PTI斜拉索规范

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注释:本规范强调采用管材作为 斜拉索的外层,本规范没有专门强调 用作斜拉索外层防护的其它技术方 法。
过渡长度——MTE 材料从其在索 套管内单根预应力材料的中性组至锚 座处单根预应力材料组间斜拉索的偏 离长度。 2.1 符号
本 条 例 所 用 符 号 同 AASHTO “LRFD 桥梁设计技术规范”一致,同
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抗拉强度(GUTS)值的 95%的拉力。 粘胶的有接头钢筋;
对于选定的循环次数和相应的应力幅 3.参看 3.2.2 和 3.2.3 节;
值,按以上规定试验,而不发生破坏 的钢丝即认为验收合格。如果从该组 试样中取出的第一个有效试件在疲劳 试验或静力试验中破坏了,那么,应
4.参看 3.2.4 节; 5.参看 3.2.1 节; *应力水平上界(限)应为 0.45 f s'。
本版将取代所有以前的版本。若 若未规定专门的有效期,标准和规范 应当参照最新版本。 C.1.0 适用范围
注释:本条例一般不涉及斜拉桥 的设计,而仅限于作拉索的设计、检 测、试验和安装的依据。本条例不包 括利用螺旋状的或闭式卷制的钢绞 线、钢丝绳制成的斜拉索。
超静定斜拉桥是指设计上单根斜 拉索失效不会导致严重的结构损伤或 整个桥梁破坏的桥梁。本条例是在典 型的美国施工合约公共部分的基础上 起草的,公共部分由互异且独立的三 方组成,分别是:
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无镀层的 7 丝钢绞线技术标准”,且应
512
是无焊缝、低松驰等级的。
填充环氧 2×10 6+
99
树脂的钢 2×10 6 105
122
筋有接头 5×105
164
钢筋
1×10 5
244
1. 为确保拉索疲劳质量,拉索试样应作 2× 10 6 次循环加载试验; 2.分别对应单根钢绞线、钢筋、钢丝或者带
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时增加以下符号术语: A——常数(公式 5-6) As——钢材名义面积 ADTT——日平均汽车交通量 c——常数(公式 5-2) C0——延滞系数(5.1.5 节) D——斜拉索直径(公式 5-1) E——弹性模量(公式 5-8) Eeff——有效弹性模量 ƒsˊ——最小极限抗拉强度 注释:所有强度均基于 ASTM 相关
斜拉索设计、测试和安装条例
——美国后张法协会斜拉桥委员会 2001 年 2 月第四版
编译:彭旭民 吴百度文库艳
中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司 二○○五年六月
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1.0 适用范围 本条例适用于以预应力平行钢
丝、钢绞线、钢筋作为主要受拉构件 的的斜拉桥拉索的设计、试验与安装。 条例仅适用于超静定斜拉桥的拉索。 建议本条例与观点近似的《荷载与抗 力系数设计:桥梁设计技术规范》(美 国州际高速公路和运输协会—— AASHTO,第 S 版)结合使用。
除非有其它要求,应按以下要求 每 2.5Mg 材料进行一次测试: A. 最小极限抗拉强度保证值:
ƒsˊ=1655MPa 注释:最小极限抗拉强度等于 乘钢 材名义面积。 B. 最小屈服强度:
ƒyˊ=0.90ƒsˊ(低松弛钢丝) ƒyˊ=0.85ƒsˊ(应力释放钢丝) C. 弹性模量 E=200,000MPa±5% D. 塑性: (ⅰ)断裂时断面收缩率≥30% (ⅱ)以 5 倍钢丝直径为弯心直径,往 复±90°弯折 3 次后,不发生破裂。 注释:这些塑性要求是 ASTM A421 /A421M 规定 在 荷载 作用 下 ,试 件在 250mm 标距中测得的总延伸率不小于 4%以外的要求。 E. 疲劳强度及静力强度 同一炉钢生产的钢丝产品每 10Mg 抽取一根 5m 长的钢丝留作试验 用。所有的预应力钢丝和从中取出的 试样都应以同一种方式作好标记,保 证其在生产、运输、存放和试验中的 示踪能力。试件至少长 300mm。试验 夹持方式应避免在夹持范围发生破 断。如果有一试件在夹持范围破坏, 则该试件作废并应用同一组另一试件 重新进行试验。钢丝的试验在上限应 力为 0.45 fs′及按选定的试验循环次 数取应力幅值如表 3-1 所示条件下进 行。至少应有 5%的试验钢丝做到 200 万次循环。在每根钢丝疲劳试验完成 后,应进行静力拉伸至破坏。在静力 拉伸试验中,试件应达到不小于极限
