一种防松型悬索桥吊索锚具的防松方法与流程

本发明涉及悬索桥工程，尤其涉及一种防松型悬索桥吊索锚具的防松方法。

背景技术：

1、吊索是悬索桥中连接主缆与加劲梁的关键受力构件，其可靠锚固直接关系到桥梁的整体安全性和运营寿命。因此，吊索锚固结构的设计一直是悬索桥工程中的核心技术问题。吊索本体由多根平行钢丝束组成，其端部通过锚具实现索力的传递和可靠锚固。

2、典型的吊索锚固结构包括锚杯、灌锚材料和钢丝束三个核心部分。锚杯为圆柱形或圆锥形钢制套筒，一端与吊索耳板或连接板通过螺纹连接，另一端为开口端，用于容纳灌锚材料。灌锚材料通常采用高强度锌铜合金或环氧铁砂，在锚杯内腔形成锚固锥体。钢丝束端部散开后被锚固介质包裹，通过锚固介质与钢丝束之间的握裹力和机械咬合力实现吊索索力传递。吊索索力通过以下路径传递：扭绞后的钢丝束→灌锚材料→锚杯锥腔→锚杯外螺纹→螺母或耳板→主缆索夹或加劲梁。

3、锚杯外螺纹与螺母或耳板的配合是实现索力从锚杯向耳板传递的关键环节。螺纹连接一般都具有自锁性，在静载荷作用下螺纹连接安全可靠。由于螺纹螺旋升角小于螺旋副的当量摩擦角，在非交变载荷条件下，螺纹连接从结构受力上可自锁。此外，拧紧后螺母等支撑面上的摩擦力也可阻止螺纹松动。

4、然而，在悬索桥服役过程中，吊索长期承受车辆通行引起的振动、风致振动、温度变化等多因素耦合作用。研究表明，横向载荷（切向载荷）相较于轴向载荷更易引发螺纹松动，其核心机制是横向载荷导致螺纹啮合区与承压面产生径向相对位移，显著提升旋转松动概率。大跨径悬索桥主缆吊索在特定荷载工况下存在显著的横向位移和纵向摆动，螺纹副在交变力作用下极易发生微动磨损和渐进松动。

5、现有技术中，吊索防松措施主要包括：采用弹簧垫圈、止动垫圈等传统防松方式；采用尼龙嵌件锁紧螺母等摩擦防松方式；或采用双螺母锁紧等机械防松方式。近年来，部分桥梁采用了锥压抱紧式自锁防松螺母或分离式弹性自紧防松螺母。然而，上述防松措施主要面向通用螺纹紧固件，并未针对悬索桥吊索锚具的特殊受力特征和服役环境进行专门设计。锚具螺纹连接承受的是数百吨级交变索力，且锚具长期暴露于大气环境中，普通防松措施难以满足吊索锚具在数十年服役期内的长效防松需求。

6、因此，亟需一种针对悬索桥吊索锚具专门设计的防松方法，能够在振动、冲击、交变荷载等多因素耦合作用下长期保持螺纹连接的可靠性，保证吊索的长效服役安全性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有悬索桥吊索锚具螺纹连接在振动、冲击、交变荷载等多因素耦合作用下易发生微动磨损和渐进松动的技术缺陷，提供一种防松型悬索桥吊索锚具的防松方法。

2、本发明的目的是这样实现的：

3、一种防松型悬索桥吊索锚具的防松方法，基于一种防松型悬索桥吊索锚具实现，该吊索锚具包括吊索上耳板、上部防松螺母、上部吊索锚杯、吊索索体、下部吊索锚杯、带偏心锥台螺母和下部防松螺母；

4、所述吊索上耳板的底部设有外锥面，所述上部防松螺母设有内锥孔和圆柱孔，所述上部防松螺母的内锥孔套装于所述吊索上耳板的外锥面外部，所述上部防松螺母的圆柱孔与所述上部吊索锚杯螺纹连接，所述吊索上耳板的外锥面的半锥角β大于所述上部防松螺母的内锥孔的半锥角α；

5、所述带偏心锥台螺母设有外锥台和偏心内螺纹孔，所述下部防松螺母设有内锥孔和圆柱孔，所述下部防松螺母的内锥孔套装于所述带偏心锥台螺母的外锥台外部，所述带偏心锥台螺母的偏心内螺纹孔与所述下部吊索锚杯螺纹连接，所述下部防松螺母的圆柱孔与所述下部吊索锚杯螺纹连接；

6、所述带偏心锥台螺母的外锥台的回转轴线与所述带偏心锥台螺母的本体中心轴线之间存在偏心距e；

7、所述防松方法包括以下步骤：

8、步骤一：将吊索索体穿入上部吊索锚杯和下部吊索锚杯，钢丝在锚杯锥形腔体内散开，浇铸锚固材料形成锥形铸体，完成索体锚固；

9、步骤二：将上部吊索锚杯与吊索上耳板螺纹连接，将上部防松螺母沿上部吊索锚杯的外螺纹旋入，使上部防松螺母的内锥孔与吊索上耳板的外锥面形成锥面接触，利用内锥孔半锥角α小于外锥面半锥角β产生的角度差形成楔入效应，实现第一道防松锁紧；

