每外观宙 ＰＲＥＳＴＲＥＳＳ ＴＥＣＨＮＯＬ０ＧＹ 《｛５ｉ左 技末》２０１７年第１期总第１２ｏ期 日本斜拉桥的最先进技术 Ｓｈｉｎ ＮＡＲＵＩ 翻译：韦华庆 （柳州欧维姆机械股份有限公司 广西柳州 ５４５００６） 摘要：斜托桥在过去几年间有了显著进步。计算机软件有了发展，钢铁材料和施工方法也有了进步。据预测， 未来斜拉桥的建设数量将多于悬索桥。斜拉桥由许多组件组成（梁、塔和拉索）。塔和梁可以在现有的混 凝土或钢结构基础上建设。但斜拉索的防腐和风振问题还没有彻底解决。本文介绍了效果显著的斜拉索防 腐和抗风振技术的开发过程。 关键词：斜拉索防腐密度聚乙烯彩色拉索风振高阻尼橡胶碳纤维复合绞线 ＤＯＩ：１０．１３２１１／ｊ＿ｃｎｋｉ．ｐｓｔｅｃｈ．２０１７．０１．００７ １斜拉索材料的历史 很久以前日本就建造了吊桥，它采用藤蔓植 物（ＫＡＺＵＲＡ）作为悬索的材料。这座桥采用了 植物纤维而没有一根钢丝。这座桥现在仍作为人 行桥使用（如图１）。 图２特奥多尔一豪斯大桥 当时西德的钢丝绳生产技术十分先进，斜拉 索采用的是封闭式钢丝绳（如图３）。为了防 水，钢丝绳是紧密缠绕而成的。钢丝绳只采用镀 锌和油脂进行防腐。 １藤蔓大桥 以后，他应用预应力混凝土桥的技术，开发 另一方面，现代斜拉桥最早是由前西德的弗 里茨・莱昂纳特（Ｆｒｉｔｚ Ｌｅｏｎｈａｒｄｔ）教授设计的。 他设计的第一座现代斜拉桥是特奥多尔一豪斯 （Ｔｈｅｏｄｏｒ—Ｈｅｕｓｓ）大桥（如图２），莱茵河上的 斜拉桥大多是｝ｆ１他设计的。 成井信 男 １９４８年生，Ｅｌ本科学技术研究所 了一种高疲劳强度锚（ＨｉＡｍ）（如图４），设计 中采用了环氧树脂、钢丸和半圆头锚。 ，兰７－代表，德国斯国加特大学工学博士。世界最大跨度 悬索桥日本明石海峡大桥技术总负责人。本州一四 国大桥局前执行总工程师。主要研究方向：１、完 Ｌｏｃｋｅｄ Ｃｏｉｌ Ｒ∞ｅ ＣＴｙｐｅ ｝．．．．．．．．．．．．．．．．．． Ｊ图３封闭式钢丝绳 全填充防腐ＰＣ钢铰线。２、高阻尼橡胶在长度大于 ３００ｍ斜拉索防风激振中的应用。３、ＨＤＰＥ老化和褪 色的研究。４、碳纤维复合拉索 此外，除了封闭式钢丝绳，还有缠绕钢丝 （钢绞线）和平行钢丝。ＰＣ桥或悬索桥的技术也 被应用于斜拉索。 －每扑砚窗 《冠左 技木》２０１ ７年第１期总第１２０期 弗里茨・莱昂纳特（Ｆｌ，ｉｌｚ｜，ｅｏｎｈａｒｄｔ）沣意到 贝尔公司的高密度聚乙烯（ＨＤＰＥ）电话线耐久 性好，并将灌浆沣入划钢丝卡¨保护管之问的问 隙：将油脂、丁 橡胶等其他材料注入以填充问 隙 目前该解决方案系统简 ，它只需要将蜡涂 到锌镀钢丝，然后缠ｆ 胶带并捅人ＨＤＰＥ管内。 ２斜拉索防腐技术的发展 一般来说，拟索防锈采用的是锌镀和喷涂。 