近些年來，我國大跨度纜索橋梁建設(shè)從無到有，取得了較好的成績(jī)，并且大跨度懸索橋、斜拉橋、拱橋建設(shè)技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平。比如，西堠門大橋主跨1650m，位居世界第二；泰州大橋以2×1080m三塔二跨超越懸索橋2000m的跨度。與此同時(shí)，我國的橋梁纜索由開始時(shí)的盤條、鋼絲原材料需要進(jìn)口，到盤條、鋼絲逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，一直到現(xiàn)在的纜索出口，為我國成為纜索橋梁技術(shù)大國和強(qiáng)國提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)保障。

　　為了滿足我國日益增長的交通需要，纜索橋梁正持續(xù)發(fā)展，由于沒有其他材料可以取代，高強(qiáng)度鋼絲和鋼絞線、鋼絲繩仍是大跨度橋梁纜索結(jié)構(gòu)的基本原材料。橋梁對(duì)鋼絲及其制品的綜合性能和產(chǎn)量要求在不斷提高的同時(shí)，異形鋼絲也逐步應(yīng)用于橋梁纜索結(jié)構(gòu)，其在橋梁纜索結(jié)構(gòu)中有較好的應(yīng)用前景，但受到加工批量較小和加工成本較高的制約。異形鋼絲在橋梁纜索結(jié)構(gòu)應(yīng)用主要有S形鋼絲和Z形鋼絲。目前，我國S形鋼絲已經(jīng)能夠批量加工并在懸索橋主纜纏繞上應(yīng)用，Z形鋼絲等異形鋼絲密封鋼絲繩在國內(nèi)也有專門標(biāo)準(zhǔn)，但沒有類似產(chǎn)品在橋梁纜索中的應(yīng)用。

　　我國異形鋼絲生產(chǎn)起步較晚、企業(yè)重視不夠

　　異形鋼絲主要指非圓斷面鋼絲，從名稱上區(qū)別于圓形鋼絲。異形鋼絲的特點(diǎn)是鋼絲斷面形狀較復(fù)雜，尺寸精度要求較高，形狀滿足特殊需要，不須再切削加工。生產(chǎn)圓形鋼絲主要采取拉拔加工，工藝比較簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率較高；異形鋼絲生產(chǎn)則須要采用特殊模具通過拉拔、軋制或拉軋結(jié)合的方式來加工多種形狀不同的鋼絲，工藝相對(duì)復(fù)雜，生產(chǎn)效率比較低。

　　相關(guān)資料顯示，異形鋼絲產(chǎn)量較小，生產(chǎn)難度較大，質(zhì)量較難控制，價(jià)值和效益不太明顯，因而沒有得到專業(yè)廠家的重視。由于起步較晚，我國生產(chǎn)企業(yè)采取特殊模具拉拔、軋制和拉軋結(jié)合的方式，雖然已能生產(chǎn)多種形狀的異形鋼絲，但在鋼絲形狀尺寸、公差、通條性能、外觀和表面處理上仍與國外的先進(jìn)技術(shù)有一定差距。因此，我國大部分用于高端產(chǎn)品的高質(zhì)量異形鋼絲還主要依賴進(jìn)口，例如轎車氣門簧用卵形鋼絲等。近年來，由于我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，異形鋼絲的生產(chǎn)在我國開始得到重視和發(fā)展。

　　其中，異形鋼絲中的S形鋼絲主要用于主纜防護(hù)纏繞，提高纏絲對(duì)主纜的密封保護(hù)功能；Z形鋼絲主要用來制造加工密封鋼絲繩，這種鋼絲繩主要用于客運(yùn)索道、礦井提升、塔式起重機(jī)主索、挖掘機(jī)繃?yán)K、大型建筑拉索等，國外一些國家將這種密封鋼絲繩用于懸索橋主纜、吊索、斜拉橋斜拉索及拱橋吊索等橋梁纜索結(jié)構(gòu)。

