横截面变化的主缆单元索股预成型方法与流程

本发明涉及用于悬索桥的缆索领域，具体为一种横截面变化的主缆单元索股预成型方法。

背景技术：

悬索桥主缆采用PPWS（即预制平行钢丝束股）法架设，即由若干根单元索股构成主缆，每一根单元索股都是由几十根至上百根的高强度镀锌钢丝组成横截面呈六边形的集束。悬索桥桥面的载荷通过主缆传递到桥塔，悬索桥的桥塔顶端一般设置主索鞍与主缆接触，并与主缆位置固定。为增加主缆与主索鞍之间的接触面积，主缆单元索股在主索鞍内需被整型成横截面为矩形的索股。

单元索股被整成矩形并入主索鞍的过程称为“整型入鞍”，目前整型入鞍都是在悬索桥桥塔顶部实施作业，由于单元索股出厂时都是六边形的状态，因此作业时需要由人工在桥塔顶部进行现场整型入鞍操作，操作时需要人工完成散开索股、重新编丝、整方、入鞍等步骤，由于现场条件有限，操作时相当困难，而且现场操作对钢丝的损害非常大：整型过程中反复敲击、刮擦和锤击会严重破坏钢丝及其镀锌层，使得鞍座部位的主缆钢丝被破坏，影响单元索股的防腐性以及耐久性，甚至造成个别钢丝过早失效；悬索桥主缆单元索股的形状是六边形的，而在现场架设主缆索股时，单元索股需要在架设现场由六边形人工整形成矩形后方能放放入主索鞍的槽栅格，人工整形时往往会损伤钢丝镀层影响镀层防腐性能，同时降低质量和功效。

目前，悬索桥施工时采用的人工整型入鞍方式受到诸多不利因素的影响： 1. 人工作业需要大量的时间操作，且受天气及各种环境因素影响大，影响工期；2. 作业人员的劳动强度大，在鞍座部位缺乏足够的作业空间，现场携带的工具简陋，作业人员劳动强度大，且难以保证作业质量；3. 需长时间的高空作业，安全隐患大。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺陷，提供一种作业便捷安全、缩短作业周期、索股质量高的缆索施工方法，本发明公开了一种横截面变化的主缆单元索股预成型方法。

本发明通过如下技术方案达到发明目的：

一种横截面变化的主缆单元索股预成型方法，包括通过生产线制作横截面为正六边形的主缆单元索股，其特征是：还包括如下步骤：

a. 箍索股：当主缆单元索股的长度达到主缆单元索股上和主索鞍的配合处的过渡区时，在过渡区外套设卡箍以使主缆单元索股定型，卡箍箍在主缆单元索股过渡区的外侧面上，卡箍的内侧面和主缆单元索股的外侧面相匹配；

b. 初箍索：当主缆单元索股的长度达到主缆单元索股上和主索鞍的配合处的过渡区时，在过渡区外箍设甲型卡箍并包上缠绕带以使主缆单元索股定型，定型夹箍内腔的横截面为正六边形并和横截面为正六边形的主缆单元索股的横截面互相匹配，甲型夹箍由甲型上箍和甲型下箍拼合而成，初箍索时，先将甲型上箍卡在主缆单元索股的外侧面上，接着在上箍和主缆单元索股的外侧面上包上缠绕带，然后将甲型下箍卡在主缆单元索股的外侧面上并和包上了缠绕带的甲型上箍拼合成甲型夹箍，再在甲型夹箍的外侧面上也包上缠绕带；

c. 挑丝：用分丝插片装置挑丝，所述的分丝插片装置包括分丝底座、U型插片槽、夹紧块和插片，U型插片槽由两根立杆垂直地固定在底板的两端构成，U型插片槽以开口向上的方式通过底板固定在分丝底座上，两根立杆同侧的外侧面上分别开有水平的钢丝槽，钢丝槽沿立杆的垂直方向依次设置，两根立杆上钢丝槽的数量相等，且一根立杆上的每个钢丝槽都和另一根立杆上的一个钢丝槽齐平并位于同一水平面上；夹紧块的两端分别固定在两根立杆的顶端，U型插片槽两根立杆之间、底板上方和夹紧块下方围成的空间为分丝空间；插片的两端分别嵌入一个钢丝槽内，相邻的插片依次平行；

