CN108547226B - 一种确定斜拉桥斜塔无索区塔柱支架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定斜拉桥斜塔无索区塔柱支架，每个榀空间三角形支撑结构由第一、第二直立钢管和第二、第三斜撑钢管构成，用型钢平联分别与直立钢管和斜撑钢管焊接，直立钢管和斜撑钢管的底部置于混凝土扩大基础上，第一、第二直立钢管、斜撑管均与预埋在扩大基础上的地脚螺栓连接,立钢管和斜撑钢管顶缘依次设置横梁、纵梁，横梁与纵梁通过高强螺栓连接，千斤顶与分配横梁相连，分配横梁置于千斤顶上，分配横梁与三角顶推支架之间采用螺栓连接，三角顶推支架与预埋在斜塔柱上的第一和第二预埋件、分配横梁焊接连接，分配横梁分别与斜撑杆和水平撑杆采用焊接连接。结构简单、受力明确，承载力高、稳定性好，安装和拆解方便。

Description

一种确定斜拉桥斜塔无索区塔柱支架

技术领域

发明属于斜拉桥索塔柱的施工技术领域，尤其涉及一种用于支撑无索区斜塔柱的施工支架。适用于其他材料(如钢材)制成和其他索塔构造形式的无索区斜塔柱顶推力计算和支架构造。

背景技术

斜拉桥通常采用直立式索塔，有时为了增强桥梁的美学效果，或改善斜拉桥边跨侧的受力，亦可将索塔设计成倾斜。直立式索塔仅在下塔柱倾斜、上塔柱为直立，而倾斜式索塔的上、下塔柱均为倾斜。索塔分为有索区和无索区两部分，有索区段利用斜拉索索力来平衡斜塔的倾覆力矩，使塔柱受力处在合理状态内；位于无索区段的上、下塔柱在施工过程中受到塔柱自重作用将产生倾覆力矩，并使塔柱截面的一侧产生拉应力，另一侧产生压应力。为此，需要在无索区斜塔柱施工阶段设置临时支架支撑防止其倾覆，通过施加顶推力来减小塔柱截面中的拉应力值，借此完成无索区斜塔柱的施工。

目前国内针对无索区斜塔施工的顶推力计算大多采用试算法，并以塔底截面最大拉应力不超限作为单一控制目标，虽然该方法概念清楚，但计算效率低，且只能得到满足单一目标要求(如塔底拉应力不超限)的一组解，不能提供斜塔柱多个控制截面同时满足控制目标要求的顶推力上下限范围，增大了无索区段斜塔柱的施工难度和技术要求。

发明内容

发明的目的是在于提供了一种用于支撑无索区斜塔柱的施工支架，该支架采用大直径空钢管，结构简单、受力明确，承载力高、稳定性好，安装和拆解方便。利用焊接在无索区斜塔柱上的三角顶推支架，将千斤顶竖向力自动转换为支撑斜塔柱的斜向力，避免了将千斤顶斜向布置所造成的支架构造复杂、材料用量多等难题。

为了实现上述的目的，发明采用以下技术措施：

一种确定斜拉桥斜塔无索区塔柱支架，无索区索塔由塔柱基础和无索区塔柱构成。塔柱基础置于桩基承台上，无索区索塔与塔柱基础由混凝土浇筑而成。无索区塔柱支架由第一直立钢管、第二直立钢管、斜撑钢管、型钢平联、横梁、纵梁、千斤顶、横梁、三角顶推支架、斜撑杆、水平撑杆、第一预埋件、第二预埋件、反力架、混凝土扩大基础、地脚螺栓等组成，其连接关系是：整个支架由五榀空间三角形支撑结构构成，除高支架为一榀外，其余两个支架均有二榀组成。每个榀空间三角形支撑结构由第一直立钢管、第二直立钢管和第一斜撑钢管、第二斜撑钢管、第三斜撑钢管构成，用型钢平联分别与第一直立钢管、第二直立钢管和第一斜撑钢管、第二斜撑钢管、第三斜撑钢管焊接而成，构成一个稳定的受力结构。第一直立钢管、第二直立钢管和第一斜撑钢管、第二斜撑钢管、第三斜撑钢管的底部置于混凝土扩大基础之上，第一直立钢管、第二直立钢管、斜撑管均与预埋在扩大基础上的地脚螺栓16连接与预埋在扩大基础上的地脚螺栓连接,防止支架因受力造成其滑移，并将支架及千斤顶力、斜塔柱等荷载通过扩大基础传递到地基；第一直立钢管、第二直立钢管和第一斜撑钢管、第二斜撑钢管、第三斜撑钢管(钢管支架)顶缘依次设置横梁、纵梁，横梁与纵梁通过高强螺栓连接，横梁支撑纵梁，纵梁之上安装千斤顶，纵梁作为千斤顶的支承点，千斤顶与分配横梁相连，分配横梁B8置于千斤顶之上，通过分配横梁将千斤顶顶推力施加到支撑三角顶推支架。分配横梁与三角顶推支架之间采用螺栓连接。三角顶推支架由斜撑杆和水平撑杆组成,将千斤顶顶推力传递给无索区斜塔。三角顶推支架与事先预埋在斜塔柱上的第一预埋件和第二预埋件、分配横梁焊接连接，分配横梁分别与斜撑杆和水平撑杆采用焊接连接。当施加千斤顶顶推力时，由三角顶推支架将竖向顶推力转换为沿斜撑杆的斜向顶推力，以此来实现无索区斜塔柱混凝土施工期间的临时支撑，并达到改善塔柱应力的目的。