　　S形鋼絲已成懸索橋主纜纏繞應(yīng)用的方向之一

　　纜索是纜索橋梁的重要結(jié)構(gòu)件，其中懸索橋主纜一般被認(rèn)為是不可更換的結(jié)構(gòu)件，斜拉索、吊索等雖可以更換，但更換成本較高并影響交通，因此橋梁纜索的安全長效和防護(hù)一直是橋梁結(jié)構(gòu)研究的重點(diǎn)和難題。20世紀(jì)末~21世紀(jì)初，日本將S形鋼絲取代圓形鋼絲應(yīng)用于主纜纏繞，并增加了主纜除濕防護(hù)，取得了較好的防護(hù)效果，被業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)同。

　　懸索橋主纜S形鋼絲纏繞相對(duì)于傳統(tǒng)的圓形鋼絲纏繞的優(yōu)勢(shì)有：S形鋼絲作為主纜纏絲，纏繞后鋼絲間相互壓扣為一體，密封效果良好，能有效阻擋雨水和海霧凝結(jié)水的侵入，減緩酸性介質(zhì)對(duì)懸索橋主纜的腐蝕，延長懸索橋主纜的使用壽命；同時(shí)S形纏絲和表層涂裝或其他防護(hù)方式配合，能形成主纜外氣密防護(hù)層，使主纜除濕系統(tǒng)得到基礎(chǔ)保障（圖1）。

　　同時(shí)，從近年國內(nèi)外懸索橋建設(shè)情況看，S形鋼絲已經(jīng)成為新建懸索橋主纜纏繞防護(hù)的發(fā)展方向之一。

　　近些年，我國多家鋼絲制造企業(yè)都先后考慮過研究試制S形鋼絲，但由于問題較多，一直沒有投入正式生產(chǎn)。從泰州大橋開始，國內(nèi)S形鋼絲和主纜除濕系統(tǒng)開始實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，江蘇法爾勝纜索有限公司率先研究開發(fā)并加工S形鋼絲，最近兩年國產(chǎn)S形鋼絲已經(jīng)先后在泰州大橋(主跨2×1080m)、南京四橋(主跨l418m)和馬鞍山大橋(主跨2×1080m)這3座知名懸索橋的主纜防護(hù)纏繞應(yīng)用。

　　隨著國產(chǎn)S形鋼絲主纜纏繞的推廣應(yīng)用，不僅S形鋼絲專用模具和設(shè)備得到開發(fā)應(yīng)用，推動(dòng)了S形鋼絲加工技術(shù)工藝進(jìn)步，而且在S形鋼絲鍍鋅后增加了整形工序，保證了S形鋼絲加工外形和尺寸偏差符合技術(shù)要求。

　　Z形鋼絲密封鋼絲繩的性能和應(yīng)用

　　Z形鋼絲也是一種異形鋼絲，加工方法與其他異形鋼絲類似。Z形鋼絲密封鋼絲繩是一種特殊單捻鋼絲繩，以普通單捻圓股鋼絲繩為繩芯，外包一層或多層Z形鋼絲捻制而成（具體見圖2）。其他異形鋼絲（X形、T形等）也能這樣捻制鋼絲繩。這種異形鋼絲和圓形鋼絲特殊單捻的鋼絲繩相比結(jié)構(gòu)緊密，表面平滑、不旋轉(zhuǎn)、密封性好，但撓性較差。Z形鋼絲密封鋼絲繩主要用在一些大型卷揚(yáng)設(shè)備、礦山井巷提升、架空索道和建筑橋梁纜索等方面。

　　●Z形鋼絲密封鋼絲繩的優(yōu)缺點(diǎn)

　　Z形鋼絲密封鋼絲繩的性能優(yōu)點(diǎn)有：其一，密度系數(shù)大，超過0.9，與相同直徑普通鋼絲繩相比，總破斷拉力要高出65%左右；其二，整根鋼絲繩近似一根圓棒，支撐面大，使用時(shí)單位面積上承受的壓力較小，應(yīng)力分布比較均勻，使用壽命較長；其三，表面密封，外面的空氣和水不易滲入鋼絲繩內(nèi)部，表面平滑容易增加防護(hù)層，而且內(nèi)部防銹材料不易流失，阻止了內(nèi)部鋼絲的銹蝕；其四，捻距較大，結(jié)構(gòu)伸長較小，相鄰層鋼絲捻向相反，具有良好的不旋轉(zhuǎn)性。