挑丝时，将分丝底座固定在所述生产线上，主缆单元索股垂直地穿过U型插片槽和夹紧块围成的分丝空间，根据需要分丝的主缆单元索股的钢丝的层数选择数量匹配的插片，插片沿立杆的垂直方向依次插入所述的分丝空间，使插片的两端分别嵌入一个钢丝槽内，注意插片两端的钢丝槽应位于同一水平面，逐层地插入插片，使所有主缆单元索股的钢丝都根据层次要求和数量要求依次嵌在相邻两层的插片之间，即完成了对主缆单元索股的挑丝作业；

d. 填充：断取钢丝填充在横截面为矩形的主缆单元索股的上层空缺处；

e. 收口：完成再箍索的主缆单元索股经牵引穿过收口模，收口模的中部开有索股孔，索股孔和横截面为矩形的主缆单元索股的横截面互相匹配，主缆单元索股从索股空内穿出完成收口；

f. 再箍索：主缆单元索股从所述整形装置输出后，在主缆单元索股外箍上乙型夹箍并包上缠绕带，乙型夹箍内腔的横截面为矩形并和横截面为矩形的主缆单元索股的横截面互相匹配，乙型夹箍由乙型上箍和乙型下箍拼合而成，再箍索时，先将乙型上箍卡在主缆单元索股的外侧面上，接着在乙型上箍和主缆单元索股的外侧面上包上缠绕带，然后将乙型下箍卡在主缆单元索股的外侧面上并和包上了缠绕带的乙型上箍拼合成乙型夹箍，再在乙型夹箍的外侧面上也包上缠绕带。

所述的横截面变化的主缆单元索股预成型方法，其特征是：步骤c挑丝时，设主缆单元索股中钢丝的直径为a，相邻插片之间的间距为b，则b∈[a,1.5a]。

所述的横截面变化的主缆单元索股预成型方法，其特征是：在步骤e收口和步骤f再箍索之间，还包括步骤e.1紧固：用鱼类形夹具紧固，所述的鱼雷形夹具包括上夹体、下夹体、螺栓组件和手柄，上夹体的横截面为开口向下的“凹”字形，上夹体外侧面的两侧各设有至少一个上沉孔台阶，每个上沉孔台阶的底部都开有上通孔，上通孔的底端和上夹体的底端面贯通，上通孔设于上夹体开口的两侧；下夹体的横截面为开口向上的“凹”字形，下夹体外侧面的两侧各设有至少一个下沉孔台阶，每个下沉孔台阶的底部都开有下通孔，下通孔的顶端和下夹体的顶端面贯通，下通孔设于下夹体开口的两侧；上夹体外侧面的顶部设有手柄孔；上夹体的底端面和下夹体的顶端面贴合，贴合后上夹体的开口和下夹体的开口拼合成横截面为矩形形的通孔；贴合后每个上通孔的底端都和一个下通孔的顶端对齐且拼合，随后每一对上通孔和下通孔都用一根螺栓组件连接紧固，螺栓组件包括螺栓、螺母和垫片，螺栓组件中螺栓的螺帽抵在上沉孔台阶上，螺栓组件中的垫片抵在下沉孔台阶上；手柄为“L”形，手柄的一端插入上夹体外侧面顶部的手柄孔内；

