137 悬索桥主缆除湿系统与研究.docVIP

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 悬索桥是大跨径和特大跨径。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可更换构件被称为悬索桥的生命线35％(Williamsburg桥)”。从国外多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]，主要采用以下三种方法：一是圆钢丝缠绕涂层法合成护套防护法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钢丝缠绕层的裂缝→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[3]。城市及工业区大气含有较多的燃烧废气SO2、CO、CO2, 海洋大气中有较多NaCl 和MgCl2颗粒[4]。如果悬索桥处于海洋大气环境中，空气中的含盐量较大，进入除湿机干燥的空气需要先除去空气中含有的盐份。 4.2 设计参数 （1）主缆中跨靠近跨中的区段含水量较大，含水率按主缆空隙的7.5%计算，其余位置按5%计算； （2）主缆由很多根5.0~5.5mm的钢丝组成，主缆中钢丝之间有很多小的空隙，主缆的表面有缠丝和涂装防护，在索夹位置通过敛缝来保证气密性，通过这些主缆结构阻止了外界水分的进入，然而，要使主缆完全气密是不可能的，主缆与外界之间仍会有少量的空气交换。因此，向主缆内输送的气流通过主缆表面会有一定程度的泄漏，根据明石、来岛和润扬大桥的设计经验，泄漏量取0.005/m。 （3）根据明石、来岛和润扬大桥的设计经验，送气夹内空气压力应不大于3000Pa。 （4）干燥时间取决于送气长度、空气泄漏率和送气流量，干燥时间按一年进行设计。 （5）经转轮除湿机除湿升温后的干空气温度和相对湿度取值分别为20℃和30%，相对湿度的变化率为70%。 4.3 主缆除湿系统设计 4.3.1 送气长度 送气长度即为送气夹与出气夹之间的距离。某待建悬索桥主缆送气罩、排气罩的位置布置参考了相关的工程，表1是明石大桥、来岛大桥及润扬大桥的送气长度[2]。 表1 明石大桥、来岛大桥及润扬大桥的送气长度 悬索桥 主缆直径 最小送气长度 最大送气长度 明石大桥 1122mm 78m 115m 来岛一桥 431mm 92m 183m 来岛二桥 653mm 109m 143m 来岛三桥 636mm 122