然而，这些防腐方法处 的拉索很快就会 生锈 囚此拉索需要增加保护管。自从采用了 Ｈ１）ＰＥ保护管，拉索便得以迅速推广。但是Ｆ｛１于 退化的因素，保护篱的颜 只行黑色．．通常， 管紫外线会造成 性退化，如２－ＨＤＰＥ添加炭黑超 过２％，其耐候 Ｈ－：￣Ｌ将会得到改蓠 ＨＤＰＥ耐候性可 通过厂ｌ外暴露试验和加速试验来愉验（如图５）。 ７做 Ｉ ｌ …） 的半仃制丝批索 ；垂戳． － ｍ ■ ３斜拉索风振的对策 斜拉索的振动 ｔｌｔ尾流驰振和雨振引起 一的 这种振动现象衷脱 ，下游托索受从前ｉ自讨 索脱离的漩涡作川ｍ 引起卜下振动 Ｈ水 儿胯 斜托桥就发牛ｎ 种振动 通过保护管突起的外 形或连接钢丝 ￣【１ｆ１ＩＪ１ ｌｔ卜Ｉ连拨索可以控制这种类型的 Ｊ振荡（如 ８、 ９） ０乡螂 霉 【冬１５ 做 ＨＩ）ＰＥ的 ”俐丝扎索 巍 尽管日本使用添ＪＪｌ】炭黑ｌ＇ｔ￣，ｊＨＤＰＥｔｌｉ索超过３０ 年，但还没有… 过ｌＪＦ裂和Ｉ 包等材料退化现 － ＆ ｃ’： ： Ｉ， ｊｎ６ 象：近年来，…１于桥 观干¨荚观的 ，｛ 索 不仅仅需要黑色也需 彩色、、 色以外的彩色托 索，由于塑料和色索无法避免紫外线造成的退 化，其耐候性变得更糟 然 ，像矮塔桥，ｆ人ｊ为 桥塔矮，容易维修，一白： 增ＪＪｆｌ彩色扣索的应用 （如罔６），、 嚣｝弩鬻 ｊ ｛ 瓤 当时，注入到僻内的各种材料都经过了验 承路蕊察 墩 证。采用镀锌钢丝喷蜡、ＨＤＰＥ套管 【Ｉ』Ｊ址最简 单和最充分的方法 、 Ｔｉ０２的彩色托索的耐候时问为３０年，添ＪＪＨＴｉＯ２ ｉｊ ｛ 黔 ≯＾ 的【＿Ｌ］色拉索的耐候Ｉｔ寸问为５ｏｔｌ－，最近应用的白色拉 ● ” 势ｔ’一 謦ｆ 索，已经添加＇Ｉ，二氧化钛（Ｔｉ０２）（￣ｒＩＮ７） 国 《预左 技末》２０１ ７年第１期总第１２０期 发 来了，它在较低爪力 ￣ＩＪＮ］完成坝允 『』【１ 可以实现内部低 填充，Ｊｊ『５么没备会 ｆ哑 护会更少 、 当时在名 拳的斜拉桥 发生了雨振。在大 桥完Ｔ后小久，在大风和强降雨时拉索发生了强 烈震动。通过风洞试验，雨振的预防方法已得到 维 锌镀后，平行钢丝束喷蜡后缠绕绷包带，Ｉｌ｛＿ 验证和确认 、 用ＨＤＰＥ护套进行防腐（如图】１） ４日本斜拉桥的最先进技术 日本的斜托桥技术是从前西德引进的。通过 应用悬索桥的 行钢丝拉索技术，开发了斜拉索 技术。 ４．１钢丝的防腐技术 通常钢绞线灶果 镀锌进行防腐。先将钢绞 线打散，喷涂静ＩＵ环氧粉末，然后再捻合，进行 钢绞线外 环氰喷涂 环氧树脂涂 的缺点是针孔和厚度不均匀。 １ １ 填允防懵Ｈ１）ＰＥ 这些问题通过环氧粉未材料和设备的技术发展而 尽管过去绞线和套管之间的间隙使』｛ｊ了各种 得到改善 环氧树脂绞线主要用于体外索、斜拉 填料（水泥灌浆、橡胶等），但可推断，没有填 索和地锚等（如 ｌ０）。 