紧固时，根据情况选择合适横截面的上夹体和下夹体，随后将上夹体和下夹体套设在索股外，使上夹体的底端面和下夹体的顶端面贴合，并使索股套在贴合后上夹体开口和下夹体开口拼合成的横截面为矩形的通孔内，用螺栓组件连接紧固上夹体和下夹体，并用手柄夹紧上夹体和下夹体，使索股夹在上夹体和下夹体之间横截面为矩形的通孔内；使用时需有一人跟随操作，矩形通孔的所述的鱼雷形夹具可仅用于主索鞍处，在索股过塔前安装，防止索股在过主塔时由于巨大的应力而使横截面变形。

所述的横截面变化的主缆单元索股预成型方法，其特征是：步骤e.1紧固时，上夹体和下夹体这两者外侧面的两端都为半锥形面，上夹体的底端面和下夹体的顶端面贴合后上夹体和下夹体这两者外侧面的两端都为锥形面。

所述的横截面变化的主缆单元索股预成型方法，其特征是：所述生产线制作的横截面为正六边形的主缆单元索股的钢丝数量按下式确定：N=3k²-3k+1——(a)，式(a)中：N为主缆单元索股的钢丝数量，k为正整数，

主缆单元索股的钢丝排列时，共分成(2k-1)行排列，其中中间一行排列(2k-1)根钢丝，从中间向两侧依次递减一根钢丝排列，相邻两行的钢丝交错排列；

步骤d填充完成后，横截面为矩形的主缆单元索股的钢丝数量按如下所述确定：设互相垂直的两边钢丝的数量分别为i和j，则i∈[j,1.5j]，除最上方一行的钢丝外，其余相邻两行钢丝的数量相等或相差1根，且间隔一行的两行钢丝的数量相等，最上方一行钢丝的数量和与之相邻的一行钢丝的数量相等。

本发明将主缆单元索股的六边形改矩形工序提前到工厂内进行，避免了索股在现场“整型入鞍”，提高了架设效率，减小了现场施工难度；本发明有利于索鞍处索股形状的保持，使索股钢丝排列得到了控制，减小了乱丝的可能性，采用鱼雷夹等措施，还可改善矩形截面的变形问题。

本发明不仅便于现场放索施工，还可以根据悬索桥主缆的线性，对悬索桥主缆索股进行预弯。悬索桥主缆的成桥线性并不是一个直线，多数是一个M形的曲线，索股弯曲的部分外部钢丝受拉应力比内部钢丝大，钢丝受力不均，不利于索股长寿命。本发明可根据弯曲部位的弧度，计算出内外层钢丝理论上存在的长度差，通过设置多根标准长度钢丝，在索股内各层钢丝之间设置长度差，使索股内各根钢丝的受力趋于一致。