10、步骤三：将下部吊索锚杯穿入带偏心锥台螺母和下部防松螺母，将带偏心锥台螺母沿下部吊索锚杯的外螺纹旋入，使带偏心锥台螺母的外锥台与下部防松螺母的内锥孔形成锥面配合；

11、步骤四：继续旋转带偏心锥台螺母，利用外锥台回转中心与螺母本体中心轴线之间的偏心距e，使外锥面与内锥孔之间的接触压力沿周向呈非对称分布，实现偏心锥面渐进式自锁，构成第二道防松锁紧。

12、进一步地，所述吊索上耳板为叉形耳板结构，包括两块耳板和连接台，连接台呈圆锥台状，两块耳板相对设置于连接台上方，耳板中部开设有销轴孔，连接台的底面设有锚杯孔，锚杯孔内壁设有内螺纹，与上部吊索锚杯的顶部螺纹连接。

13、进一步地，所述吊索上耳板的外锥面半锥角β与所述上部防松螺母的内锥孔半锥角α之间满足α＜β，角度差的取值范围为1°~5°。

14、进一步地，所述带偏心锥台螺母包括锥台螺母本体、外锥台和偏心孔，锥台螺母本体的上部为圆柱型、下部为外锥台，外锥台呈倒置的圆锥台状，偏心孔贯穿锥台螺母本体且内壁设有内螺纹，偏心孔的中心轴线与锥台螺母本体的中心轴线之间存在所述偏心距e。

15、进一步地，所述带偏心锥台螺母的外锥台的半锥角与所述下部防松螺母的内锥孔的半锥角相等，形成全锥面接触配合。

16、进一步地，所述带偏心锥台螺母的偏心距e与外锥台名义半径r之比e/r的取值范围为0.02-0.10。

17、进一步地，所述上部吊索锚杯与吊索上耳板之间的螺纹啮合圈数为10-15圈，所述上部防松螺母与上部吊索锚杯之间的螺纹啮合圈数为5-6圈；所述下部吊索锚杯与带偏心锥台螺母之间的螺纹啮合圈数为10-12圈，所述下部防松螺母与下部吊索锚杯之间的螺纹啮合圈数为5-6圈。

18、进一步地，所述步骤二中，角度差楔入效应产生的径向楔入量，其中为上部防松螺母的轴向旋进位移，，总预紧力，为初始预紧力。

19、进一步地，上部防松螺母和下部防松螺母的锥面长度与锥面半径的比值在0.3~0.5范围之间。

20、进一步地，所述步骤四中，偏心锥面渐进式自锁的条件为：带偏心锥台螺母的外锥台的半锥角αc与下部防松螺母内锥孔的半锥角αc与下部防松螺母下内锥孔的半锥角βs相等，且偏心距e满足，其中为锥面名义半径，为考虑偏心效应的当量摩擦角。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

22、本发明提供了一种防松型悬索桥吊索锚具的防松方法，是一种通过多重锥面锁紧机制实现长效防松的吊索锚具的防松方法，具备以下具体优点：

23、（1）双重防松机制协同作用：上端采用角度差锥面楔入防松，下端采用偏心锥台渐进式自锁防松，两套体系在功能上互为补充、力学上协同配合，共同承担索力传递和防松保障，使锚具在交变荷载下的防松寿命远高于单一防松体系。

24、（2）角度差楔入产生持续预紧力放大：通过设计上端防松螺母内锥角与耳板外锥角之间的角度差（α＜β），螺母旋入时产生持续的楔入效应，每旋进一个轴向位移均产生径向楔入量，使防松螺母产生弹性膨胀，相当于在螺母上施加了过盈配合，附加预紧力放大系数，螺纹牙侧面始终保持压紧状态。

25、（3）偏心锥面产生非对称接触压力分布：下端承载螺母的外锥面采用偏心设计，与防松螺母内锥孔配合时，接触压力沿周向呈余弦分布，压缩侧，拉伸侧，偏压侧摩擦阻力远大于对侧，松转运动必须首先克服压缩侧高摩擦阻力，有效提高了防松临界力矩。

26、（4）渐进式楔紧效应消除“拧到底”饱和局限：承载螺母在支撑锥孔中旋转拧紧时，偏心锥面的几何中心随螺母转动，锥面在支撑锥孔内持续“楔入”，每旋转一周产生附加轴向位移，预紧力随旋转角度持续增大而非饱和，解决了传统锥面“拧到底即饱和”的局限。

27、（5）锥面长度与螺纹啮合圈数优化设计：根据接触应力准则、自锁可靠性准则和均匀接触准则确定锥面长度范围；根据不同部位的功能需求差异化设计螺纹啮合圈数，兼顾承载能力、防松精度和运动自由度。