通过上述的技术措施：最关键的是由第一直立钢管、第二直立钢管和第一斜撑钢管、第二斜撑钢管、第三斜撑钢管构成的受力支架，和由斜撑杆和水平撑杆构成的三角顶推托架，前者起支撑作用，后者起传力作用。主要解决了无索区斜塔柱混凝土施工期间的临时支撑，并达到改善塔柱应力的目的。主要达到了采用钢管三角形支撑结构，构件少、承载力大，采用三角顶推支架能够有效地将竖向顶推力转换为沿斜撑杆的斜向顶推力。虽然国内也采用钢管支架来支承斜塔柱的施工方法，但多采用全直立式支架，钢管数量多、抗倾覆稳定性差，本技术方案只需用三根钢管就能满足构造和受力要求，稳定性高，非常适用于场地受限的场合中。

发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

一种确定斜拉桥斜塔无索区塔柱支架，解决了传统方法需根据节段施工进程反复试算、且只能满足单一截面控制目标，其他截面拉应力容易超限的技术问题。不仅确保斜塔柱所有截面的拉应力均控制在容许值范围内，更重要的是多个截面作为控制目标，保证斜塔各个截面都不超限，使得各个截面处顶推力的确定更为高效可靠。大大降低了对顶推力控制精度的要求，只要顶推力值在上下限范围内，均能保证所有截面的拉应力在容许范围内，同时又提升了斜拉桥无索区斜塔柱施工的安全性。

附图说明

图1为一种确定斜拉桥斜塔无索区塔柱施工支架的结构示意图。

其中：1—第一直立钢管1；2—第二直立钢管2；3A—第一斜撑钢管、3B—第二斜撑钢管、3C—第三斜撑钢管；4—平联；5A—横梁；6—纵梁；7—千斤顶；8B—分配横梁；9—三角顶推支架；10—斜撑杆；11—水平撑杆；12A—第一预埋件；13B—第二预埋件；14—反力架；15A—第一混凝土扩大基础、15B－第二混凝土扩大基础；16—地脚螺栓；17—塔柱基础；18—无索区斜塔柱，①②③…—塔柱节段号，分别对应为第1节段、第2节段…第17节段。

具体实施方式

实施例1：

根据图1可知，一种确定斜拉桥斜塔无索区塔柱支架，无索区索塔由塔柱基础17和无索区斜塔柱18构成。塔柱基础置于桩基承台上，无索区索塔与塔柱基础由混凝土浇筑而成。无索区塔柱支架包括第一直立钢管1、第二直立钢管2、第一斜撑钢管3A、第二斜撑钢管3B、第三斜撑钢管3C、型钢平联4、横梁5A、纵梁6、千斤顶7、横梁8B、三角顶推支架9、斜撑杆10、水平撑杆11、预埋件12A、预埋件13B、反力架14、混凝土扩大基础15A、地脚螺栓16，其特征在于：整个支架由五榀空间三角形支撑结构构成，除高支架为一榀外，其余两个支架均有二榀组成。每个榀空间三角形支撑结构由第一直立钢管1、第二直立钢管2和第一斜撑钢管3A、第二斜撑钢管3B、第三斜撑钢管3C构成，用型钢平联4分别与第一直立钢管1、第二直立钢管2和第二斜撑钢管3B、第三斜撑钢管3C焊接而成，构成一个稳定的受力结构。第一直立钢管1、第二直立钢管2和第一斜撑钢管3A、第二斜撑钢管3B、第三斜撑钢管3C的底部置于第一混凝土扩大基础15A、第二混凝土扩大基础15B之上，第一直立钢管1、第二直立钢管2、斜撑管3均与预埋在扩大基础上的地脚螺栓16连接,防止支架因受力造成其滑移，并将支架及千斤顶力、斜塔柱等荷载通过扩大基础传递到地基；第一直立钢管1、第二直立钢管2和第一斜撑钢管3A、第二斜撑钢管3B、第三斜撑钢管3C(钢管支架)顶缘依次设置横梁5A、纵梁6，横梁5A与纵梁6通过高强螺栓连接，横梁5A支撑纵梁6，纵梁6之上安装千斤顶7，纵梁6作为千斤顶的支承点，千斤顶7与分配横梁8B相连，分配横梁8B置于千斤顶7之上，通过分配横梁B8将千斤顶顶推力施加到支撑三角顶推支架9。分配横梁8B与三角顶推支架9之间采用螺栓连接。三角顶推支架9由斜撑杆10和水平撑杆11组成,将千斤顶顶推力传递给无索区斜塔柱18。三角顶推支架9与事先预埋在斜塔柱上的第一预埋件12A和第二预埋件13B、分配横梁8B焊接连接，分配横梁8B分别与斜撑杆11和水平撑杆12采用焊接连接。当施加千斤顶顶推力时，由三角顶推支架将竖向顶推力转换为沿斜撑杆10的斜向顶推力，以此来实现无索区斜塔柱混凝土施工期间的临时支撑，并达到改善塔柱应力的目的。

