CN106835981B - 一种适用于桥墩和桥塔内的自平衡型拉索锚固结构 - Google Patents

Abstract

一种适用于桥墩和桥塔内的自平衡型拉索锚固结构，以有效简化拉索锚固结构，避免了桥塔(桥墩)内由于构造空间狭小带来的操作困难等问题，降低设计和施工难度，且大幅度地降低桥梁工程造价。包括桥墩和桥塔的柱体，以及锚固于柱体上的左侧拉索、右侧拉索。柱体为任意截面形状的空心结构，在左侧拉索、右侧拉索的锚固位置于柱体内设置实心段，在实心段上部设置梯形锚固齿块结构。梯形锚固齿块结构和实心段采用钢筋混凝土结构，梯形锚固齿块结构两侧边的斜度保证左侧拉索、右侧拉索沿其轴线能垂直锚固于该梯形锚固齿块结构上，其所产生的水平分力相互抵消，竖向分力由实心段传递至柱体。

Description

一种适用于桥墩和桥塔内的自平衡型拉索锚固结构

技术领域

本发明涉及桥梁工程，特别涉及一种适用于桥墩和桥塔内的自平衡型拉索锚固结构体系，可用于桥梁悬臂施工中扣、背索、斜拉索在桥墩或桥塔内的锚固。

背景技术

近年来，我国大跨桥梁的建设事业取得快速发展，一大批结构新颖、技术复杂和施工难度大的大跨复杂桥梁建成。其中，最有代表性的应属于拱桥和斜拉桥。拱桥和斜拉桥由于其结构刚度大、跨越能力强以及易适应环境等优点，逐渐成为跨越峡谷地形和水系的两大首选桥型。然而，无论是拱桥还是斜拉桥，都存在着拉索在桥塔或桥墩内锚固的问题。目前拉索在混凝土桥塔(墩)内的锚固形式主要有钢锚箱、钢锚梁和预应力三种。

1.钢锚箱结构。该结构为箱形钢结构，由侧面拉板、端部承压板、腹板、锚垫板、拉板、横隔板和加劲肋等构件组成。拉板承担大部分拉索拉力在顺桥方向的水平分力，其余索力沿索塔高度方向传给塔柱。该结构形式由于其受力方式明确、锚固点定位准确、钢结构加固精度高等优点已在多座大跨度斜拉桥中得到应用，如苏通大桥和香港昂船洲大桥，但缺点在于钢结构复杂，施工安装需要大型的吊装设备，经济性不好。

2.钢锚梁结构。钢锚梁本身是独立的构件，支撑于塔柱内侧牛腿上，平衡两侧拉索大部分水平分力，不平衡水平分力通过水平限位装置传递至塔壁。该结构形式的优点在于可不用或少用预应力钢束，但需用大量钢梁，且钢锚梁两端斜拉索的水平拉力不是绝对相等的，因此梁端支承设计为允许一定的移动范围，导致构造复杂，施工麻烦。此外，由于斜拉索锚头要占用钢梁两端一定长度，使得箱内净空以及箱梁截面总宽度加大，增加造价且后期养护相对比较困难。

3.预应力锚固结构。对于混凝土塔柱，可采用塔壁内布置预应力钢束的锚固形式，以预应力钢束产生的外力来平衡索塔中因拉索索力产生的内力。根据预应力钢束的布置形式，分为环向预应力布置和“#”字形预应力布置。该锚固形式在南京长江二桥南汊桥和安庆长江公路大桥等多座斜拉桥中得到应用。缺点是全部工序需要现场高空作业，精度和质量控制较难，施工质量也不易保证。另外，对于结构尺寸较小的塔柱，有些预应力钢束的长度已经接近规范规定的最小值，其应力损失较大，预应力损失很难准确计算，给结构安全带来了一定的隐患。

综上，为了抵消拉索的水平分力，目前的锚固方法都需要在桥塔(桥墩)内额外设置构件或增设预应力。当桥塔(桥墩)内结构空间有限时，上述的方法都存在一定的局限性，给施工带来了很大的不便。此外，对于在施工过程中使用的扣、背索体系临时锚固构造而言，当拱桥合龙后还需对交界墩内的临时构件进行拆除，造成材料和工程的浪费。

