CN103981807B - 一种无牛腿钢锚梁 - Google Patents

Abstract

一种无牛腿钢锚梁，包括端支撑⑴、中间平衡梁⑵和斜拉索锚固头⑶，端支撑⑴与塔壁⑷通过剪力栓钉⒂或PBL剪力键⒃连接，端支撑⑴分别与中间平衡梁⑵的腹板⑸、顶板⑹通过高强螺栓连接；斜拉索锚固头⑶对称设置于中间平衡梁⑵腹板⑸两端内侧的底板⑺上，斜拉索锚固头⑶的锚下井字板⑽与中间平衡梁⑵的腹板⑸、顶板⑹和底板⑺相连。其优点是：减小了钢锚梁结构总体高度；当斜拉索张拉时，中间平衡梁将沿着索力方向在连接螺栓孔位上自适应滑移，其水平方向约束得到释放而产生变形，承担斜拉索水平分力平衡部分。本发明既保证了钢锚梁承担大部分斜拉索水平分力，又解决了钢锚梁限高要求，同时减少了钢材用量，从而提高了钢锚梁适用范围。

Description

一种无牛腿钢锚梁

技术领域

本发明涉及桥梁构件设计及制造技术领域，具体的说是一种斜拉桥的斜拉索塔端联结的钢锚梁。

背景技术

斜拉桥索塔锚固区是斜拉索与主塔之间传力的重要结构，其局部应力大、传力复杂，更对桥塔的耐久性有着较大影响。大跨斜拉桥索塔锚固结构主要有钢锚箱、钢锚梁以及环向预应力三种。钢锚箱实际上为钢混组合结构锚固方案，其混凝土塔壁与钢锚箱在恒载阶段便共同受力，一般需设置一定的水平环向预应力以防止塔壁混凝土开裂。环向预应力锚固方式于塔壁内侧设锚固齿块或槽口，通过锚垫板将斜拉索直接锚固于塔壁之上，斜拉索的水平力与竖向分力完全由塔壁承担。而钢锚梁锚固受力比较明确，钢锚梁支撑于塔柱内侧的牛腿上（施工期间放松锚梁与牛腿间的水平约束，成桥后锚梁与牛腿固结），斜拉索的水平力在恒载状态主要由钢锚梁承担，成桥之后活载产生的拉索水平力由塔壁与钢锚梁共同承担，而斜拉索的所有竖向分量则由牛腿完全传递至塔壁。

钢锚梁在斜拉桥中的应用较为广泛，国内最早是应用于南浦大桥。通常钢锚梁主要由锚垫板、支撑板、腹板、盖板、加劲板及牛腿组成。其中牛腿有混凝土牛腿与钢牛腿两种，钢牛腿相对施工方便且耐久性好。在这种钢锚梁结构体系中，张拉斜拉索时，由于钢锚梁水平方向约束释放，可在牛腿上水平滑移，使得钢锚梁能够承担大部分斜拉索水平分力。但是，在钢锚梁锚固结构中，由于钢锚梁和牛腿组合高度较高，对于密索体系的斜拉桥来说，其桥塔上竖向索距较小，索塔锚固高度及空间受限，使得传统钢锚梁锚固形式适用范围受到极大地限制。为了减小钢锚梁结构高度可采取不设置牛腿方式，即钢锚梁直接与塔壁连接，钢锚梁水平方向约束不能释放，这就退化为内置式钢锚箱的一种特殊形式，但其刚度比常规钢锚箱小，同时远小于混凝土塔壁刚度，故分担的斜拉索水平分力比例相对较小。当为防止塔壁开裂设置一定的水平环向预应力时，混凝土塔壁刚度增大导致这种钢锚梁分担的斜拉索水平分力比例更小，这样形成一种不可调和矛盾体。因此，有必要设计一种结构高度小、构造合理、经济安全、施工便利、承担大部分斜拉索水平分力及受力明确的无牛腿钢锚梁。

发明内容

本发明的目的是设计一种结构合理、受力明确、经济安全、施工便利、能够承担大部分斜拉索水平分力的斜拉索塔端联结无牛腿钢锚梁。

一种无牛腿钢锚梁，包括端支撑1、中间平衡梁2和斜拉索锚固头3，端支撑1与塔壁4通过剪力栓钉15或PBL剪力键16（德文称为PerfobondLeiste，简称PBL剪力键）连接，端支撑1分别与中间平衡梁2的腹板5、顶板6通过高强螺栓连接；斜拉索锚固头3对称设置于中间平衡梁2腹板5两端内侧的底板7上，斜拉索锚固头3的锚下井字板10与中间平衡梁2的腹板5、顶板6和底板7相连。

