摘要：桥梁是关系社会和国家经济协调发展的生命线，在国家大力倡导的“一带一路”的建设中，基础设施的互联互通是先导，而桥梁则是实现交通基础设施互联互通网络的重要枢纽。预应力钢丝和钢绞线常用于建筑工程中，预应力钢丝及钢绞线的性能直接关系到工程的稳定性。现阶段，预应力钢丝及钢绞线的使用数量越来越多，增加了其在生产中的压力，导致生产中出现了钢丝及钢绞线断裂的问题。
关键词：预应力；钢丝；钢绞线；断裂
引言
随着国民经济发展和交通工程发展的加速，桥梁工程建设规模也不断加大，随之对桥梁用拉索的技术要求也越来越高。斜拉索疲劳设计一般不用活载满值，而是取（0.5~0.6）倍的活载应力幅值，一般公路实测活载强度仅达到设计活载的13%，特殊情况下达到37%。而随着桥梁技术的发展，对拉索的疲劳性能需求不断提升，其疲劳应力幅从100多兆帕提升至200多兆帕，某些工程更是达到400MPa以上。FAST工程通过最常用的耐疲劳应力谱分解方法———雨流计数法，分析得出索网工作状态下实际疲劳应力幅最高可以达到455MPa，考虑到FAST工程结构、使用年限及工况的复杂性，要求索网主索满足500MPa疲劳应力幅。相关研究结果表明，母材对拉索疲劳性能有着重大的影响，而单根钢丝的疲劳极限到实桥索组装件的疲劳设计应力幅值，折减将近140MPa.以往针对拉索疲劳性能进行了大量的理论分析与试验研究，使得拉索疲劳性能得到了不断的改善，现阶段桥梁用拉索疲劳应力幅需求最高达到了400MPa.但是系统性的针对钢绞线疲劳性能进行研究的资料较少，因此研究钢绞线母材疲劳性能极限具有重要意义。本文针对钢绞线疲劳应力幅、锚固方式及钢绞线表面状态这三个疲劳性能影响因素进行分析，得出改善钢绞线疲劳性能的方法，为提升拉索疲劳性能的研究奠定了基础。
1断裂表现
预应力钢丝及钢绞线断裂后的表现有以下三个方面：（1）钢绞线整体疏松，预应力钢丝及钢绞线无断裂时会有紧实感，钢丝有断裂后就会整体疏松，特别是中心点处疏松明显，此类钢筋使用后会出现缩孔的问题，严重时还会破坏钢绞线的内部强度，导致应力集中，无法确保预应力钢丝及钢绞线在使用中的安全性；（2）预应力钢丝及钢绞线生产断裂会引起组织缺陷，钢绞线生产时有明确的标准，未达到标准的钢绞线存在组织缺陷，钢丝轧制、送风强度等生产因素容易造成组织缺陷，存有组织缺陷的钢绞线在使用中断裂表现会越来越明显，尤其是加上拉拔作用力，更是会引起较大的断裂问题，增加了预应力钢丝及钢绞线的风险压力；（3）钢绞线脆性断裂，预应力钢丝及钢绞线生产中使用拉丝模时，要注意金属流速，边界及中心金属的流速要同步，实际生产时也会出现流速不同步的问题，这类问题会导致钢绞线的内部应力过度聚集在一个地方，当应力集中过大就会通过断裂点释放，不仅会在钢绞线表层引起断裂，更是会产生脆性断裂。
2预应力钢丝及钢绞线生产中的断裂问题解决措施
2.1外表质量控制措施
预应力钢丝及钢绞线生产中的断裂问题解决措施之一是外表质量控制措施。盘条外表质量改善时，详尽分析《预应力钢丝及钢绞线用热轧盘条》的实践要求，以便为杂物清除、外表质量控制提供依据。若不然，盘条尺寸会发生偏差，并极易出现横向裂纹这一质量缺陷。一般来说，盘条拉拔阶段极易受氧化铁皮影响，进而产生多样化质量问题。对此，应于82B盘条外表均匀涂抹润滑剂，以此降低拉拔断裂几率。最为关键的是，遵循处理工艺，其重要工序（酸洗、磷化）分析如下。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆酸洗工序：利用盐酸进行盘条清洗，其优点即省去加热程序、缩短清洗时间等，对比于硫酸清洗液，其安全性、洁净度较高。在这一过程中，严控酸洗时间、酸洗浓度，适宜的酸洗时间即12min~18min，盐酸浓度为5%~19%。若酸洗时间过长，极易出现盘条断裂现象；若酸洗时间过短，会为拉拔操作增加阻力。磷化工序：上述工序结束后，盘条置入混合溶液，以便为电化学反应提供条件，进而形成磷酸锌盐涂层。
