CN105297613A - 一种紧凑型斜拉索钢锚梁及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种紧凑型斜拉索钢锚梁及其施工方法，该钢锚梁包括钢系梁机构、梁端钢锚固机构和斜拉索锚头支承机构，三个机构相互配合，共同构成一种新型的斜拉索钢锚梁。其施工方法是：1)组装该钢锚梁；2)吊装该钢锚梁；3)吊装就位后，解除移开吊装设备，安装该钢锚梁；4)绑扎塔柱钢筋，安装模板，浇筑塔柱。该钢锚梁结构简单、紧凑，施工方便，构造成本低，且安全性能高，使用寿命长。该施工方法施工方便，施工所需的成本低，且施工效率极高。

Description

一种紧凑型斜拉索钢锚梁及其施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁构件设计及制造技术领域，具体涉及一种紧凑型斜拉索钢锚梁,同时涉及一种紧凑型斜拉索钢锚梁的施工方法。

背景技术

斜拉桥的斜拉索塔上锚固连接构造直接关系到斜拉索使用阶段的正常工作和安全、耐久，是斜拉桥设计关注的重点。钢锚梁是一种目前常用的斜拉索塔上锚固连接结构，文献记载钢锚梁的首次应用是1986建成的加拿大安那西斯桥(AnnacisBridge)，国内最早应用于1991年建成的上海黄浦江南浦大桥。钢锚梁的基本原理是通过分别设置与斜拉索水平连接的钢系梁和竖向支承牛腿两大构件，使水平受力和竖向受力分离解耦，即，钢系梁承受斜拉索的水平分力，牛腿承受竖向分力。斜拉索锚固于水平连接钢系梁上，钢系梁支承在牛腿上，通过张拉斜拉索时释放钢系梁与锚固牛腿间的水平约束装置、成桥状态锁定水平约束装置，以实现钢系梁承担全部或大部分的斜拉索水平分力，混凝土塔侧壁不承担或承担小部分的斜拉索水平分力，而斜拉索的竖向分力全部由附着在塔前壁的牛腿承受。

该结构体系通过钢系梁和牛腿分离设置，较好的使钢系梁分担了主要的斜拉索水平分力，但导致了以下的不足：1)竖向受力不尽合理。无论是钢牛腿还是混凝土牛腿，斜拉索的竖向分力均会在与塔侧壁相接的牛腿根部产生较大的弯矩，特别是靠近塔柱下部的斜拉索，与塔柱的夹角小、其竖向分力远大于水平分力的情况；使用钢牛腿时，埋入塔柱的抗剪连接件在承受竖向剪力的同时，还需承受较大的拉力，抗剪连接件的优势难以发挥；使用钢筋混凝土牛腿时，除构造钢筋外，还需在牛腿上缘配置相应数量的抗拉受力钢筋。2)施工不便。对于钢筋混凝土牛腿，需先浇筑牛腿，后施工钢系梁，曾出现上部节段牛腿在下部节段钢系梁安装前浇筑，导致下部节段钢系梁无法安装的情况；对于钢牛腿，尽管可以与钢系梁临时连接进行的同时进行吊装，但吊装定位和临时连接的解除及施工完成后的锁定等工序较多，钢系梁和牛腿间设置的临时滑动、锁定装置本身也增加了施工的难度，大大降低了施工效率。3)经济性欠佳，牛腿和钢系梁的竖向叠置的竖向构造高度远大于斜拉索塔上锚固所需的高度，导致桥塔上的塔柱远高于实际所需的高度(一般高35％)，材料和施工成本均需为满足该空间构造的需要而额外增加，降低了桥梁的经济性。