料也可达到满意的效果。 在ＨＤＰＥ管【大］加入炭黑粉后，保护管的耐候 性将得到提高。在日本，尽管３０年前斜ｊ． 索就川 ＨＤＰＥ，但没｝｝ｌ现材料退化的问题 彩色拉索是景观没讨 的需要 虽然过 ＨＤＰＥ管卜喷漆和缠绕胶带，但 于脱落就不冉 使用了。最近开发ｊ｝｛来了 有耐久一 的ｒｌ色 ＨＤＰＥ管。门色托索的应川在不断增ＪＪ【１。 传统的：怂索桥 缆的防腐体系．卞 采门｛锌 镀钢丝以技ｊＩｔ．ｆｌｉ￣、缠包带和喷涂方法防ｆＩ 雨水渗 漏到拉索 、然而．防水不充分，钢 Ｉ 仍发现 １ｏ』１、 涂 铡绞线 水和锈。这表明传统的拉索防腐手段 足以Ｊ；ｚｘ，ｉ－ 至于 乙烯涂Ｊ 铡绞线，它只是外层被覆。 ｆ：１本的高湿度、温度变化范同大的环境 来， 通过试验验证ｒ¨一种防腐办法，即 ｛ 缆连续沣 然 ， １１ｃ１Ｉ绞线１人Ｊ部高压填充树脂的方法已经开 入干风。这干叶 防 法址有效的，特圳址喷涂 发 ｝Ｉ来，ＩＪ．４４＇，Ｉ ．嘤邀拧。对于近海受盐分影ｎ向的桥 难的时候。Ｈ上界ｌ 大跨 悬索桥几乎鄙果川ｊ 主 梁，采用『Ｊ、】外部完 填充的钢绞线是非常有效的。 缆干风注入系统。在有保护管的斜｝ 索以搜箱梁 最近．一种内部非高压填充的防腐技术也开 内，也可以注人卜风（如图１２）， 侉扑视窗 ＰＲＥＳＴＲＥＳＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ 《 左 技末》２０１ ７ｆｆ－￣１期总第１ ２０￣，，ＥＪ ４．２斜拉索抗风振的对策 激尾流驰振。此外，名古屋的斜托桥在建成后不久发 生了雨振。由于这个原因，就开始了斜拉索抗风振 对策的研究。斜拉索减振有以下力 法（如图１３）： 大约３０年前，濑户的柜石一岩黑岛斜拉桥建成 （１９８８年完成）。桥梁建成几年后，拉索发生了风 、口图 ～ｊ ０ ：工 ， 二 工盘ｌ盆ｂ黉 盎萄 七 豢 ：量 ｔ ’ ～”‘～… （ｃ）突起的外形 （ｅ）高阻尼橡胶 图１３斜拉索减振 （ｆ）磁流变阻尼器 ・铺ｊ 的橡胶阻尼器 ・连接索（平行的拉索之问用钢丝连接） ４．３高强度钢丝的开发 在建设濑户大桥时，平行钢丝的抗拉强度为 １５７９ ＭＰａ。如果明石海峡悬索桥采用这个强度的 钢丝，大桥每边则需要两条主缆。为获得更高强 度的钢丝，我们在钢中添加了硅（Ｓｉ），并成功 开发了１７７０ＭＰａ钢丝（如图１４），通过创新，建 明石海峡悬索桥每边仅需要一条主缆．， ・保护管的外形（螺旋筋等） ・液体粘滞阻尼器 ・高阻尼橡胶 ・磁流变阻尼器 高ｔ￣Ｈ）Ｅ橡胶足为了防止拉索的风激振动而制 造 将硅粉添加到天然橡胶并均匀散布。作用于 橡胶的剪切变形将动能转变成热能。