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跨海大橋上的鋼絲繩那麼細,為什麼不會斷裂?它是如何製造出來的

你有沒有發現跨海大橋使用的鋼絲繩一般都比較細,那細小的鋼絲繩為什麼可以穩穩拖住跨海大橋的重量,擁有如此強度的鋼絲繩又是如何生產的呢?

跨海大橋上的鋼絲繩那麼細,為什麼不會斷裂?它是如何製造出來的

大橋一般建為斜拉橋或懸索橋,但不管是哪種橋都會用到一個東西就是鋼絲繩,不僅是跨海大橋,就是中國常見的跨江大橋也多數是採用這兩種形式。而相比於宏偉的混凝土橋墩和橋面,一根根的鋼絲繩顯得相對單薄,讓人不免擔心這些鋼絲繩經不住大橋的重力而斷裂。其實不必擔心,只要你瞭解它的製作過程就會發現鋼絲繩非常牢固,完全可以承托起橋樑的重量。

鋼絲繩的製作過程主要分為兩大部分,第一部分是鋼絲的製作,第二部分就是鋼絲繩的成形,分為捻股和合繩。

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首先鋼絲的製作採用的是原料是高碳鋼,將鋼材原料經過酸液洗去表面的鏽蝕物之後,就可以經過熱處理加工,然後是進行拉拔處理,將原材料拔成粗細完全一致,並符合要求的鋼絲。之後會在鋼絲上塗鋁鋅合金材料,主要是為了增強鋼絲的質量和避免鋼絲被鏽蝕。而採用高碳鋼的原因也是因為高碳鋼經過一定的熱處理和冷拔硬化後,可以具備高強度和高硬度的特性,

這正是鋼絲運用在橋樑上所需要的。當然鋼絲是否能夠達到相應的要求還需要經過效能檢測,主要是檢測鋼絲的強度和韌性,而因為採用的是高碳鋼,所以彈性極限和疲勞極限都很高。

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這種特質就為接下來的工序做好了必要的準備,因為只要鋼絲檢驗合格就要進入接下來的鋼絲繩捻股的程式,捻股的程式就相當於捻麻繩。

跨海大橋使用的鋼絲繩,需要多根鋼絲才能擰成一股鋼索,六股鋼索才能擰成一個鋼絲繩,那麼捻股程式具體是怎麼操作的呢?

其實就是將已經拉好的多根鋼絲並排放置,然後透過捻股機器捻成小股的鋼索,在此過程中所有鋼絲都必須經過塗油處理,因為捻股形成的鋼索是鋼絲繩的內芯,相當於纖維。只有均勻的塗抹了防鏽潤滑油才能保證後期的使用過程中內芯不會鏽蝕。接著捻好的鋼索需要再次繞線上盤上方便之後的加工程式。

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接下來需要做的就是合繩的工序,這個工序主要是透過合繩機將多股鋼索圍繞繩芯的中心線進行螺旋式的排列壓擰緊製成鋼絲繩。根據需求的不同,可以有2到8根不等的鋼索擰制而成,運用最廣泛的是用6股鋼索組成雙捻鋼絲繩。

擰制合成鋼絲繩的過程中需要再次給鋼絲繩塗抹上防鏽潤滑油,這一步是透過合繩機和收繩裝置之間設定的塗油槽實現,當鋼絲繩透過塗油槽就可以均勻的塗上防鏽潤滑油。

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在此之後鋼絲繩還需要經過磷化處理,這一步主要是將鋼絲繩浸泡在磷酸鹽溶液中,這樣做可以使鋼絲繩表面形成一層磷酸鹽薄膜,而磷酸鹽薄膜不溶於水,這個工藝可以進一步增強鋼絲繩的防腐效果,不僅可以抗氧化耐腐蝕,而且可以大大提高鋼絲繩的強度。經過一系列的工藝鋼絲繩就完成了,但是在出廠投入實際使用之前,還需要經過相應的測試,只有合格的鋼絲繩才能被運用於大橋上。

為了測試跨海大橋使用的鋼絲繩竟要拉斷為止,鋼絲繩又究竟是怎樣經過測試最終應用到大橋上的呢?

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主要是要經過抗拉強度測試和抗疲勞效能測試,抗拉強度測試的目的是透過不斷加大力度拉扯整個鋼絲繩的兩端,使其斷裂來判斷鋼絲繩所能承受的最大拉力極限,而這個極限以下就是單根鋼絲繩能夠承拉的重量。而抗疲勞測試主要是透過施加恆定的拉力,來測試鋼絲繩的抗疲勞能力。

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經過了測試的鋼絲繩就會被運用在跨海大橋上。根據使用的方式不同,鋼絲繩的受力方式也不同。但是透過建築工程師精密的計算,每根鋼絲繩所承受的重量都是在自己的承重極限之內。所以不用擔心某一根鋼絲繩會突然斷裂,比如美國的金門大橋始建於1937年,採取的就是是懸索橋的形式,至今為止也沒有出現過任何問題。

那麼懸索橋和斜拉橋有什麼區別嗎?主要區別就是受力結構的不同,懸索橋主要靠鋼絲繩將力傳導給主纜承載,而主纜又將拉力傳給地面的錨點。而斜拉橋由斜拉索與主樑共同承載。

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因此懸索橋的穩定性好,所以適合建設在水流比較湍急的河流上。而斜拉橋的延展性更好,往往適合建設跨度比較大的橋樑,比如跨海大橋。所以看到的跨海大橋一般都是斜拉式。但不管是什麼樣的形式,鋼絲繩都是經過千錘百煉,不斷測試之後才得以出現在大橋上的,不僅有高強度的品質作為保證,還有建築工程師科學的建造工藝,所以完全不用擔心會出現斷裂。