因此，设计一种综合受力合理、结构紧凑、构造简洁、经济性好、施工方便的钢锚梁结构、并给出相应的施工方法是可行和必要的。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种紧凑型斜拉索钢锚梁及其施工方法，该钢锚梁结构简单、紧凑，施工方便，构造成本低，且安全性能高，使用寿命长。该施工方法施工方便，施工所需的成本低，且施工效率极高。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种紧凑型斜拉索钢锚梁，包括钢系梁机构、梁端钢锚固机构和斜拉索锚头支承机构，钢系梁机构至少包括水平设置的长方形的底板，梁端钢锚固机构有两个，两梁端钢锚固机构对称安装于底板的两端，梁端钢锚固机构包括竖直设置的钢锚固板、上调节定位板、下调节定位板和两个以上的抗剪连接件，钢锚固板的中央设有安装孔，上调节定位板固定于钢锚固板的顶部上，下调节定位板固定于钢锚固板的底部上，上调节定位板和下调节定位板均均匀设有两个以上的定位孔，两个以上的抗剪连接件均匀固定于钢锚固板的外侧面上，斜拉索锚头支承机构有两个，两斜拉索锚头支承机构对称安装于两梁端钢锚固机构与底板之间，斜拉索锚头支承机构至少包括倾斜设置的支撑钢管和承压板，支撑钢管外侧壁沿圆周方向均匀设有上支撑板、下支撑板、前支撑板和后支撑板，支撑钢管的轴线位于上支撑板和下支撑板所在的平面内，承压板的中部设有通孔，两钢锚固板内侧面的中部分别与底板的两端固定连接，两支撑钢管的下端分别穿过底板的两端部并分别固定在两钢锚固板的安装孔上，上端分别与两承压板固定，两上支撑板分别与两钢锚固板固定连接，两下支撑板分别固定在底板上侧面两端部的中央，两前支撑板、两后支撑板分别固定在底板上侧面两端部上。

所述的钢系梁机构还包括侧板，侧板固定于底板上侧面的中部上，且侧板垂直于底板，侧板的两端分别与两下支撑板固定连接。

支撑钢管的轴线与底板的夹角不大于60°。

一种紧凑型斜拉索钢锚梁的施工方法，包括如下步骤：

1)按照紧凑型斜拉索钢锚梁的结构组装紧凑型斜拉索钢锚梁；

2)取两个U型钢杆，将两U型钢杆对称固定于两钢锚固板的安装孔的外侧，使U型钢杆中部的水平部分平行于地面，各U型钢杆均通过卡在两抗剪连接件上的方式安装；

3)取软绳和两个带孔的木塞，先将两个木塞分别穿过两承压板并塞入两支撑钢管内，然后将软绳的两端分别穿过两木塞，再将软绳的两端分别固定在两U型钢杆的水平部分的中央；

4)将软绳的中央锁定在吊装设备的吊钩上，吊装设备将组装好的紧凑型斜拉索钢锚梁运输至指定的支架上后，先解除软绳的锁定，移开吊装设备，再微调下调节定位板的位置以精确调整该紧凑型斜拉索钢锚梁的空间位置，保证承压板的中心与设计预期重合；

5)解开软绳的两端，抽出绳子，取出两U型钢杆和木塞；

6)绑扎塔柱钢筋，安装模板，浇筑塔柱前后壁、两侧壁的混凝土，同时将各抗剪连接件埋入塔柱两侧壁的混凝土中。

该钢锚梁的受力原理分析如下：

1)钢系梁机构承受两端斜拉索在水平方向的水平拉力。

钢系梁机构承受的水平拉力大小可通过改变其刚度进行调整，钢系梁机构与钢筋混凝土塔柱前壁共同承受两端斜拉索的水平拉力，两者的分配比例符合结构力学中超静定结构内力按刚度分配的基本规律，钢系梁结构的刚度越大，分配的水平分力越大。通常，根据控制钢筋混凝土塔柱前壁混凝土裂缝宽度的需要，钢系梁机构分担斜拉索水平分力的60％，钢筋混凝土塔柱前、后塔壁各分担20％，钢材许用应力为[a]＝90MPa较适宜。