包裹长度——由单层或复合防护 材料外包在单根钢绞线、粗钢筋或钢 丝上的长度(参见 4.1.4.1)。
主要承拉构件(MTE)——抵抗 荷载的预应力材料(钢绞线、平行钢 丝或钢筋),设计中,承担斜拉索张力。
钢绞线生产长度——在应力释放 或低松弛处理生产线上一次制造的单 根钢绞线的连续长度。
注释:通常将生产长度的钢绞线 用卷轴绕起或不用卷轴打包装货运 输。
标准中的“名义面积”。 ƒ saˊ— — 用 作 斜 拉 索 主 要 承 拉 构
件的预应力钢材(平行钢丝、钢铰线、 钢筋)的实际极限抗拉强度。
注释:预应力钢材的实际极限抗 拉强度因制造公差的影响,通常均超 过按 ASTM 技术规范规定的最小极限抗 拉强度保证值(GUTS)的 1%~5%。所 有强度均基于 ASTM 相关标准中的“名 义面积”。
2.0 名词术语 2.1 名词
锚具(套筒)——指用来夹持张 拉产生的索力并将该力传递至桥梁的 上部结构或塔身的所有材料以及组装 件。对张拉端锚具和锚固端锚具应区 别对待。
锚固长度——锚固斜拉索张拉元 件的锚具内斜拉索的长度,包括张拉 设备直接连接的锚固元件和楔形锚或 其它 MTE 锚后面的无应力钢绞线的斜 拉索长度。
业主方(政府或公众机构) 设计方(工程师) 承包方(桥梁建设者) 完善的程序反映了组织及合同的 权威性。在别处,合同管理可能不同, 同样地,在设计施工项目上,合同管 理也会不同。 本条例应由具有斜拉桥设计资质 的专业工程师来完成。本条例未规定
的设计程序,其他方法设计出相同安 全及工作性能的方案也是可行的,但 必须满足本条例。
1.1 参考标准和规范 1.1.1 美 国 高 速 公 路 和 运 输 协 会 (AASHTO)
AASHTO《荷载与抗力系数设计:桥梁 设计技术规范》-SI 制
1.1.2 美国检测与材料协会(ASTM) 1.1.3 美国焊接协会(AWS) 1.1.4 加利福尼亚运输部(CALTRANS) 1.1.5 联邦高速公路管理局(FHWA) 1.1.6 国际预应力协会(FIP) 1.1.7 后张法协会(PTI) 1.1.8 SSPC:保护涂层协会
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MUTS——最小极限抗拉强度 PVF——聚氟乙烯
3.0 材料 3.1 概述
本条款包含用作拉索体系预应力 钢材的所有材料。 3.2 主要张拉构件
本条例中所包含的斜拉索的主要 张拉构件应当符合以下技术规定
注释:在美国以外的斜拉桥应当 符合相当的国家技术规范。 3.2.1 钢丝
斜拉桥使用的钢丝应当符合 ASTM A421/A421M 规定,即“预应力 混凝土中无镀层的应力消除钢丝的技 术规定”(BA 型)。
注释:文中所指的用于斜拉桥的 钢绞线都是无焊缝的,而且无焊接接 头。要求低松弛度是因为低松弛钢绞 线有如下优点:(1)试验证明,即使 承受接近破坏荷载的作用,低松弛钢 绞线也会在全部长度范围内保持非常
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好的抗拉强度。(2)钢绞线有比较好 的直度,易于用作斜拉索。
除美国之外,已有几座大型斜拉 桥使用热浸镀锌钢绞线。镀锌钢绞线 由镀锌钢丝(日本)或冷拉镀锌钢丝 (欧洲)制成。镀锌钢丝的优点在于 其巨大的涂量(300g/m2 甚至更多)提 供更好的防腐保护;另一方面,冷拉 镀锌钢丝的优点在于其改进了的疲劳 性能和张拉控制公差。
注释:既然正常工作应力下蠕变 是可以忽略的,所以预应力混凝土中 的应力释放(正常松弛)或低松弛的 钢丝可以应用于斜拉索。
除美国之外,已有几座大型斜拉 桥使用没有低松弛处理的热浸镀锌钢 丝。热浸镀锌过程可以释放钢丝内应 力。目前,ASTM 技术规范中没有关于 适合斜拉索的低松弛镀锌钢丝的规 定。这类钢丝的技术要求有:张拉强 度,1%延伸量时的荷载,伸长量,镀 锌重量,直度,抗疲劳强度。 3.2.1.1 质量控制
疲劳索的 循环次数 拉索试验 拉 索 组
类型
疲劳应力 构 件 试
F. 防腐 制造商出货之前,所有钢丝都应
