137悬索桥主缆除湿系统研究

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1、悬索桥主缆除湿系统研究解放军理工大学缪小平彭关中贾代勇范良凯隋鲁彦摘要简述了国内外悬索桥主缆防腐蚀传统技术及其缺点，论述了悬索桥主缆通干燥空气除湿防腐新技术，通过送气管和送气罩将干空气送入主缆空隙，干空气在主缆空隙内流动，带走主缆内的水分，干空气变成湿空气从排气罩排出，降低主缆内空气相对湿度，从而避免主缆钢丝腐蚀。重点阐述了悬索桥主缆除湿系统设计方法，分析了除湿系统设计需要考虑的主要因素，探讨了相关设计参数的取值范围；对某待建悬索桥设计了主缆除湿系统，确定了合理的送气长度、干燥时间、送气流量及送气压力，并对主缆除湿系统进行了设备选型。关键词悬索桥主缆腐蚀除湿系统通风干燥1引言悬索桥

2、造型优美，跨越能力大，是大跨径和特大跨径首选桥梁的结构形式。悬索桥主要由主塔、锚碇、鞍座、主缆、吊索、桥面承载梁体及附件构成，设计寿命一般为100年。主缆是悬索桥的主要受力构件之一，是不可更换构件，因此，被称为悬索桥的“生命线”。主缆长期暴露在大气环境中，经受着各种不利环境的侵蚀，导致主缆钢丝易产生腐蚀。主缆钢丝腐蚀严重地危及到悬索桥的安全性，腐蚀减少了有效的索股面积和强度。美国纽约市运输局在最近出版的一份关于悬索桥缆索状况的报告中得出结论：“由于腐蚀，纽约市区的几乎所有大型悬索桥都存在强度损失的问题，主缆强度损失的范围从微乎其微到约35％(Williamsburg桥)”。从国外多

3、座悬索桥主缆缠丝打开检查的过程中发现，主缆表面均产生了较为严重的锈蚀，锈蚀发生在主缆表面与缠绕钢丝接触的部位和一些索股的内层，主要分布在主缆侧面和底部；传统的主缆腐蚀防护技术只能减缓腐蚀速度，而不能彻底阻止腐蚀。日本从1994年开始进行主缆除湿系统的研究，通过罗茨鼓风机将干燥空气送入主缆，降低主缆内空气相对湿度，有效地阻止了主缆钢丝腐蚀。主缆除湿系统能彻底阻止主缆钢丝的腐蚀，提高主缆钢丝的使用寿命，进而提高全桥的使用寿命，是悬索桥主缆防护技术的发展方向。2主缆防腐传统技术及缺点悬索桥主缆钢丝腐蚀防护传统方法的原理是通过“防护腻子+缠绕钢丝+外防护涂层”的方式来进行防腐的[1]，主要

4、采用以下三种方法：一是圆钢丝缠绕涂层法（19世纪40年代早期由JohnReobling开发）；二是合成护套防护法（20世纪60年代早期由Bethlehem钢铁公司和DuPont化学公司开发）；三是S形缠绕钢丝代替圆形钢丝。防护腻子容易出现开裂和氧化等现象，嵌缝材料直接暴露于大气中，易产生老化开裂现象；外涂装材料在空气中也容易出现老化开裂。主缆架设过程中雨水和水气的侵入以及大桥使用过程中空气中的水分通过开裂位置及钢丝缠绕层的裂缝侵入主缆内，水分在主缆内因外界气温上升而汽化、因外界气温下降而在主缆表面大范围凝结，这种易生锈状态反复进行，导致了主缆的腐蚀。传统的防腐方法无法从本质上阻止腐

5、蚀的发生，只是减缓了腐蚀的速度；要阻止主缆钢丝腐蚀的发生，只有将主缆内的水分排出，确保主缆内的空气环境不会引起钢丝腐蚀。3主缆除湿系统主缆除湿系统的目的是降低主缆内部的相对湿度，使主缆处于一个相对封闭、干燥的环境中，避免主缆内的钢丝锈蚀。国内的润扬长江公路大桥的主缆是由直径5.3mm的镀锌钢丝组合而成的，其间有20%左右的空隙，主缆外表设有密闭护套层。主缆除湿系统通过送气管和送气罩将干空气注入主缆钢丝空隙，干空气在主缆空隙内流动，降低主缆空隙内的空气湿度，最后干空气变成湿空气从排气罩排出。主缆护套层将干燥的主缆内部环境与外界大气隔离，保持主缆内干燥状态。主缆除湿系统工作流程为：粗过

6、滤空气→精过滤处理→除湿机除湿→高压风机送风→冷却→送气管输气→送气罩送气→主缆内除湿→排气罩排气，主缆除湿系统工作流程见图1。图1主缆除湿系统的工作流程主缆除湿系统包括除去微颗粒的过滤装置，除去空气中水分的转轮除湿机，把空气送入送气夹的罗茨鼓风机，对干燥空气进行冷却的后冷却系统[2]。外部空气在过滤装置中除去颗粒后被送入转轮除湿机进行除湿，用罗茨鼓风机加压到大约10～220kPa（0.102～0.204kgf/cm2），然后通过后冷却器冷却到60℃以下，通过管道分流送入每一个送气夹，气流流量通过送气夹的调节阀调节至规定值，并从送气夹送入主缆，主缆除湿系统送气处理过程见图2。图2主

7、缆除湿系统送气处理过程在欧洲和亚洲一些国家，如丹麦的小贝尔特大桥、瑞典的高海岸大桥、法国的阿基坦大桥、日本的明石大桥、来岛一桥、来岛二桥、来岛三桥、国内的润扬大桥均安装了主缆除湿系统。4主缆除湿系统设计4.1设计考虑的主要因素4.1.1主缆内部状况主缆内部潮湿空气一般由两种原因造成，一种是主缆架设过程中雨水和水气的进入；另一种是除湿系统运行时外部潮湿空气和大气中的水分通过开裂位置及钢丝缠绕层的裂缝侵入主缆内。外部潮湿空气和大气中的水分在一定程度上由于主缆表面的缠丝和索