发明内容

本发明所要解决技术问题是提供一种适用于桥墩和桥塔内的自平衡型拉索锚固结构，以有效简化拉索锚固结构，避免了桥塔(桥墩)内由于构造空间狭小带来的操作困难等问题，降低设计和施工难度，且大幅度地降低桥梁工程造价。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案如下：

本发明一种适用于桥墩和桥塔内的自平衡型拉索锚固结构，包括桥墩和桥塔的柱体，以及锚固于柱体上的左侧拉索、右侧拉索，其特征是：所述柱体为任意截面形状的空心结构，在左侧拉索、右侧拉索的锚固位置于柱体内设置实心段，在实心段上部设置梯形锚固齿块结构；所述梯形锚固齿块结构和实心段采用钢筋混凝土结构；所述梯形锚固齿块结构两侧边的斜度保证左侧拉索、右侧拉索沿其轴线能垂直锚固于该梯形锚固齿块结构上，其所产生的水平分力相互抵消，竖向分力由实心段传递至柱体。

本发明的有益效果是，将拉索水平分力相互抵消，将竖直分力均匀地传递给桥墩、桥塔结构，而不需要额外增设其他构件(钢锚箱、钢锚梁和预应力)等，降低桥梁设置和施工难度，且能较好地解决桥墩(桥塔)内由于构造空间狭小带来的操作困难问题；在满足结构强度和刚度情况下，节约了工程量，可显著降低工程造价；锚固结构采用钢筋混凝土结构，避免了额外设置钢结构构件的防腐问题，方便施工及后期运营养护；构造简单，受力合理，传力明确，充分发挥了混凝土材料抗压的特点；布置灵活性较强，可用于不同角度和布置形式的多根拉索在同一位置处的锚固；适应型较强，可适用于任一截面形状的桥塔(桥墩)。

附图说明

本说明书包括如下七幅附图：

图1是本发明一种适用于桥墩和桥塔内的自平衡型拉索锚固结构的纵断面构造示意图；

图2是沿图1中1-1线的剖面图；

图3是沿图2中2-2线的剖面图。

图4是本发明一种适用于桥墩和桥塔内的自平衡型拉索锚固结构墩体内预埋管道及喇叭口的结构示意图

图5本发明一种适用于桥墩和桥塔内的自平衡型拉索锚固结构中多组扣、背索在同一锚固齿块锚固的示意图

图6本发明一种适用于桥墩和桥塔内的自平衡型拉索锚固结构中墩体的侧视图；

图7是本发明一种适用于桥墩和桥塔内的自平衡型拉索锚固结构中墩体的主视图。

图中示出构件和对应的标记：柱体10、左肢柱体10a、右肢柱体10b，左侧拉索11a、右侧拉索11b、梯形锚固齿块结构12、实心段13、系梁14、进人孔15、墩壁喇叭口16、预埋管道17。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

参照图1和图3，本发明一种适用于桥墩和桥塔内的自平衡型拉索锚固结构，包括桥墩和桥塔的柱体10，以及锚固于柱体10上的左侧拉索11a、右侧拉索11b。所述柱体10为任意截面形状的空心结构，在左侧拉索11a、右侧拉索11b的锚固位置于柱体10内设置实心段13，在实心段13上部设置梯形锚固齿块结构12。所述梯形锚固齿块结构12和实心段13采用钢筋混凝土结构，梯形锚固齿块结构12两侧边的斜度保证左侧拉索11a、右侧拉索11b沿其轴线能垂直锚固于该梯形锚固齿块结构12上，其所产生的水平分力相互抵消，竖向分力由实心段13传递至柱体10。该结构构造简单，受力合理，传力明确，充分发挥了混凝土材料抗压的特点，有效克服了目前各种索塔锚固结构的缺点。

参照图3，所述左侧拉索11a、右侧拉索11b在梯形锚固齿块结构12两侧边交错锚固，节省了锚固的空间，单位宽度上可以锚固更多的拉索，节省了建筑材料及锚固构造。

参照图4，为便于穿索，所述柱体10墩壁内设置供左侧拉索11a、右侧拉索11b穿过的预埋管道17。为便于调整拉索角度，于预埋管道17外端设置墩壁喇叭口16。

参照2和图7，所述柱体10包括左肢柱体10a、右肢柱体10b，左肢柱体10a、右肢柱体10b之间于对应的实心段13处设置系梁14将左肢柱体10a、右肢柱体10b连接为一体，对于空间布置形式的拉索系梁14可有效抵消拉索面外分力。根据受力需要，所述系梁14采用预应力混凝土结构或钢筋混凝土结构，并作为拉索操作人员的走行通道。