本发明的有益效果是：作业便捷安全，缩短作业周期，索股质量高，使用寿命长。

附图说明

图1是本发明中通过生产线制作的横截面为正六边形的主缆单元索股的横截面示意图；

图2是本发明中步骤a箍索股的示意图；

图3是本发明中步骤b初箍索的示意图；

图4是本发明中步骤c挑丝时未插入插片时的主视图；

图5是本发明中步骤c挑丝时未插入插片时的右视图；

图6是本发明中步骤c挑丝时插入插片后的主视图；

图7是本发明中步骤c挑丝的主视图；

图8是本发明中步骤d填充的主视图；

图9是本发明中步骤e收口的示意图

图10是发明中步骤e.1紧固时鱼类形夹具上夹体和下夹体拼合后的主视图；

图11是发明中步骤e.1紧固时鱼类形夹具上夹体和下夹体拼合后的俯视图；

图12是发明中步骤e.1紧固时鱼类形夹具上夹体和下夹体拼合后的左视图；

图13是发明中步骤e.1紧固时鱼类形夹具上夹体和下夹体拼合后左视方向的剖视图；

图14是发明中步骤e.1紧固时鱼类形夹具上夹体和下夹体拼合紧固后的主视图；

图15是发明中步骤e.1紧固时鱼类形夹具上夹体和下夹体拼合紧固后左视方向的俯视图；

图16是本发明中步骤f再箍索的示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施例进一步说明本发明。

实施例1

一种横截面变化的主缆单元索股预成型方法，包括通过生产线制作横截面为正六边形的主缆单元索股10，如图1所示：所述的横截面为正六边形的主缆单元索股10的钢丝数量按下式确定：N=3k²-3k+1——(a)，式(a)中：N为主缆单元索股10的钢丝数量，k为正整数，本实施例k取6，则N=91，即横截面为正六边形的主缆单元索股10的钢丝数量为91根，主缆单元索股10的钢丝排列时，共分成(2k-1)即11行排列，其中中间一行排列(2k-1)即11根钢丝，从中间向两侧依次递减一根钢丝排列，相邻两行的钢丝交错排列，将91根钢丝按从上排至下排每排从左至右的顺序依次编为1#～91#；

随后按如下所述依次实施：

a. 箍索股：当主缆单元索股的长度达到主缆单元索股上和主索鞍的配合处的过渡区时，如图2所示：在过渡区外套设卡箍11以使主缆单元索股10定型，卡箍11箍在主缆单元索股10过渡区的外侧面上，卡箍11的内侧面和主缆单元索股10的外侧面相匹配；

b. 初箍索：当主缆单元索股10的长度达到主缆单元索股10上和主索鞍的配合处的过渡区时，如图3所示：在过渡区外箍设甲型卡箍11并包上缠绕带20以使主缆单元索股10定型，定型夹箍11内腔的横截面为正六边形并和横截面为正六边形的主缆单元索股10的横截面互相匹配，甲型夹箍11由甲型上箍111和甲型下箍112拼合而成，初箍索时，先将甲型上箍411卡在主缆单元索股10的外侧面上，接着在上箍111和主缆单元索股10的外侧面上包上缠绕带20，然后将甲型下箍112卡在主缆单元索股10的外侧面上并和包上了缠绕带20的甲型上箍111拼合成甲型夹箍11，再在甲型夹箍11的外侧面上也包上缠绕带20；

c. 挑丝：用分丝插片装置挑丝，所述的分丝插片装置如图4～图6所示：包括分丝底座21、U型插片槽22、夹紧块23和插片24，U型插片槽22由两根立杆221垂直地固定在底板222的两端构成，U型插片槽22以开口向上的方式通过底板222固定在分丝底座21上，两根立杆221同侧的外侧面上分别开有水平的钢丝槽223，钢丝槽223沿立杆221的垂直方向依次设置，两根立杆221上钢丝槽223的数量相等，且一根立杆221上的每个钢丝槽223都和另一根立杆221上的一个钢丝槽223齐平并位于同一水平面上；夹紧块23的两端分别固定在两根立杆221的顶端，U型插片槽22两根立杆221之间、底板222上方和夹紧块23下方围成的空间为分丝空间；插片24的两端分别嵌入一个钢丝槽223内，相邻的插片24依次平行；设主缆单元索股10中钢丝的直径为a，相邻插片24之间的间距为b，则b∈[a,1.5a]；

挑丝时，如图7所示：将分丝底座21固定在所述生产线上，主缆单元索股垂直地穿过U型插片槽22和夹紧块23围成的分丝空间，根据需要分丝的主缆单元索股10的钢丝的层数选择数量匹配的插片24，插片24沿立杆221的垂直方向依次插入所述的分丝空间，使插片24的两端分别嵌入一个钢丝槽223内，注意插片24两端的钢丝槽223应位于同一水平面，逐层地插入插片24，使所有主缆单元索股10的钢丝都根据层次要求和数量要求依次嵌在相邻两层的插片24之间，即完成了对主缆单元索股的挑丝作业；

d. 填充：如图8所示：断取钢丝101填充在横截面为矩形的主缆单元索股10的上层空缺处；

步骤d填充完成后，横截面为矩形的主缆单元索股10的钢丝数量按如下所述确定：设互相垂直的两边钢丝的数量分别为i和j，则i∈[j,1.5j]，除最上方一行的钢丝外，其余相邻两行钢丝的数量相等或相差1根，且间隔一行的两行钢丝的数量相等，最上方一行钢丝的数量和与之相邻的一行钢丝的数量相等；