　　不過，該種異形鋼絲繩也存在缺點(diǎn)。首先，鋼絲繩可撓性很差，不能在較小的半徑上彎曲，須用較大直徑的繩輪和卷筒。其次，該種鋼絲繩加工設(shè)備工裝比較復(fù)雜，制造成本較高，因此限制了此類鋼絲繩的應(yīng)用范圍，國內(nèi)Z形鋼絲和其他異形鋼絲密封鋼絲繩還沒有應(yīng)用在纜索橋梁。

　　業(yè)內(nèi)專家對(duì)此指出，Z形鋼絲密封鋼絲繩的性能特點(diǎn)比較適應(yīng)拉索結(jié)構(gòu)，且容易加工成為索股。Z形鋼絲加工的密封鋼絲繩兩段配合錨具，比較容易加工成索股。密封、防腐、軸向剛度、無扭轉(zhuǎn)等特點(diǎn)使得Z形鋼絲密封鋼絲繩適于橋梁纜索結(jié)構(gòu)應(yīng)用，在國外橋梁纜索中Z形鋼絲密封鋼絲繩得到較多應(yīng)用，主要是纜索橋梁吊索結(jié)構(gòu)和小型斜拉橋拉索。

　　●Z形鋼絲密封鋼絲繩在橋梁纜索結(jié)構(gòu)應(yīng)用

　　由于Z形鋼絲密封鋼絲繩直徑在20mm~70mm，對(duì)其應(yīng)用的斜拉索和吊索結(jié)構(gòu)有承載限制。近年資料顯示，Z形鋼絲密封鋼絲繩在中小型拱橋、斜拉索橋和懸索橋中應(yīng)用，下面介紹兩例Z形鋼絲密封鋼絲繩在懸索橋主纜索股、吊索的應(yīng)用。

　　法國阿坤廷懸索橋主纜。法國阿坤廷懸索橋是一座跨度為143m+394m+143m的三跨懸索橋，主纜由37條Z形鋼絲密封鋼絲繩索股組成，每條索股直徑為72.6mm，由6層127根直徑為4.1mm鋼絲組成，兩層直徑為4.5mmZ形鋼絲密封外層，每條索股最小破斷力為4450kN。21世紀(jì)初，該橋大修增加通道，更換的主纜由61條密封鋼絲繩索股組成，其中55條索股直徑為60mm，6條索股直徑為42mm。更換的索股是密封鋼絲繩或半密封鋼絲繩（外層不是Z形鋼絲的單捻圓股鋼絲繩），大修后增加了纏絲、纏帶和主纜除濕防護(hù)。   

　　挪威哈當(dāng)厄爾大橋吊索。挪威哈當(dāng)厄爾大橋是跨越挪威西南部哈當(dāng)厄爾海峽的一座大跨度懸索橋，全橋長1380m，主跨1310m，加勁梁寬為17.7m。全橋共有130根吊索，吊索順橋向間距為20m、橫向間距為14.5m。每個(gè)吊點(diǎn)設(shè)置單根吊索，吊索長度從2.04m逐漸變化為127.6m。除跨中每側(cè)5根短吊索采用剛性索外，其他均采用Z形鋼絲密封鋼絲繩索股。吊索截面由7層鋼絲組成，最外面3層為Z形鋼絲，實(shí)現(xiàn)鋼絲繩索股的密封，起到防腐作用。吊索與主纜和鋼箱主梁之間通過160mm銷鉸連接。

圖l S形鋼絲和s形鋼絲纏繞示意圖

　　圖2 Z形鋼絲密封鋼絲繩結(jié)構(gòu)示意圖