1Required Course for Undergraduate Students主讲人：孙晓颖主讲人：孙晓颖哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学Cables for Civil EngineeringCables for Civil Engineering建 筑 缆 索张力结构之二古埃及壁画上的制索景象? 第一根钢丝绳的诞生?德国人阿尔伯特德国人阿尔伯特于于1835年发明；年发明；?是一个由三个股构成的是一个由三个股构成的18毫米直径的钢丝绳，每 个股由四根直径毫米直径的钢丝绳，每 个股由四根直径3.5毫米的铁丝捻成。整个捻制是 由手工完成的。毫米的铁丝捻成。整个捻制是 由手工完成的。? 进一步发展16 结构的绳股1612 结构 的绳股西鲁结构绳股1.建筑缆索分类A Taxonomy of Cables?力学意义上的“索”?理想柔性，即不能受压，也不能抗弯；?截面尺寸与构件长度相比十分微小，在计算中可不 考虑截面的抗弯刚度。建筑用索建筑用索钢丝缆索劲性索高强钢棒?物理意义上的“索”带钢钢绞线平行钢丝束钢丝绳型钢2?高强钢丝high tensile strength wire?高强钢丝是由经过退火处理的优质碳钢盘条（碳含量 在高强钢丝是由经过退火处理的优质碳钢盘条（碳含量 在0.5%以上）经多次连续冷拔而成。以上）经多次连续冷拔而成。?冷拔是将钢筋通过硬质合金模孔拉拔，此时钢筋不 仅受拉还受到挤压作用，因而比纯冷拉作用强烈。?冷拔能提高屈服强度4060，但塑性大大降低。OOD未冷拉OBADC111KKC冷拉经时效冷拉无时效? 高强钢丝的力学性能Mechanical properties of HTSW?高强钢丝的抗拉强度一般为高强钢丝的抗拉强度一般为13701860Mp，伸长 率为，伸长 率为5%6%，直径规格为，直径规格为39mm。?钢丝越细，制造工艺越高，缺陷率越低，抗拉强 度越高，同时，绞合成的钢索也越柔软，施工更 方便，在钢索弯曲部位的受力也更为均匀。钢丝越细，制造工艺越高，缺陷率越低，抗拉强 度越高，同时，绞合成的钢索也越柔软，施工更 方便，在钢索弯曲部位的受力也更为均匀。?结构用缆索一般对柔软性的要求不高，但要求耐 腐蚀性要好，故宜选用较粗直径钢丝制造。结构用缆索一般对柔软性的要求不高，但要求耐 腐蚀性要好，故宜选用较粗直径钢丝制造。2.5 %8 %20441330 14101250 13301570 16707.02.5 %8 %15441330 14101250 13301570 16705.0II级 松弛级 松弛I级 松弛级 松弛II级 松弛级 松弛I级 松弛级 松弛1000h应力 损失应力 损失弯曲半 径弯曲半 径 ( mm )次数次数 /180松弛率松弛率弯曲次数弯曲次数伸长率伸长率, % L0=250mm屈服强度屈服强度 ( MPa )公称抗 拉强度公称抗 拉强度 ( MPa )公称 直径公称 直径 (mm)高强钢丝的力学性能摘自建筑缆索用钢丝CJ 3077-1998 ?由多根高强钢丝呈螺旋形绞合而成。由多根高强钢丝呈螺旋形绞合而成。? 钢绞线Spiral Strand1+6+12+18+241611+6+12+181371+6+121191+617? 钢绞线的捻制Lays of Spiral Strand?钢绞线的捻制方向有左捻和右捻之分。钢绞线的捻制方向有左捻和右捻之分。?多层钢绞线的最外层钢丝的捻向应与相 邻内层钢丝的捻向相反。？多层钢绞线的最外层钢丝的捻向应与相 邻内层钢丝的捻向相反。？?