本实施例中：横截面为矩形的主缆单元索股10共分11层，最上层和次上层的钢丝数量都为9根，从次上层起，相邻两行钢丝的数量相差1根而间隔一行的两行钢丝的数量相等，即有6层钢丝数量为9根，有5层钢丝数量为8根，横截面为矩形的主缆单元索股10共有94根，即需额外填充3根钢丝；

e. 收口：如图9所示：完成再箍索的主缆单元索股10经牵引穿过收口模5，收口模5的中部开有索股孔51，索股孔51和横截面为矩形的主缆单元索股10的横截面互相匹配，主缆单元索股10从索股空51内穿出完成收口；

e.1紧固：用鱼类形夹具紧固，所述的鱼雷形夹具如图10～图15所示：包括上夹体611、下夹体612、螺栓组件605和手柄606，上夹体611的横截面为开口向下的“凹”字形，上夹体611外侧面的两侧各设有至少一个上沉孔台阶621，每个上沉孔台阶621的底部都开有上通孔631，上通孔631的底端和上夹体611的底端面贯通，上通孔631设于上夹体611开口的两侧；下夹体612的横截面为开口向上的“凹”字形，下夹体612外侧面的两侧各设有至少一个下沉孔台阶622，每个下沉孔台阶22的底部都开有下通孔632，下通孔632的顶端和下夹体612的顶端面贯通，下通孔632设于下夹体612开口的两侧；上夹体611外侧面的顶部设有手柄孔604；上夹体611的底端面和下夹体612的顶端面贴合，贴合后上夹体611的开口和下夹体612的开口拼合成横截面为矩形形的通孔；贴合后每个上通孔631的底端都和一个下通孔632的顶端对齐且拼合，随后每一对上通孔631和下通孔632都用一根螺栓组件605连接紧固，螺栓组件605包括螺栓、螺母和垫片，螺栓组件605中螺栓的螺帽抵在上沉孔台阶621上，螺栓组件605中的垫片抵在下沉孔台阶622上；手柄606为“L”形，手柄606的一端插入上夹体611外侧面顶部的手柄孔604内；上夹体611和下夹体612这两者外侧面的两端都为半锥形面，上夹体611的底端面和下夹体612的顶端面贴合后上夹体611和下夹体612这两者外侧面的两端都为锥形面；为简便清晰起见，图10～图14中手柄606都未画出；

紧固时，根据情况选择合适横截面的上夹体611和下夹体612，随后将上夹体611和下夹体612套设在索股外，使上夹体611的底端面和下夹体612的顶端面贴合，并使索股套在贴合后上夹体611开口和下夹体612开口拼合成的横截面为矩形的通孔内，用螺栓组件605连接紧固上夹体611和下夹体612，并用手柄606夹紧上夹体611和下夹体612，使索股夹在上夹体611和下夹体612之间横截面为矩形的通孔内；使用时需有一人跟随操作，矩形通孔的所述的鱼雷形夹具可仅用于主索鞍处，在索股过塔前安装，防止索股在过主塔时由于巨大的应力而使横截面变形；

f. 再箍索：主缆单元索股10从所述整形装置输出后，如图16所示：在主缆单元索股10外箍上乙型夹箍41并包上缠绕带20，乙型夹箍41内腔的横截面为矩形并和横截面为矩形的主缆单元索股10的横截面互相匹配，乙型夹箍41由乙型上箍411和乙型下箍412拼合而成，再箍索时，先将乙型上箍411卡在主缆单元索股10的外侧面上，接着在乙型上箍411和主缆单元索股10的外侧面上包上缠绕带20，然后将乙型下箍412卡在主缆单元索股10的外侧面上并和包上了缠绕带20的乙型上箍411拼合成乙型夹箍41，再在乙型夹箍41的外侧面上也包上缠绕带20。