所述端支撑1用于支撑中间平衡梁2，具体包括支撑腹板11、支撑顶板12、加劲板13、壁板14和剪力栓钉15或PBL剪力键16，所述壁板14通过剪力栓钉15或PBL剪力键16与塔壁4连接，壁板14顶部水平设有支撑顶板12，壁板14和支撑顶板12之间通过支撑腹板11相连，支撑腹板11上设有加劲板13。

所述中间平衡梁2的截面为开口箱型，包括两侧腹板5、顶板6、底板7和横隔板8焊接而成。

所述斜拉索锚固头3包括锚板9和锚下井字板10，所述锚下井字板10与斜拉索方向平行布置，并与腹板5、顶板6、底板7相连。

所述端支撑1与中间平衡梁2的腹板5、顶板6之间采用双连接板17拼接。

所述端支撑1与中间平衡梁2的腹板5之间的连接螺栓沿斜拉索方向布置。

所述中间平衡梁2的腹板5或端支撑1的支撑腹板11沿斜拉索方向预留有滑移空隙螺栓孔18。

本发明无牛腿钢锚梁的优点是：

1、无牛腿钢锚梁是由端支撑、中间平衡梁及其斜拉索锚固头与混凝土塔壁共同构成钢-混组合体系，无牛腿设置以及斜拉索锚固头布置在中间平衡梁两端较底位置减小了钢锚梁结构总体高度。两端支撑与中间平衡梁的腹板沿斜拉索方向采用高强螺栓连接，其螺栓孔沿斜拉索方向适量预留空隙，当斜拉索张拉时，中间平衡梁将沿着索力方向在连接螺栓孔位上自适应滑移，其水平方向约束得到释放而产生变形，这样承担斜拉索水平分力平衡部分。这种无牛腿钢锚梁结构体系布置既可以保证钢锚梁承担大部分斜拉索水平分力，又可以解决钢锚梁限高要求，同时减少了钢材用量，从而提高了钢锚梁适用范围。

2、由于端支撑与中间平衡梁的腹板连接螺栓沿斜拉索方向布置，能够自适应张拉索力方向的滑移，其摩阻系数较小，从而可以减小由摩阻力产生的水平力传递到塔壁，提高锚梁承担斜拉索水平分力比例。

3、在成桥状态时中间平衡梁承担了斜拉索水平分力平衡部分（即绝大部分斜拉索水平分力），在运营状态时塔壁与钢锚梁共同承担活载产生的斜拉索水平分力。两端支撑与中间平衡梁的腹板连接螺栓主要是承担斜拉索竖向分力以及小部分不平衡水平分力，而其顶板连接螺栓主要是承担运营状态时活载产生的不平衡水平分力。因此，两端支撑与中间平衡梁连接构造合理，传力路径清晰，整体结构受力明确。

4、由于无牛腿钢锚梁用钢量较少，对起吊设备的要求低，其两端端支撑与中间平衡梁采用高强螺栓连接，并可以与钢壁板一起整体吊装，其安装精度高，施工便利。

附图说明

图1为本发明无牛腿钢锚梁的立面结构示意图。

图2为本发明无牛腿钢锚梁的平面结构示意图。

图3为端支撑沿斜拉索方向的俯视图。

图中，1为端支撑，2为中间平衡梁，3为斜拉索锚固头，4为塔壁，5为腹板，6为顶板，7为底板，8为横隔板，9为锚板，10为锚下井字板，11为支撑腹板，12为支撑顶板，13为加劲肋，14为壁板，15为剪力栓钉，16为PBL剪力键，17为连接板，18为滑移空隙螺栓孔。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进行进一步说明：如图1-3所示，一种无牛腿钢锚梁，包括端支撑1、中间平衡梁2、斜拉索锚固头3。端支撑1由支撑腹板11、支撑顶板12、加劲板13、壁板14及其剪力键组成，端支撑1通过壁板14上的剪力栓钉15或PBL剪力键16与混凝土塔壁4连接。中间平衡梁2为开口箱型截面，由两侧腹板5、顶板6、底板7和横隔板8等钢板焊接而成。端支撑1的支撑腹板11、支撑顶板12分别与中间平衡梁2的腹板5、顶板6由连接板17及高强螺栓连接。端支撑1的支撑腹板11和中间平衡梁2的腹板5上的螺栓孔均按照斜拉索方向布置，在端支撑1的支撑腹板11或中间平衡梁2的腹板5上设置沿斜拉索方向适量预留滑移空隙螺栓孔18。斜拉索锚固头3由锚垫板9、锚下井字板10等钢板焊接而成，并对称布置在中间平衡梁2的两端，锚下井字板10与斜拉索方向平行，并与中间平衡梁腹板5、顶板6和底板7焊接。