参照2，所述左肢柱体10a、右肢柱体10b的内侧墩壁上于系梁14以上部位设置进人孔15，便于人员进入左肢柱体10a、右肢柱体10b内，进行张拉锚固等操作。

本发明构造简单，受力合理，传力明确，充分发挥了混凝土材料抗压的特点。布置灵活性较强，可用于不同角度和布置形式的多根拉索在同一位置处的锚固。适应型较强，可适用于任一截面形状的桥塔(桥墩)，塔柱可为H型桥塔、倒Y型桥塔、花瓶型桥塔和钻石型桥塔，墩柱可为任一截面的混凝土空心墩柱。

本申请人成功地将本发明运用于沪昆客专北盘江特大桥的设计与建造中。该桥为主跨445m的上承式混凝土拱桥(世界第一大跨混凝土拱桥)，主拱采用劲性骨架法施工。其中劲性骨架采用斜拉扣挂法悬臂拼装施工。由于结构跨度大和吊装重量大，对锚固系统提出很高的要求。且在劲性骨架在悬臂拼装施工中，扣、背索体系为桥梁的生命线，决定了桥梁施工的成败。采用本发明，利用交界墩内设置的自平衡锚固结构，在有效保证结构的强度和稳定性的基础上，节约了扣塔钢材约9000吨。如采用独立的扣塔及锚固体系，桥梁施工完成后还需拆除，采用本发明可大幅度降低施工难度和扣塔安装、拆除的工程量。经测算，采用本发明可节约工程造价约3600万，经济效益可观。

以上所述只是用图解说明本发明一种适用于桥墩和桥塔内的自平衡型拉索锚固结构的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。

Claims (6)

1.一种适用于桥墩和桥塔内的自平衡型拉索锚固结构，包括桥墩和桥塔的柱体(10)，以及锚固于柱体(10)上的左侧拉索(11a)、右侧拉索(11b)，其特征是：所述柱体(10)为任意截面形状的空心结构，在左侧拉索(11a)、右侧拉索(11b)的锚固位置于柱体(10)内设置实心段(13)，在实心段(13)上部设置梯形锚固齿块结构(12)；所述梯形锚固齿块结构(12)和实心段(13)采用钢筋混凝土结构；所述梯形锚固齿块结构(12)两侧边的斜度保证左侧拉索(11a)、右侧拉索(11b)沿其轴线能垂直锚固于该梯形锚固齿块结构(12)上，其所产生的水平分力相互抵消，竖向分力由实心段(13)传递至柱体(10)。

2.如权利要求1所述的一种适用于桥墩和桥塔内的自平衡型拉索锚固结构，其特征是：所述左侧拉索(11a)、右侧拉索(11b)在梯形锚固齿块结构(12)上交错锚固。

3.如权利要求2所述的一种适用于桥墩和桥塔内的自平衡型拉索锚固结构，其特征是：所述柱体(10)墩壁内设置供左侧拉索(11a)、右侧拉索(11b)穿过的预埋管道(17)，于预埋管道(17)外端设置墩壁喇叭口(16)，便于调整拉索(11a、11b)进入墩壁的角度。

4.如权利要求1至3任意一项所述的一种适用于桥墩和桥塔内的自平衡型拉索锚固结构，其特征是：所述柱体(10)包括左肢柱体(10a)、右肢柱体(10b)，左肢柱体(10a)、右肢柱体(10b)之间于对应的实心段(13)处设置系梁(14)将左肢柱体(10a)、右肢柱体(10b)连接为一体，用于抵消拉索面外分力。

5.如权利要求4所述的一种适用于桥墩和桥塔内的自平衡型拉索锚固结构，其特征是：所述系梁(14)采用预应力混凝土结构或钢筋混凝土结构，并作为拉索操作人员的走行通道。

6.如权利要求4所述的一种适用于桥墩和桥塔内的自平衡型拉索锚固结构，其特征是：所述左肢柱体(10a)、右肢柱体(10b)的内侧墩壁上于系梁(14)以上部位设置进人孔(15)。