CN109736183A - 钢壁箱式钢锚梁组合索塔锚固结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了钢壁箱式钢锚梁组合索塔锚固结构及其施工方法，该结构包括钢壁箱式钢锚梁、混凝土塔壁和斜拉索。该钢壁箱式钢锚梁包括一钢横梁和两钢壁箱，梁端固定在钢壁箱，梁端设有锚固装置；钢壁箱的内壁板及外壁板上都设有拉索通孔；侧壁板上设有开孔，钢壁箱还设有安装在侧壁板之开孔的贯穿钢筋，且贯穿钢筋伸出侧壁板外的部分构成开孔板连接件。在钢壁箱式钢锚梁外围浇注混凝土以构成混凝土塔壁，钢壁箱式钢锚梁与外围的混凝土塔壁通过开孔板连接件连接在一起。该斜拉索穿过拉索通孔且锚固在锚固装置。它具有如下优点：斜拉索的水平分力绝大部分由钢横梁承担，竖向分力通过钢支座传递至钢壁箱，再通过开孔板连接件传递至混凝土塔壁。

Description

钢壁箱式钢锚梁组合索塔锚固结构及其施工方法

技术领域

本发明属于桥梁结构技术领域，具体涉及一种钢壁箱式钢锚梁组合索塔锚固结构及其施工方法。

背景技术

索塔锚固结构需要将拉索集中力分散传递至索塔全截面，它是影响到斜拉桥全桥安全性的关键结构设计部位。传统设计主要是在锚固区布置环向预应力筋承担斜拉索的水平索力，其存在的不足是：系高空作业，及，后期维护难度增大。近年来，大跨径斜拉桥采用组合索塔锚固结构的实例逐渐增多，它利用钢锚箱、钢锚板或钢锚梁等承担斜拉索水平拉力、混凝土塔壁承担竖向压力，以可充分发挥钢与混凝土各自材料性能优势，是更为合理的索塔锚固形式。

钢锚箱组合索塔锚固结构，由内置或外露的钢锚箱承担斜拉索水平拉力。其优点是锚固区整体性好，受力方式明确，锚箱定位准确；缺点是用钢量较大，内置式方案的端塔壁混凝土易开裂，外露式方案须施加环向预应力，底节段钢锚箱构造与受力较复杂。

钢锚板组合索塔锚固结构，通过包裹在混凝土塔柱内部的钢锚板，将斜拉索力传递给混凝土塔柱。其优点是钢锚板承担的索力比例较大，钢材利用率高，传力机理较为明确；缺点是不适宜超大跨径斜拉桥常见的空间索面、非对称荷载及空心索塔截面等情形。

钢锚梁组合索塔锚固结构，由索塔内壁牛腿上的钢锚梁承担平衡水平索力，混凝土塔壁仅承担竖向索力及不平衡水平索力。其优点是无需施加环向预应力，用钢量较小；缺点是安装定位需要较高精度，钢壁板与塔壁结合部承受弯剪作用，混凝土存在局部拉应力问题。

发明内容

本发明提供了钢壁箱式钢锚梁组合索塔锚固结构及其施工方法，其克服了背景技术中索塔锚固结构所存在的不足。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之一是：

钢壁箱式钢锚梁组合索塔锚固结构，包括：

钢壁箱式钢锚梁，其包括一钢横梁(4)和两钢壁箱(5)；该钢横梁(4)之两梁端分别固定在两钢壁箱(5)，且该钢横梁(4)梁端设有锚固装置(3)；该钢壁箱(5)包括一内壁板(8)、一外壁板(9)及两侧壁板(10)，该内壁板(8)、外壁板(9)及侧壁板(10)固定在一起且围成“口”字形结构；该内壁板(8)及外壁板(9)上都设有拉索通孔(13)；该侧壁板(10)上设有贯穿的第一开孔，该钢壁箱(5)还设有安装在侧壁板(10)之第一开孔的贯穿钢筋(12)，且贯穿钢筋(12)伸出侧壁板(10)外的部分构成开孔板连接件(6)；