钢绞线受拉时，中央钢丝应力最大，外层钢丝的 应力与其捻角大小有关。钢绞线受拉时，中央钢丝应力最大，外层钢丝的 应力与其捻角大小有关。?钢绞线的抗拉强度比单根钢丝降低钢绞线的抗拉强度比单根钢丝降低10%20%， 弹性模量比钢丝降低， 弹性模量比钢丝降低15%35%。? ?截面含钢率较高，可达到截面含钢率较高，可达到85%以上（普通钢绞线 一般为以上（普通钢绞线 一般为75%左右），因而张拉刚度（左右），因而张拉刚度（EA）较高。）较高。?由于外层异形钢丝的紧密联结作用，使得密封钢 绞线的耐腐蚀和耐磨损性能均有所提高。由于外层异形钢丝的紧密联结作用，使得密封钢 绞线的耐腐蚀和耐磨损性能均有所提高。?由于异形钢丝不能冷拔到圆形钢丝的强度，因此 密封式钢绞线的破断强度要低于普通钢绞线；价 格也要比普通钢绞线略高。由于异形钢丝不能冷拔到圆形钢丝的强度，因此 密封式钢绞线的破断强度要低于普通钢绞线；价 格也要比普通钢绞线略高。? 密封钢绞线（密封钢丝绳）Locked coil type wire rope3? 钢丝绳Wire Rope钢丝绳构造麻芯钢芯?由多股钢绞线围绕一核心 绳（芯）捻制而成。由多股钢绞线围绕一核心 绳（芯）捻制而成。?根据核心绳的材质不同可 分为麻芯和钢芯。根据核心绳的材质不同可 分为麻芯和钢芯。?结构用索应采用金属芯。结构用索应采用金属芯。?常用钢丝绳断面形式有 77和719两种。常用钢丝绳断面形式有 77和719两种。钢丝绳的各种捻法兼具以上两种方法的优点，但是制造 困难。主要用于起重设备中。混合捻兼具以上两种方法的优点，但是制造 困难。主要用于起重设备中。混合捻 Alternate Lay 钢丝间接触较好，表面比较平滑，柔 软性好，耐磨损，使用寿命长；但是 容易松散和扭折。主要用于开采和挖 掘设备中。同向捻钢丝间接触较好，表面比较平滑，柔 软性好，耐磨损，使用寿命长；但是 容易松散和扭折。主要用于开采和挖 掘设备中。同向捻 Lang Lay 是一种最常用的钢丝绳捻制方式。优 点是不易松散和扭折，且承受横向压 力的能力比同向捻要好；缺点是不够 柔软，使用寿命短。结构用钢丝绳多 为此种。交互捻是一种最常用的钢丝绳捻制方式。优 点是不易松散和扭折，且承受横向压 力的能力比同向捻要好；缺点是不够 柔软，使用寿命短。结构用钢丝绳多 为此种。交互捻 Regular Lay 特点示意图捻法?钢丝绳的优点是比较柔软，施工安装方便，特别 适用于需要弯曲且曲率较大的非主要受力构件。钢丝绳的优点是比较柔软，施工安装方便，特别 适用于需要弯曲且曲率较大的非主要受力构件。?由于其截面含钢率偏低（仅为由于其截面含钢率偏低（仅为60%左右），且钢 丝的缠绕重复次数较多，捻角也较大，因而强度 和弹性模量均低于钢绞线。左右），且钢 丝的缠绕重复次数较多，捻角也较大，因而强度 和弹性模量均低于钢绞线。?研究表明，钢丝绳的弹性模量比单根钢丝降低研究表明，钢丝绳的弹性模量比单根钢丝降低 50%60%。? 钢丝绳的力学特性Mechanical properties of wire rope? 平行钢丝束Parallel Wire Bundle?是由若干相互平行的钢丝压制集束或外包防腐护套制 成，断面呈圆形或正六角形是由若干相互平行的钢丝压制集束或外包防腐护套制 成，断面呈圆形或正六角形; ?常用制索钢丝直径有常用制索钢丝直径有5mm和和7mm两种，采用光面钢丝 或镀锌钢丝；钢丝呈蜂窝状排列，根数有两种，采用光面钢丝 或镀锌钢丝；钢丝呈蜂窝状排列，根数有7根、根、19根、根、 37根、根、61根等。根等。?平行钢丝束的优点平行钢丝束的优点?钢丝结构紧凑钢丝结构紧凑?受力均匀受力均匀?