所述的第一预埋件12A和第二预埋件13B与无索区斜塔柱18的第12节段相连，所述的第一预埋件12A和第二预埋件13B与无索区斜塔柱18的第8节段⑧相连，所述的第一预埋件12A和第二预埋件13B与无索区斜塔柱18的第5节段⑤相连。

采用两根第一直立钢管1、第二直立钢管2和第一斜撑钢管3A、第二斜撑钢管3B、第三斜撑钢管3C，既增强了施工支架的稳定性，也有利于支架在狭窄空间内的布置。

此外，在纵梁6上焊接反力架14，反力架14与分配横梁B8之间留有1cm间隙，也与水平撑杆11的外端留1cm间隙，以适应千斤顶顶升或卸落时三角顶推支架能够自由位移。

发明中的施工支架，横梁5A分别与纵梁6与反力架14、分配横梁8B与水平撑杆11之间均采用螺栓连接，也可采用焊接连接。

实施例2(具体工程实例应用)：

一种确定斜拉桥斜塔无索区塔柱支架，其使用过程是：采用有限元程序建立桥梁无索区段斜塔柱分析模型，选择塔根截面(第一控制截面C1)、塔根附近变截面(第二控制截面C2)、三个竖向支撑处截面(第三控制截面C3、第四控制截面C4、第五控制截面C5)共5个截面作为控制截面，分别按上述方法计算出顶推力影响矩阵、重力影响矩阵、施工荷载影响矩阵。计算顶推力时，按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》C50混凝土强度设计值，压应力控制条件{σc}取-22.4MPa，拉应力控制条件{σl}取1.83MPa。经计算可以得到一组能同时满足5个控制截面的顶推力上、下限值，其结果如下表所示，表中力单位为kN。

上述实施例仅例示性说明发明的原理及其功效，而非用于限制发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由发明的权利要求所涵盖。

Claims (2)

1.一种确定斜拉桥斜塔无索区塔柱支架，无索区索塔由塔柱基础（17）和无索区斜塔柱（18）构成，还包括第一直立钢管（1）、第一斜撑钢管（3A）、型钢平联（4）、横梁（5A）、纵梁（6）、千斤顶（7）、分配横梁（8B）、三角顶推支架（9）、斜撑杆（10）、水平撑杆（11）、第一预埋件（12A）、第二预埋件（13B）、反力架（14）、第一混凝土扩大基础（15A）、地脚螺栓（16），其特征在于：整个支架由五榀空间三角形支撑结构构成，除高支架为一榀外，其余两个支架由二榀组成，每个榀空间三角形支撑结构由第一直立钢管（1）、第二直立钢管（2）和第二斜撑钢管（3B）、第三斜撑钢管（3C）构成，型钢平联（4）与第一直立钢管（1）、第二直立钢管（2）和第二斜撑钢管（3B）、第三斜撑钢管（3C）焊接，第一直立钢管（1）、第二直立钢管（2）和第二斜撑钢管（3B）、第三斜撑钢管（3C）的底部置于第一混凝土扩大基础（15A）、第二混凝土扩大基础（15B）上，第一直立钢管（1）、第二直立钢管（2）、第一斜撑钢管（3A）、第二斜撑钢管（3B）、第三斜撑钢管（3C）均与预埋在第一混凝土扩大基础（15A）和第二混凝土扩大基础（15B）上的地脚螺栓（16）连接，第一直立钢管（1）、第二直立钢管（2）和第二斜撑钢管（3B）、第三斜撑钢管（3C）顶缘依次设置横梁（5A）、纵梁（6），横梁（5A）与纵梁（6）通过高强螺栓连接，千斤顶（7）与分配横梁（8B）相连，分配横梁（8B）置于千斤顶（7）上，分配横梁（8B）与三角顶推支架（9）之间采用螺栓连接，三角顶推支架（9）与预埋在斜塔柱上的第一预埋件（12A）和第二预埋件（13B）、分配横梁（8B）连接，分配横梁（8B）分别与斜撑杆（10）和水平撑杆（11）连接；各组的第一预埋件（12A）和第二预埋件（13B）分别与无索区斜塔柱（18）的第12节段、第8节段、第5节段相连；在纵梁（6）上焊接反力架（14），反力架（14）与分配横梁（8B）之间留有1cm间隙，与水平撑杆（11）的外端留1cm间隙。

2.根据权利要求1所述的一种确定斜拉桥斜塔无索区塔柱支架，其特征在于：所述的横梁（5A）、纵梁（6）、反力架（14）、分配横梁（8B）、水平撑杆（11）之间均采用螺栓连接。