥梁组合缆索设计制造领域，具体涉及一种CFRP-钢材组合缆索结构及利用雨水导电的电化学防腐蚀方法。

背景技术

一个多世纪以来，随着高强钢丝强度的不断提高，已建成悬索桥的跨径也在不断地增大。在未来更大跨径悬索桥的建造中，主缆面积过大带来的不经济和施工难度大将成为突出问题，必须通过提高材料强度或采用其它高强的新型材料来解决。即将在建的墨西拿海峡大桥最终设计方案是跨径布置为960m+3300m+810m的公铁两用悬索桥。联结欧非大陆的直布罗陀海峡大桥东线14Km峡宽的桥梁征集方案中两个著名方案分别为著名桥梁工程师林同炎提出的两主跨各5000m的混合型双悬臂吊桥和U.Meier教授提出的主跨为8400m的碳纤维复合材料斜拉桥。

据报道，如果采用传统材料，最大跨度可达3500～4000m。海洋环境条件下长期处于高应力状态的钢缆索极易产生电化学腐蚀。且随着跨径的增大，主缆自重占结构总重的比例越来越大，主缆承载效率降低，呈加速增大的趋势。如果采用CFRP，则最大跨径可达10000～12000m。CFRP筋作为一种轻质、高强、耐腐蚀的先进非金属复合材料，大幅度减轻主缆自重，提高悬索桥承载效率；解决钢主缆的腐蚀问题，特别是位于海洋等恶劣环境条件下的钢主缆极易腐蚀；耐久性能和疲劳性能优良。

然而轻量化悬索桥缆索的设计理论及抗风设计理论与目前理论的适用性需进一步研究，国际上在CFRP悬索桥方面的研究目前处于初级阶段，国内在此方面的研究还极少，许多科学问题和关键技术还未解决，相关的设计和施工指南还未形成，急需进行系统、深入的研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种CFRP-钢材组合缆索结构及利用雨水导电的电化学防腐蚀方法，能够有效抑制腐蚀，大幅提高目前缆索的使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种CFRP-钢材组合缆索结构，包括护套，所述护套内设置有多根平行钢丝和内部CFRP索股，所述内部CFRP索股表面设置有绝缘透水包层，所述平行钢丝与整流器的负极电连接，所述内部CFRP索股与整流器的正极电连接，整流器与电源连接。

进一步地，所述护套外表面上设置有外部CFRP索股，所述外部CFRP索股沿护套等长螺旋形缠绕设置。

进一步地，所述外部CFRP索股粘结在护套外表面上或者与护套同步挤压成型为一体结构。

进一步地，根据已有螺旋线风洞试验资料和使用环境中最不利风荷载确定外部CFRP索股的螺旋线间距及直径。

进一步地，绝缘透水包层由绝缘丝线编织而成。

进一步地，通过CFRP-钢材组合缆索结构使用时所需的缆索承载力进行计算内部CFRP索股和平行钢丝所占比例，先根据缆索承载力F＝αA_sf_s+βA_cf_c，计算As和Ac，随后计算所占比值：K_s＝A_s/(A_s+A_c)、K_c＝A_c/(A_s+A_c)；

其中α,β分别为平行钢丝和内部CFRP索股受力分配系数，As,Ac分别为平行钢丝和CFRP索股面积，fs,fc分别为平行钢丝和内部CFRP索股强度。