2)抗剪连接件承受斜拉索在竖直方向上的分力(对抗剪连接件而言为剪力)。

3)斜拉索锚头支承机构所受的压力、抗剪连接件所受的剪力及钢系梁机构所受的水平拉力三力为共点汇交力系。

通过调整钢系梁机构的侧板高度及底板位置调整其钢系梁机构的横截面的形心；通过调整斜拉索锚头支承机构中支撑钢管轴线的倾角来调整斜拉索轴线的倾角；实现斜拉索锚头所受的压力、抗剪连接件所受的剪力及钢系梁机构所受的水平拉力三力为汇交力系，且汇交于梁端钢锚固机构的钢锚固板平面内，使其上的抗剪连接件仅承受剪力而不受拉，达到钢系梁机构承受水平拉力、抗剪连接件仅承受剪力的总体合理受力状态。

本发明与现有技术相比，其有益效果和优点在于：

1、该钢锚梁与现有的钢锚梁相比，有以下优点：A、结构更加简单，使得制作施工更为方便，而且使得制作施工成本降低，十分经济方便；B、结构更加紧凑，所占空间减小，所需高度降低；C、利用混凝土的收缩徐变特性及带裂缝工作的原理，与钢筋混凝土桥塔协同工作，取消了钢锚梁牛腿，可使钢锚梁结构承受的三力共点，从而使钢锚梁整体受力合理，进而使钢锚梁更加安全、耐久，使用寿命提高；D、取消了钢锚梁牛腿，从而取消了相应的约束、锁定装置及相应的工序，进而节约了造价成本，大幅度简化了该装置的结构。

2、该施工方法采用了五点定位吊移钢锚梁的方法进行施工，有效利用钢锚梁的本体结构，使用辅助用具较少，辅助用具的成本低且可重复使用，安装、拆卸工序少，施工效率高。

附图说明

图1为本发明提供的紧凑型斜拉索钢锚梁施工后的结构示意图。

图2为本发明提供的紧凑型斜拉索钢锚梁的结构示意图。(由于是对称结构，此处只画了一半)

图3为本发明提供的紧凑型斜拉索钢锚梁吊装时的结构示意图。

其中，1-钢锚固板、2-上调节定位板、3-下调节定位板、4-抗剪连接件、5-支承钢管、6-上支撑板、7-下支撑板、8-前支撑板、9-后支撑板、10-承压板、11-侧板、12-底板、13-塔柱侧壁、14-塔柱前壁、15-定位孔、16-塔柱钢筋、17-U型钢杆、18-木塞、19-通孔、20-软绳。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的紧凑型斜拉索钢锚梁的结构进行详细说明。

本实施例提供的紧凑型斜拉索钢锚梁的结构如图1和图2所示，该钢锚梁由钢系梁机构、梁端钢锚固机构和斜拉索锚头支承机构构成。

钢系梁机构包括水平设置的长方形的底板12和侧板11，侧板11安装于底板12上侧面中部，且侧板11垂直于底板12，使钢系梁机构的横截面呈倒T型。底板还可以兼作斜拉索的施工平台。

梁端钢锚固机构有两个，两梁端钢锚固机构对称安装于底板的两端。梁端钢锚固机构包括竖直设置的钢锚固板1、上调节定位板2、下调节定位板3和两个以上的抗剪连接件4，钢锚固板1的中央设有安装孔，上调节定位板2固定于钢锚固板1的顶部上，下调节定位板3固定于钢锚固板1的底部上，上调节定位板和下调节定位板均均匀设有两个以上的定位孔15，两个以上的抗剪连接件4均匀固定于钢锚固板的外侧面上。