所述端支撑1与中间平衡梁2的腹板连接处可根据受力情况设置多排连接螺栓或设置多道腹板连接。

为适应两端支撑受力和布置尺寸要求，所述端支撑1与塔壁4连接处的塔壁内侧可设置为齿块或槽口。

在安装斜拉索钢锚梁时，可将端支撑1与中间平衡梁2采用高强螺栓均固结，与钢壁板一起整体吊装。考虑结构安全性和可靠性，在钢锚梁安装完毕后，选择一端端支撑1的支撑腹板11与中间平衡梁2的腹板5高强螺栓连接均拧紧予以固定作为固定端，而另一端支撑1的支撑腹板11与中间平衡梁2的腹板5高强螺栓连接为临时释放端，即在张拉对应斜拉索前，可将支撑腹板11侧高强螺栓拧紧予以固定，中间平衡梁2的腹板5高强螺栓临时释放而不完全固结，其高强螺栓预拉力释放为0。在全桥斜拉索张拉完成后，将临时释放端的所释放高强螺栓拧紧形成固结连接，同时将两端端支撑1的支撑顶板12与中间平衡梁的顶板6的高强螺栓拧紧形成固结连接，使得钢锚梁与塔壁4形成整体受力的钢-混组合体系。

本发明无牛腿钢锚梁即可适用于平行索面斜拉桥，也可适用于空间索面斜拉桥。

Claims (6)

1.一种无牛腿钢锚梁，其特征在于：包括端支撑⑴、中间平衡梁⑵和斜拉索锚固头⑶，端支撑⑴与塔壁⑷通过剪力栓钉⒂或PBL剪力键⒃连接，端支撑⑴分别与中间平衡梁⑵的腹板⑸、顶板⑹通过高强螺栓连接；斜拉索锚固头⑶对称设置于中间平衡梁⑵腹板⑸两端内侧的底板⑺上，斜拉索锚固头⑶的锚下井字板⑽与中间平衡梁⑵的腹板⑸、顶板⑹和底板⑺相连；所述中间平衡梁⑵的腹板⑸或端支撑⑴的支撑腹板⑾沿斜拉索方向预留有滑移空隙螺栓孔⒅。

2.如权利要求1所述的无牛腿钢锚梁，其特征在于：所述端支撑⑴用于支撑中间平衡梁⑵，具体包括支撑腹板⑾、支撑顶板⑿、加劲板⒀、壁板⒁和剪力栓钉⒂或PBL剪力键⒃，所述壁板⒁通过剪力栓钉⒂或PBL剪力键⒃与塔壁⑷连接，壁板⒁顶部水平设有支撑顶板⑿，壁板⒁和支撑顶板⑿之间通过支撑腹板⑾相连，支撑腹板⑾上设有加劲板⒀。

3.如权利要求1所述的无牛腿钢锚梁，其特征在于：所述中间平衡梁⑵的截面为开口箱型，包括两侧腹板⑸、顶板⑹、底板⑺和横隔板⑻焊接而成。

4.如权利要求1所述的无牛腿钢锚梁，其特征在于：所述斜拉索锚固头⑶包括锚板⑼和锚下井字板⑽，所述锚下井字板⑽与斜拉索方向平行布置，并与腹板⑸、顶板⑹、底板⑺相连。

5.如权利要求1所述的无牛腿钢锚梁，其特征在于：所述端支撑⑴与中间平衡梁⑵的腹板⑸、顶板⑹之间采用双连接板⒄拼接。

6.如权利要求1所述的无牛腿钢锚梁，其特征在于：所述端支撑⑴与中间平衡梁⑵的腹板⑸之间的连接螺栓沿斜拉索方向布置。