2.2改善拉丝工艺
预应力钢丝及钢绞线生产中的断裂问题解决措施之二是改善拉丝工艺。拉丝工艺改善方向，倾向于拉拔压缩率、模具设计、润滑、冷却、矫直等。基于钢绞线质量，适当缩小拉拔压缩率，若压缩对象为高碳钢，则压缩率应持续缩小。其中，760/9型直进式拉丝机在稳定化拉拔中占据优势。需注意的是，钢材生产单位应动态了解客户需求，并参照国家标准，以此保证钢材尺寸精确度及性能。模具设计期间，调整工作锥角度为10°~15°，定径带直径为0.2cm~0.5cm。这是钢绞线稳定性保证、磨损几率降低的基本要求。钢绞线生产、拉拔阶段，视情况添加润滑粉，以此减少能量损耗、延长模具使用时间。据试验可知，2~4道次用粗润滑粉，6~10道次用细润滑粉。对于钢丝冷却环节，将模具冷却、卷筒冷却等内容落实于细节，为实现理想的冷却效果，应动态测量温度，使模具温度、卷筒温度在规定的范围内，一旦发现温度骤然升高或降低现象，应及时通知班组人员，并启动修复措施，以免影响钢丝质量。待加工任务结束后，针对盘条矫直处理，以免形成内应力，并保证钢丝强度。
2.3有缩颈断裂
预应力钢丝及钢绞线生产中的断裂问题解决措施之三是有缩颈断裂。此类断裂出现在生产拉伸工艺中，预应力钢丝及钢绞线生产中张拉操作失误，或者钢丝预应力摩阻系数估计偏高等因素均会造成有缩颈断裂。例如：钢绞线生产时，实际估计的摩擦系统要高，当按照摩擦系统提供预应力拉伸时，钢绞线整体会受到超出荷载的作用力，导致内部钢丝发生不定点的有缩颈断裂。一般情况下，预应力钢丝及钢绞线中有缩颈断裂点的分布没有规律，第一根钢丝断裂之后，就会产生更多的断点，进而影响预应力钢丝及钢绞线成品的强度。
2.4有效进行钢绞线索断裂冲击谱计算
预应力钢丝及钢绞线生产中的断裂问题解决措施之四是有效进行钢绞线索断裂冲击谱计算。首先是钢绞线索的索力卸载路径。钢绞线索失效一般在瞬间发生且随机性较大，目前对于拉索在失效瞬间索力值的变化情况研究较少．在失效瞬间，每根钢绞线索的索力下降曲线各不相同，这对计算冲击响应谱会有一定影响，为简化计算，建立在实验基础上，以5根钢绞线索首次失效为研究对象，得到其索力时程、失效时间(2ms左右)和失效瞬间索力下降曲线．其次是钢绞线索的冲击响应谱计算根据函数拟合出每一根钢绞线索在失效瞬间索力的变化曲线，再输入到Matlab程序可得到该断索的冲击谱．但这样做耗时耗力，函数拟合要知道关键点处的索力值，而获取索力值需要借助外在的仪器设备，并且在实际工程结构中也很难实时获得索力值的大小。
结语
总之，预应力钢丝及钢绞线生产时的断裂问题影响比较大，其会增加生产时的工作量和投入成本，更是会降低预应力钢丝及钢绞线的性能，导致生产时存在较大的风险。预应力钢丝及钢绞线生产中要控制好断裂的问题，优化钢丝及钢绞线的整体结构，保障预应力钢丝及钢绞线的性能。
参考文献
[1]张秀香，姜洪刚.预应力钢绞线用热轧盘条拉拔断丝分析及工艺改进[J].科学技术创新,2019(12):43-44.
[2]李杰，李娜.PC梁桥结构的钢绞线张拉问题及补救措施分析[J].公路工程,2017,42(2):91-96.
论文作者:伊思林
论文发表刊物:《基层建设》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/21
标签：钢绞线论文; 预应力论文; 钢丝论文; 疲劳论文; 拉拔论文; 应力论文; 性能论文; 《基层建设》2020年第1期论文;