混凝土塔壁(1)，在钢壁箱式钢锚梁外围浇注混凝土以构成混凝土塔壁(1)，钢壁箱式钢锚梁与外围的混凝土塔壁(1)通过开孔板连接件(6)连接在一起；及

斜拉索(2)，其穿过外壁板(9)之拉索通孔(13)、内壁板(8)之拉索通孔(13)且锚固在锚固装置(3)。

一实施例之中：该钢壁箱(5)还包括固定在内壁板(8)外的钢支座(7)，该钢支座(7)包括一垂直固设在内壁板(8)的座板(14)及若干固接内壁板(8)和座板(14)的支撑板(15)，该钢横梁(4)梁端撑设在座板(14)上。

一实施例之中：该钢支座(7)还包括固设在支撑板(15)的支撑肋板(16)。

一实施例之中：该钢壁箱(5)内还固设有壁板肋板(11)，该壁板肋板(11)设有第二开孔，该第一开孔和第二开孔对齐，该贯穿钢筋(12)安装在侧壁板(10)之第一开孔和壁板肋板(11)之第二开孔。

一实施例之中：该壁板肋板(11)设有多个，多个壁板肋板(11)平行间隔且平行侧壁板(10)。

一实施例之中：该钢横梁(4)梁端设有两个锚固装置(3)，两个锚固装置(3)对称位于钢横梁(4)之两侧。

一实施例之中：该钢壁箱式钢锚梁设有多节段，多节段钢壁箱式钢锚梁上下垒叠设置。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之二是：

上述的钢壁箱式钢锚梁组合索塔锚固结构的施工方法，包括：

(1)钢结构加工制作：将一根钢横梁(4)与锚固装置(3)固接成一体，加工制备好钢壁箱(5)；

(2)钢结构安装拼接：将一根钢横梁(4)安放在两个钢壁箱(5)的钢支座(7)上，并与两个钢壁箱(5)通过螺栓临时连接成单个节段钢壁箱式钢锚梁，各个节段钢壁箱式钢锚梁逐个吊装以上下垒叠定位，钢壁箱(5)的内壁板(8)、外壁板(9)及侧壁板(10)在上下节段间通过螺栓连接或现场焊接而形成一体；

(3)混凝土塔壁浇筑：利用钢壁箱(5)的内壁板(8)、外壁板(9)及两片侧壁板(10)作为模板，将贯穿钢筋(12)绑扎在侧壁板(10)的第一开孔内，且形成有开孔板连接件(6)，然后从下至上分节段浇筑混凝土，以形成混凝土塔壁(1)；

(4)斜拉索张拉锚固：斜拉索(2)穿过外壁板(9)的拉索通孔(13)、内壁板(8)的拉索通孔(13)，然后锚固在锚固装置(3)上。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

斜拉索的水平分力绝大部分由钢横梁承担，竖向分力通过钢支座传递至钢壁箱，再通过开孔板连接件传递至混凝土塔壁，因此能够提高钢材利用率、减小混凝土拉应力、改善钢混结合部受力状况，经济安全且施工便捷的组合索塔锚固结构。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1是钢壁箱式钢锚梁组合索塔锚固结构的结构示意图。

图2是钢壁箱式钢锚梁组合索塔锚固结构的钢结构示意图。

图3是钢壁箱式钢锚梁组合索塔锚固结构的钢壁箱结构示意图。

附图标记：

混凝土塔壁1、斜拉索2、锚固装置3、钢横梁4、钢壁箱5、开孔板连接件6、钢支座7、内壁板8、外壁板9、侧壁板10、壁板肋板11、贯穿钢筋12、拉索通孔13、座板14、支撑板15、支撑肋板16。

具体实施方式

一种钢壁箱式钢锚梁组合索塔锚固结构，如图1所示，包括若干节段上下垒叠的钢壁箱式钢锚梁、一外围的混凝土塔壁1及若干斜拉索2；该钢壁箱式钢锚梁与外围的混凝土塔壁1通过开孔板连接件6连接在一起。

如图2所示，钢壁箱式钢锚梁包含一根钢横梁4、两个钢壁箱5及若干个锚固装置3。其中：钢横梁4依据锚固斜拉索2的需求，在两个梁端设置相应数量的锚固装置3；钢横梁4的两梁端分别固设在两个钢壁箱5。