当无明显腐蚀痕迹。同一炉钢生产的 钢丝产品每 10Mg 随机抽取一根 5m 长 的钢丝留作试验用。将钢丝试样完全
幅 1 疲 劳 应 暴露于空气中(镀锌后),检查其腐蚀
(MPa) 幅 2(MPa 痕迹。若有明显腐蚀,则该试件所代
图 3.1 疲劳安全度准则
从同组试样中再取两个试件重新试
验。如果再次破坏,那么该试件所代
表的钢丝应拒绝验收。
注释:在质量控制测试中,选择
疲劳应力幅值时,可将表 3-1 的数值
绘于双对数坐标纸上,在该图上用直
线内插的方法选择用于实验的应力幅
值和相应的荷载循环次数,以加快试
验速度。(见图 3.1)
表 3-1 疲劳试验应力幅值表
嵌入式护套——与其它护套串联
的护套。 预应力钢材——用作拉索主要受
拉构件的预应力平行钢丝、钢绞线或 粗钢筋,在第 3.0 节有详细的规定。
聚氟乙烯胶带(PVF)——背面由 有光泽的 PVF 玻璃纸带或类似材料制 成的胶带。
鞍座——种允许 MTE 偏离原位, 传递索力给桥梁结构而不破坏 MTE 连 续性的装置(不含无摩擦鞍座)。(参 见 5.7)。
转向器——用来偏离 MTE 两端之 间的过渡长度方向的装置。
外护套——设计条件下暴露在外 部环境中的护套。
自由长度——斜拉索锚具和过渡 装置以外的斜拉索长度,诸如喇叭口、 锚圈,或其它钢绞线导向设备等,过 渡装置影响 MTE。
水泥浆——由普通硅酸盐水泥、 水以及许用的添加剂组成的混合物。
内护套——直接接触 MTE,保护 其免受腐蚀的护套。
F——在疲劳条件下的有效索力 (公式 5-7)
m— — 单 位 长 度 拉 索 质 量 (公 式 5-1)
N——自振频率(公式 5-2) N——365 天×Ny×1 循环×ADTT( 公式 5-6) Ny——以年为单位的斜拉索设计 寿命(5.3.4 节) n——每股斜拉索的钢绞线数目 Qi——效应荷载 r——每根平行钢丝、钢绞线、钢
斜拉索——整个斜拉索体系包括 锚具、主要承拉构件、护套和所有的 防腐保护材料及装置。
护套钢绞线——有防腐保护涂层 以及聚乙烯或聚丙烯材料包裹的的预 应力钢绞线。
套管——斜拉索的外部保护设 备,由高密度聚乙烯(HDPE)管或金 属管组成,或其它材料和形状,套管 起部分防腐系统的作用,和/或控制温 度变化、风雨变化对拉索的影响。
钢 绞 线 3 2×10 6+
或无接头 2×10 6 159
钢筋 4
5×105
1×10 5
平 行 钢 2×10 6+
丝5
2×10 6 194
5×105
1×10 5
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表的钢丝应拒绝验收。
228
302
443
3.2.2 钢绞线
斜拉桥中使用的钢绞线应符合
282
297
ASTM A416/A416M“预应力混凝土中
束横截面的半径 R——鞍座弯曲半径 Rn——名义抵抗力:强度极限状态
为名义破坏强度,正常使用极限状态 为名义屈服强度
S——影响线长度 Ucrit——临界风速 γi——荷载系数:对荷载效应的 放大系数 ΔF——由极限荷载乘以 1.4 后的 应力范围 (ΔF)n——名义疲劳抗力 (ΔF) — TH —恒定振幅下的疲劳 极限 η——与延性、冗余及结构物重 要性有关的系数 ξ——结构固有临界阻尼率 ρ——空气密度 φ——抗力系数:对名义抗力的 放大系数 2.3 缩写 AUTS——实际极限抗拉强度 HDPE——高密度聚乙烯 HDPP——高密度聚丙烯 Mg——兆克(公制“吨”或“公 吨”) 注释:SI 质量单位为千克(kg)。 单位“吨”用于几个较大的质量单位, 并广泛应用于商业和技术中,最大的 吨约 2200 磅,小的取值为 2000 磅, 其中公制吨为 10000kg,约为 2200 吨, 并不是 SI 制单位。 MTE——主要承拉构件
护套——在 MTE 外防止共受腐蚀 的外覆层。护套可以通过物理、化学 或两种方法结合来提供防腐保护。
填充剂——保护 MTE 免受雨水侵 蚀的填料或涂层。
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集中装置——MTE 和外部斜拉索 套管内壁之间的不受力的支承装置, 其作用是将 MTE 束横向固定在斜拉索 套管内。
注释:这些装置一般是螺旋平行 钢丝或塑料垫板装置,用来为水泥浆 和振动控制提供斜拉索护套管和 MTE 束之间的净空。
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