南澳岛跨海大桥斜拉索的破损安全技术应用.doc

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桥梁拉索的破损安全技术，其核心在于，在组成拉索(或系统)的钢丝间形成寿命差：先断者警示—立即拆换，以排除斜拉索骤断毁桥的危险。
研究与应用，经历了三个阶段：
其一，以实现‘断索不毁桥’为目标的，研究破损安全拉索系统(如双吊杆)及其工程应用(图1)。

图1：拉萨柳梧大桥采用破损安全(交叉)双吊杆系统2006年建成
其二，基于‘以应力差实现寿命差’准则，研究破损安全拉索FSC(FailuerSafetyCable)[7～11]及其工程应用。
其三，目前，已进了第三阶段的研究，基于‘以钢丝强度差实现寿命差’准则，研究破损安全拉索FSCM。其内容为:FSCM拉索的构成、设计、工况分析及安全性评估；同时研究开发了FSCM的断丝信号控制技术。

图2：广东汕头南澳跨海工程主桥矮塔斜拉桥
将以广东省南澳跨海工程之矮塔斜拉桥(图2)FSCM拉索的工程为背景，阐明FSCM的基本原理及技术应用。
１FSCM构造与原理
1.1FSCM的原理
FSCM的技术原理：基于‘以强度差，实现寿命差’准则，在通常的拉索中(图3)，分别取不同的破断强度的钢绞线(或钢丝)组成，则钢束(丝)间先后破断：先断者警示，立即拆换，实现破损—安全。
如图3左所示，取定图中黄色钢束为F束，兰色的为S束：S束的破断强度较F束高，则在全截面均匀受力时，F束将先行破断--发出警示，设计保证了这时S束一定不断。

图3：FSCM(左)与常规拉索（右）的构造示意
1.2FSCM的构造
南澳大桥的斜拉索，按施工图设计方案，采用37-Φ15.2环氧喷涂无粘结钢绞线、夹片锚。按FSCM设计时，单根拉索的截面仍然为37-Φ15.2钢绞线，所不同者，为分别取：
F束，取6-Φ15.2钢绞线，其破断强度为1670Mpa，示意如图1左中黄色钢束。
S束，取31-Φ15.2钢绞线，但其破断强度为1960Mpa，示意如图1左中兰色钢束。
1.3FSCM的目标
FSCM的根本目标，在于排除拉索骤断毁桥的危险，实现的方式为：
1.3.1断丝不断索，分析和实验均表明，上述之FSCM可实现断丝不断索，断丝警示，拉索随断（F束）随换，断一换一。
勿需如常规拉索的‘疑断就换’；勿需‘三年一检测、十(或二十)年一拆换’。
1.3.2拉索成本，与常规拉索相比不改变构造、不增加材料、工艺相同、造价相近，全寿命成本分析详5.2。
1.3.3与通常拉索构造、工艺相同，拉索钢绞线(或丝)破断信号，实时、自动检索、发送，随时查阅。
勿须现行的健康检测(或监测)和不确定的寿命预测。
２断丝信号控制系统
《断丝信号自动检索控制系统》(简称FSADS)的功能在于：对监控对象FSCM的断丝讯息，进行实时采集、加工和自动发输；即时提供断丝信号及其警示。
2.1FSADS系统组成
《断丝信号自动检索控制系统》，包括成套硬件及相应的软件：信号采集、传送、处理、发输及接收环节（如以下框图所示）。系统布置如图2：
FSCM系统→断束信号采集→PLC数据处理→数据传送→管理中心

图4：FSADS系统示意
2.1.1信号采集，在图l左的索端布设拉索断丝信采集器，即图3中之A单元，其引出导线与桥头控制箱连接。
2.1.2信号搜集与发送，众多信号汇集到PLC的输入模块，经终端处理后，迅即发送。如图３之B单元。
2.1.3管理中心，通过无线网络发送断丝信息，管理中心的接收器即可接收、显示。即图3之D单元。同时亦可以手机短信方式告知管理者。
2.2系统建设与成本
2.2.1系统开发，系统硬软件设备及配套软件开发，均已完成，并经组装演示。
2.2.2系统成本，相当于普通拉索的2～3次常规检测费用。
３FSCM的设计分析
现对南澳大桥FSCM的设计分析的主要内容简述如次。
3.1FSCM单索的计算分析
基于‘以强度差实现寿命差’准则，设计的南澳大桥FSCM斜拉索，如l.2节所述。设计分析成果汇集如表1。
3.1.1FSCM的单索工况分析，单索分析工况包括：
①恒载工况，恒载调索工况，分别计算了F束及S束之安全系数：表1‘调索后’一栏斜线以左的数据。。
②最大受力工况，为活载最大受力加恒载工况，分别计算F与
S之安全系数，即表L.1‘调索后’栏斜线以右的数据。
与常规拉索校核之不同处，在于F与S的破断强度不同，因此安全系数各异;但与通常的设计校核一样，其容许安全系数，需按相应规范取定。
3.1.2FSCM的工况分析，如表1，分析了拉索FSCM的各工况安全性：
①F破断瞬时工况，F破断时刻，将由S单独承载，并计及F对S的突加冲击因素，进行安全性校核，相应的最小安全系数，参照相关规范临时受载的组合取定。
②F破断后工况，当F破断退出工作后，按S单独承载进行校核。其名义安全系数，不小于设计最小值。
以上二种工况，均计入了活载的作