斜拉索接头自除湿系统性能实验研究

郭国谊

（新余学院机电工程学院，江西 新余 338004）

1 自除湿系统除湿性能实验的提出

大桥斜拉索除湿是目前大桥除湿中极难攻克的一项难关。斜拉索是桥梁中十分重要的受力件，其梁端的接头件包括固定端锚具、垫板、锚垫板、塔端导管等。接头件都是由金属材料加工而成，如果长期处于潮湿的环境中极易被腐蚀。现有的防腐方法是通过控制设备定期对拉索的接头底部进行除湿，但是，这种定期除湿方法在出现突发情况时，无法及时对拉索进行除湿和防护。因此，我们设计出了一套相关的自动除湿机构，其工作原理见图1，在图示的斜拉索的两端接头各设有一根用于使空气进入斜拉索本体内部的导气管，以及一个控制系统，该机构通过获取传感器发送的环境参数，根据环境参数选择对应的控制方案，根据控制方案对除湿设备进行控制，使得控制系统可以通过预设的控制方案对斜拉索两端接头及本体进行自动、及时、准确的除湿工作。为验证斜拉索接头自除湿系统机构设计方案的合理有效性，进行了相关的实验研究，力求通过对试验中每次遇到的问题进行分析解决，最后达到改进设计并使斜拉索除湿系统达到实际应用且能批量生产的要求。斜拉索接头自除湿机构工作原理图如图1 所示。

图1 斜拉索接头自除湿机构工作原理图

2 自除湿系统除湿性能实验方案

2.1 斜拉索自除湿系统的工作过程

除湿机提供的干燥空气经过高压风机加压送至斜拉索的下锚头，干燥空气充满锚头防护罩内部锚具总成，将锚头总成保护在低于50%RH 环境内，杜绝了锚头的腐蚀发生。干空气再经由预埋在斜拉索锚头里面的小孔径通气管进入拉索钢丝内部，通过斜拉索上端锚头处预埋的小孔径通气管出来，最终气体由排气座上面的硅胶恒压阀排出，使得斜拉索包括上下锚头总成的湿度始终控制在50%以下，从根本上解决了斜拉索的防腐问题，能大大延长斜拉索的使用寿命，提高大桥的安全性能。

2.2 实验工作方案与内容

本实验研究主要包括以下工作。

（1）斜拉索制作安装。针对本次斜拉索除湿实验研究，参照实际斜拉索大桥图制作一根符合试验用拉索。主要步骤有预埋通气管制作、上下锚头灌浆固化、吹热缩套、超张拉（成品索检验）、吊索装配、缆索张拉，最终完成试验用斜拉索的装配。

（2）实验设备及仪器的安装。考虑到斜拉索桥拉索除湿环境等原因，选择采用以除湿机、高压风机、电气控制柜和温湿度仪器等集成为斜拉索除湿系统除湿组合机。

（3）控制系统调试安装。综合现场监测试验数据、实验环境和设备仪器条件，选择实用有效的控制系统，收集数据在到控制面板上以便于试验工作进行。

（4）斜拉桥拉索及桥体密封。在端盖板与锚杯之间密封，螺纹口通气对接密封，索导管密封等方面。

（5）下锚头端盖送气试验。证明气体可以从斜拉索地下锚头端盖板进入，通过小孔径通气管，由下到上，经过拉索内部大空间，再经过小孔径通气管，经过上锚头端盖板，最终气体由排气座上面的硅胶恒压阀排出。

（6）下锚头保护罩送气试验。证明气体可以从斜拉索的下锚头保护罩进入，通过小孔径通气管，由下到上，经过拉索内部大空间，再经过小孔径通气管，经过上锚头保护罩，最终气体由排气座上面的硅胶恒压阀排出。

2.3 除湿试验环境、电源及要求

试验现场环境为现场大气环境温湿度，温度9 ～12℃，湿度80%～95%RH。试验电源为220V，50Hz。设计指标及要求为：

（1）上锚头通过目测方式观察到有气体排出（用塑料袋鼓胀判断）。

（2）斜拉索送气量低于1m³/h。

（3）压力低于2kPa。

（4）根据湿度的变化，控制除湿系统自动开停。

3 斜拉索自除湿系统的实验工作

3.1 下锚头端盖送气试验

端盖送气试验原理如图2 所示。

图2 端盖送气试验原理图

（1）端盖送气试验目的。①证明在送气进气压力低于2kPa，送气量在0.5m³/h 左右时，确定气体可以通过小孔径通气管，由下到上，经过拉索内部大空间，再经过小孔径通气管，经过上锚头端盖板，最终气体由排气座上面的硅胶恒压阀排出。②确定排气参数可以准确有效地经过传感器反馈给控制系统，能有效控制除湿系统的启停。

（2）试验过程。在锚端盖与锚杯之间加入密封胶（MF2000H 防水嵌缝密封胶）进行密封，下锚盖板上焊接的直接头与和高压风机连接的送风管连接。上锚盖板上焊接的快卡密封接头与装有温湿度传感器和硅胶恒压阀的组合件进行连接。开启机器进行送气，对锚杯与锚盖板环缝、送气管与锚盖板连接处、锚盖板与仪器组件连接处等有可能漏气的地方喷摸上肥皂水，检查其部位是否漏气。观察发现环缝之间完好密封，无泄漏。接头连接处有轻微漏气，影响很小，要求之后此处用生料带缠绕好，避免泄漏。