接触应力低接触应力低?能够充分发挥高强钢丝材料的轴向抗拉强度能够充分发挥高强钢丝材料的轴向抗拉强度?弹性模量与单根钢丝接近弹性模量与单根钢丝接近?平行钢绞线束（平行钢绞线束（Parallel Strand Bundle）组成单元数量减少，因而加工较为方便；同时由于每股钢绞线是由若干根细直径钢丝组成，因而材料 的极限抗拉强度不会降低，甚至有所提高。组成单元数量减少，因而加工较为方便；同时由于每股钢绞线是由若干根细直径钢丝组成，因而材料 的极限抗拉强度不会降低，甚至有所提高。?半平行钢丝拉索（半平行钢丝拉索（Parallel Wire Strand）这种缆索的运输和施工比平行钢丝束方便，目前已基本替代平行钢丝束。这种缆索的运输和施工比平行钢丝束方便，目前已基本替代平行钢丝束。? 大直径平行钢丝束的制作Parallel Wire Bundle4? 结构用缆索的选用结构用缆索的选用The conditions that rope should satisfy?高截面含钢率；高截面含钢率；?低延伸率；低延伸率；?扭转稳定性扭转稳定性: 拉索在受弯、受扭状态下，各 钢丝间表现出的整体工作性能。拉索在受弯、受扭状态下，各 钢丝间表现出的整体工作性能。?耐腐蚀性和耐磨损性；耐腐蚀性和耐磨损性；三种典型的钢丝缆索力学特性比较好好差扭转稳定性扭转稳定性181013002000张拉刚度张拉刚度EA （106N）14.517.520.4强重比 （强重比 （km）987980自重 （自重 （kg/m）13.913.216.0极限承载力 （极限承载力 （106N）密封式钢丝绳钢绞线半平行钢丝拉索? 建筑用钢拉杆（高强度钢棒）?2.05105?27 (-20)?19?610?460弹性模量弹性模量 (MPa)冲击强度冲击强度 (J)伸长率伸长率 (%)抗拉强度抗拉强度 (Mpa)屈服强度屈服强度 (Mpa)高强度钢棒的力学性能?钢棒在韧性、疲劳寿命、整体性、防火防腐性能 方面均要优于钢丝缆索体系；而且易于吊运安装 和测力，易于与不同构件连接。钢棒在韧性、疲劳寿命、整体性、防火防腐性能 方面均要优于钢丝缆索体系；而且易于吊运安装 和测力，易于与不同构件连接。?高强度钢棒的应用?预张拉预张拉2.建筑缆索制作 Manufacture of Cables预拉力一般取极限强 度的50%55%，持荷时 间0.52h。 高强钢索的拉伸曲线预张拉后的索 应力预张拉后的索 应力-应变曲线应变曲线预张拉前的索 应力预张拉前的索 应力-应变曲线应变曲线1 松弛阶段，构造伸长松弛阶段，构造伸长2 弹性阶段，弹性伸长弹性阶段，弹性伸长3 极限状态，塑性伸长极限状态，塑性伸长?下料?“应力应力”下料法下料法在一定拉应力状态（在一定拉应力状态（ 200300N/mm2）下号 料，以消除非弹性因素对长度的影响；）下号 料，以消除非弹性因素对长度的影响；?钢索的切断钢索的切断应采用切割机或摩擦圆锯片，切忌采用电弧切割或气切割。应采用切割机或摩擦圆锯片，切忌采用电弧切割或气切割。5? 防护?镀锌镀锌有热镀和电镀两种。镀层厚度一般在有热镀和电镀两种。镀层厚度一般在2540m，单 位面积锌重量为，单 位面积锌重量为190350g/m2。?树脂防护套法树脂防护套法采用高密度聚乙烯或环氧树脂在钢索外面形成密封 的隔离层，以阻止高强钢丝与外界环境的接触。采用高密度聚乙烯或环氧树脂在钢索外面形成密封 的隔离层，以阻止高强钢丝与外界环境的接触。?表面喷涂表面喷涂采用矿质化合物或合成腊，融化后喷涂在钢索表 面，形成隔离层。采用矿质化合物或合成腊，融化后喷涂在钢索表 面，形成隔离层。The End !