斜拉索锚头支承机构有两个，两斜拉索锚头支承机构对称安装于两梁端钢锚固机构与底板之间。斜拉索锚头支承机构至少包括倾斜设置的支撑钢管5和承压板10，支撑钢管5的轴线与底板12的夹角不大于60°。本实施例中支撑钢管的轴线与底板的夹角为26°。支撑钢管5外侧壁沿圆周方向均匀设有上支撑板6、下支撑板7、前支撑板8和后支撑板9，支撑钢管的轴线位于上支撑板6和下支撑板7所在的平面内。承压板的中部设有通孔19。两钢锚固板1内侧面的中部分别与底板12的两端固定连接。两支撑钢管5的下端分别穿过底板12的两端部并分别固定在两钢锚固板1的安装孔上，上端分别与两承压板10固定。两上支撑板分别与两钢锚固板固定连接。两下支撑板7分别固定在底板上侧面两端部的中央，且两下支撑板7分别与侧板11的两端固定连接。两前支撑板8、两后支撑板9分别固定在底板12上侧面两端部上。

下面结合具体实施例对本发明提供的紧凑型斜拉索钢锚梁的施工方法进行详细说明。

实施例1

一种紧凑型斜拉索钢锚梁的施工方法，其步骤是：

1)按照上面所述的紧凑型斜拉索钢锚梁的结构组装紧凑型斜拉索钢锚梁；

2)如图3所示，取两个U型钢杆17，将两U型钢杆17对称固定于两钢锚固板的安装孔的外侧，使U型钢杆17中部的水平部分平行于地面，各U型钢杆17均通过卡在两抗剪连接件上的方式安装；

3)取软绳20和两个带孔的木塞18，先将两个木塞分别穿过两承压板通孔19并塞入两支撑钢管内，然后将软绳的两端分别穿过两木塞，再将软绳的两端分别固定在两U型钢杆的水平部分的中央；

4)将软绳的中央锁定在吊装设备的吊钩上，吊装设备将组装好的紧凑型斜拉索钢锚梁运输至指定的支架上后，先解除软绳的锁定，移开吊装设备，再微调下调节定位板的位置以精确调整该紧凑型斜拉索钢锚的空间位置，保证承压板通孔19的中心与设计预期重合；

5)解开软绳的两端，抽出绳子，取出两U型钢杆和木塞；

6)绑扎塔柱钢筋16，安装模板，浇筑塔柱前后壁、两侧壁的混凝土，同时将各抗剪连接件埋入塔柱两侧壁的混凝土中。

为方便描述，本发明所述的钢锚梁只是一段钢锚梁，因为整体钢锚梁是由多段钢锚梁施工而成，施工方法也只是以首节钢锚梁为例，后续节段的钢锚梁的施工方法是相同，不同的地方是步骤4)中，先将后一节段的钢锚梁通过吊装设备运输至前一节段的钢锚梁的上方，使后一节段的钢锚梁的下调节定位板置于前一节段的钢锚梁的上调节定位板上，实现初步就位，然后通过调节后一节段的钢锚梁的下调节定位板的厚度以精确调整后一节段的钢锚梁的承压板的中心与预期值重合后，再通过往后一节段的钢锚梁的下调节定位板和前一节段的钢锚梁上的上调节定位板上的定位孔中安装螺栓的方式锁定后一节段的钢锚梁。

所有节段钢锚梁施工完毕后，整体钢锚梁安装及塔柱混凝土浇筑完成。

该钢锚梁施工需要控制的要点：

1)钢系梁截面尺寸选择

斜拉索的水平分力为T，钢系梁机构横截面的总面积为As，承担的拉力为Ns，一般取构件钢材许用应力[a]＝90MPa，塔柱前、后壁内部配置的塔柱钢筋的截面总面积为Ag(前、后侧壁合计)，承担的拉力为Ng。根据钢筋混凝土带裂缝工作及超静定结构内力按刚度分配的原理，则，Ns/Ng＝As/Ag。一般取Ns≈0.6T，若以[千牛，毫米]为单位，则，As≈7T。由As及所需的钢系梁机构横截面形心的位置，分别选定底板和侧板的截面尺寸。