我们利用橡 胶的剪切变形呵以获得极好的阻尼效果 对于斜拉索，如果钢丝的抗拉强度很低，索 径就大，单位重量更重，挠度（下垂度）也更 大。如果斜拉索的初始张力低，拉索很容易产生 风振。这将成为恶性循环。日前日本所生产的平 行钢丝的最大抗拉强度可以达到１９６０ＭＰａ 碳纤维是日本发明的。它主要用于Ｔ业领 过去使用液体粘滞阻尼器，Ｆ｝＝１于油液不町避 免的会从密封处泄漏，这样维护也就必不可少。 在¨本几乎每天都发生地震，地震时如油液泄 漏，粘滞阻尼器发挥不了阻尼作用，建筑物就会 倒塌。Ｆ｝１于这个原因，抗风振粘滞阻尼器在斜拉 域，如飞机和汽车行业等。碳纤维一般都被编织 制成碳纤维板。当前正在进行碳纤维的丌发， 纤维绞线经过加工处瑚可庸¨Ｊ 怂索挢 斜拉桥 索卜的应用减少了，最终结果是高阻尼橡胶的使 用增加 对于长度小于３００米的斜拉索，高阻 橡胶的减振效果经证实是有效的。 的拉索（如图１５、 ｌ６） …ｍ碳纤维复合拉索 仅用于行人的斜托桥、尚未应用于公路大桥。碳 《 左 技末》２０１ ７ｆｆ－￣１期总第１２ｏ期 纤维绞线的抗拉强度是钢绞线的ｌ０倍以上，弹性 充聚乙烯ｎ一被覆白色ＨＤＰＥ防护管和高阻尼橡胶 模量是钢的５倍，日．不担心生锈。虽然成本高， （如图ｌ７） 但总有一天它将用于大跨度桥梁的拉索。碳纤维 （２）高强度钢丝（１７７０ＭＰａ）是开发明石海 绞线可用于电力传输的芯线 对于高强度钢丝来 峡大桥主缆时掌握的技术。千风注入系统几乎应 说，１９６０ＭＰａ也许是一个极限。 用到ｒ世界 的大跨度悬索桥。 （３）内部填充被覆绞线是改进生产机器和 研发被缀材料的结果。 （４）电环氧粉末涂层绞线的缺点是针孔和 涂层厚度不均，但通过粉末材料和涂装设备的改 进、以及质量控制技术的进步，这些问题大都解 决了 （５）彩色拉索是化学公司和ＨＤＰＥ色素生产 制造商技术发展的结果。 （６）高阻尼橡胶技术源于易发地震的同 家一一日本。 （７）碳纤维复合拉索未来将用于大跨度桥 梁的托索 引１５碳纤维复合绞线 ｌ７配置局阻Ｊ已像胶的广＿｛乜拉索 日本５０年前进入经济高速增长期，当时建造 了大量基础设施。目前急需旧桥的修复技术，当 前主要Ｔ作是修理旧的和损坏的桥梁。因此减少 了对新 卞胥梁建设的研究。日本的道路法于２０１４ 年修订 ¨本的桥必须五年定期检查一次，伞国 有超过７０００００个旧桥梁需要检查。 门前．新 桥梁的施ｌ 技术已经传输到ｌｒ中 国，中 需要持续进行 础设施建设 我愿意将 ５总结 日本允进的桥梁技术介绍给欧维姆公司，并祝愿 有关日本斜拉索大桥的最先进技术如下： 欧维 公百Ｊ自勺技术创新以及中华人民共和日在未 （１）新斜托索体系：高强度钢绞线，完伞填 来＂／Ｆ４ ７Ｊ＂．０快速发展。