检查完泄漏点后对上锚头硅胶恒压阀处是否有空气出来进行检测，用一个完好无破损的塑料袋包住恒压阀，将其中的多余空气挤出，通气后塑料袋是否膨胀，可以观察证明上锚头能否出气。分别试验8kPa、3kPa、1kPa等气压，一直到恒定1.5kPa 气压，发现塑料袋依旧能在3s 内鼓起，证明上锚头处可以出气，斜拉索除湿可以有效进行。

3.2 下锚头保护罩送气试验

保护罩送气试验原理如图3 所示。

图3 保护罩送气试验原理图

（1）保护罩送气试验目的。①证明干空气从风管进去下锚头保护罩，之后过通气钢管到达拉索内部空间，之后到达上锚头保护罩空间，这三个“气囊”空间能有效进行。②锚头部位能否有效密封的证明，解决长期以来上下锚头容易腐蚀的问题，解决对于索道管处密封用料能否用更经济的沥青或者别的材料填充代替的问题。

（2）试验过程。先将之前安装在上下端盖板上的送气装置及检测装置取下。首次试验不做任何处理，用来确定从保护罩送气对于密封的要求有多高。按照之前基本一致的步骤，加上橡胶垫圈，安装上下保护罩，下保护罩上焊接的直接头与和高压风机连接的送风管连接，上保护罩上焊接的快卡密封接头与装有温湿度传感器和硅胶恒压阀的组合件进行连接。开机通气，肥皂水喷在可能密封没到位的地方，观察其部位，首次观察没有发现任何漏气，但数据监测达不到效果。之后用一个完好无破损的塑料袋包住恒压阀，将其中空气挤空，通气后观察塑料袋是否膨胀，塑料袋没有和之前端盖送气一样瞬速鼓起；将风压调大，然后再次观察塑料袋，发现仍没有太大的反应，但是可以听见有气从端盖上孔洞出来的声音。说明保护罩送气不做任何密封处理对于送气影响很大，干空气调大风压可以送到上锚处，不过，对于除湿防腐没有帮助，因为干空气从上保护罩处泄漏了。初次的保护罩送气试验证明上下锚头处有较大泄漏，需要有更完善的密封方案。填充密封胶，开始第二次的保护罩送气试验。填充索道管处的密封胶分为两种，一种是AB 型需要混合使用的可固化的密封胶，另一种为MF2000G 非硫化不干性防腐密封胶，在AB 型胶填充进去固化后加入。此前切记先对底部的泄水槽进行密封处理，否则，密封胶会从泄水槽往下泄漏，造成材料与时间浪费。不过，可将密封胶填充到上锚头锚垫圈与锚杯之间的缝隙，使整体有更完整的密封性。等到密封胶完全固化后加入MF2000G 非硫化不干性防腐密封胶，盖上将军帽。再次重复之前的步骤，喷肥皂水、加上塑料袋进行观察。观察到没有泄漏，塑料袋也和之前端盖送气试验一致，能迅速鼓起。

4 试验数据与现场

在如图4 的实验现场进行试验，经试验测试，其部分测试结果数据如表1。针对其结果进行了分析改进。

表1 试验测试结果数据表

图4 试验现场

5 实验结果分析及结论

经多次实验可得到以下分析结果：

（1）下锚头端盖。经过反复观察并分析试验记录数据，可以得出结论，气流量控制在0.5m³/h 左右，气压控制在1.5kPa 左右，端盖的除湿送气能达到很好的除湿的效果。在送气进气压力低于2kPa，送气量在0.5m³/h 左右时，下锚头处有气可以排出。在达到预定温湿度时，除湿控制系统能自动控制启停。

（2）下锚头保护罩。通过对监测记录的数据分析，保护罩送气达到除湿要求。同时，为了更好地模拟大桥情况，在拉索上安装了一个震动装置，一边震动一边记录数据进行分析，再次经过数个小时的试验，发现除湿效果依旧很好，震动对其影响不大。但保护罩内泄漏较大，必须填充密封胶才能对其进行有效封堵，后期投入市场，可以考虑更加经济的沥青等材料，前提是能对其有效密封。索导管加入流体密封材料时，需要对下锚头泄水槽进行封堵，否则，会造成较大问题和浪费。锚头处可以进行有效密封，能达到除湿防腐效果，解决了长期以来的锚头易腐蚀问题。

基于以上测试数据及实验结果，在上面分析结果指导下进行了上下锚头结构改进,得到总体试验结论如下：设计所采用的自除湿结构方案均能够保证气体从下锚头进入斜拉索索体内腔后从上锚头出气口排出，送气的有效压力可以低至0.3kPa。结构方案均能够对斜拉索接头实施良好的除湿，并且除湿机在压力较大时除湿效果明显，完全可以实现斜拉索及两端锚头防腐的目的。