2)钢锚固板及上下调节定位板的尺寸选择

依据节段间高度、上调节定位板、下调节定位板的初拟厚度确定钢锚固板在Z轴上的高度；依据抗剪连接件的数量n及容许间距，结合底板的宽度等构造要求，确定钢锚固板在Y轴上的宽度；根据前节段安装后现场量测的安装误差，确定上调节定位板、下调节定位板在Z轴上的厚度。

(3)、确定三力汇交点

调整支撑钢管的轴线与底板的夹角，使斜拉索的轴线与钢系梁机构形心轴线(各个横截面形心的连线)的交点位于钢锚固板内，该交点即为斜拉索锚头支承机构所受的压力、抗剪连接件所受的剪力及钢系梁机构所受的水平拉力三力的汇交点。

Claims (4)

1.一种紧凑型斜拉索钢锚梁，其特征在于：包括钢系梁机构、梁端钢锚固机构和斜拉索锚头支承机构，钢系梁机构至少包括水平设置的长方形的底板，梁端钢锚固机构有两个，两梁端钢锚固机构对称安装于底板的两端，梁端钢锚固机构包括竖直设置的钢锚固板、上调节定位板、下调节定位板和两个以上的抗剪连接件，钢锚固板的中央设有安装孔，上调节定位板固定于钢锚固板的顶部上，下调节定位板固定于钢锚固板的底部上，上调节定位板和下调节定位板均均匀设有两个以上的定位孔，两个以上的抗剪连接件均匀固定于钢锚固板的外侧面上，斜拉索锚头支承机构有两个，两斜拉索锚头支承机构对称安装于两梁端钢锚固机构与底板之间，斜拉索锚头支承机构至少包括倾斜设置的支撑钢管和承压板，支撑钢管外侧壁沿圆周方向均匀设有上支撑板、下支撑板、前支撑板和后支撑板，支撑钢管的轴线位于上支撑板和下支撑板所在的平面内，承压板的中部设有通孔，两钢锚固板内侧面的中部分别与底板的两端固定连接，两支撑钢管的下端分别穿过底板的两端部并分别固定在两钢锚固板的安装孔上，上端分别与两承压板固定，两上支撑板分别与两钢锚固板固定连接，两下支撑板分别固定在底板上侧面两端部的中央，两前支撑板、两后支撑板分别固定在底板上侧面两端部上。

2.根据权利要求1所述的紧凑型斜拉索钢锚梁，其特征在于：所述的钢系梁机构还包括侧板，侧板固定于底板上侧面的中部上，且侧板垂直于底板，侧板的两端分别与两下支撑板固定连接。

3.根据权利要求1所述的紧凑型斜拉索钢锚梁，其特征在于：支撑钢管的轴线与底板的夹角不大于60°。

4.一种权利要求1所述的紧凑型斜拉索钢锚梁的施工方法，其特征在于包括如下步骤：

1)按照权利要求1所述的紧凑型斜拉索钢锚梁的结构组装紧凑型斜拉索钢锚梁；

2)取两个U型钢杆，将两U型钢杆对称固定于两钢锚固板的安装孔的外侧，使U型钢杆中部的水平部分平行于地面，各U型钢杆均通过卡在两抗剪连接件上的方式安装；

3)取软绳和两个带孔的木塞，先将两个木塞分别穿过两承压板并塞入两支撑钢管内，然后将软绳的两端分别穿过两木塞，再将软绳的两端分别固定在两U型钢杆的水平部分的中央；

4)将软绳的中央锁定在吊装设备的吊钩上，吊装设备将组装好的紧凑型斜拉索钢锚梁运输至指定的支架上后，先解除软绳的锁定，移开吊装设备，再微调下调节定位板的位置以精确调整该紧凑型斜拉索钢锚梁的空间位置，保证承压板的中心与设计预期重合；

5)解开软绳的两端，抽出绳子，取出两U型钢杆和木塞；

6)绑扎塔柱钢筋，安装模板，浇筑塔柱前后壁、两侧壁的混凝土，同时将各抗剪连接件埋入塔柱两侧壁的混凝土中。