如图2及图3所示，钢壁箱5包括一内壁板8、一外壁板9及两片侧壁板10；该内壁板8、外壁板9及侧壁板10固定在一起且围成“口”字形结构；钢壁箱5还包括钢支座7，钢支座7包括一垂直固设在内壁板8内侧面的座板14、若干支撑板15及支撑肋板16，该支撑板15固接内壁板8和座板14，该支撑肋板16固设在支撑板15。该钢横梁4梁端撑设在座板14上。内壁板8与外壁板9上都设置有若干拉索通孔13以用于供斜拉索2穿过。钢壁箱5内焊接有若干设有第二开孔的壁板肋板11，两片侧壁板10上设有若干第一开孔，第一开孔和第二开孔对齐，钢壁箱5设有安装在第一开孔和第二开孔的贯穿钢筋12；该安装的贯穿钢筋12形成有开孔板连接件6。

本实施例中的钢壁箱式钢锚梁组合索塔锚固结构的施工方法，包括：

(1)钢结构加工制作。将一根钢横梁4与若干个锚固装置3焊接成一体。由一座板14、若干支撑板15及支撑肋板16焊接成一个钢支座7。由内壁板8、外壁板9及两片侧壁板10焊接成封闭箱形结构，并将钢支座7焊接在内壁板8上，形成一个钢壁箱5。其中内壁板8、外壁板9上开设拉索通孔13；并焊接若干设有第二开孔的壁板肋板11，侧壁板10上直接开设第一开孔。

(2)钢结构安装拼接。将一根钢横梁4安放在两个钢支座7上，并与两个钢壁箱5通过螺栓临时连接成单个节段钢壁箱式钢锚梁。各个节段逐个吊装上下垒叠定位，钢壁箱5的内壁板8、外壁板9及侧壁板10在上下节段间通过螺栓连接或现场焊接而形成一体。

(3)混凝土塔壁浇筑。利用钢壁箱5的内壁板8、外壁板9及两片侧壁板10作为模板，将贯穿钢筋12绑扎在侧壁板10的第一开孔及壁板肋板11的第二开孔内，形成开孔板连接件6，然后从下至上分节段浇筑混凝土，形成混凝土塔壁1。其中：混凝土既浇注在钢壁箱5外，又浇注在钢壁箱5内，且所有钢壁箱内都浇注混凝土，该包围在钢壁箱外的混凝土构成包围钢壁箱的塔壁。

(4)斜拉索张拉锚固。斜拉索2穿过内壁板8、外壁板9上的拉索通孔13，再锚固在钢横梁4两端的锚固装置3上，斜拉索2的水平分力绝大部分由钢横梁4承担，竖向分力通过钢支座7传递至钢壁箱5，再通过开孔板连接件6传递至混凝土塔壁1。

本具体实施方式的钢壁箱式钢锚梁组合索塔锚固结构能够充分发挥钢与混凝土各自材料性能优势、增强钢混结合部受力性能、经济安全且施工便捷的组合索塔锚固结构。具体来说它具有以下优点：1、提高钢材利用率。钢壁箱与混凝土塔壁结合为一体，而钢锚梁支承在钢壁箱前壁板的钢支座上，在斜拉索力的作用下可沿纵桥向发生自由变形，仅承担水平索力的平衡部分，相比钢锚箱方案可大幅提高钢材的利用率。2、减小混凝土拉应力。钢锚箱方案的混凝土拉应力主要发生在端塔壁外侧，钢锚梁方案的混凝土拉应力主要发生在端塔壁内侧，而钢壁箱的封闭箱形结构对端塔壁混凝土起到约束包裹作用，可减小混凝土局部拉应力。3、改善钢混结合部受力状况。钢壁箱的前壁板、后壁板的加劲肋设置开孔，两片侧壁板上直接设置开孔，孔内可贯穿钢筋，在锚固区狭小的空间内形成更多数量的开孔板连接件，有助于提高钢混结合部的强度和刚度。同时，钢壁箱对混凝土的约束作用可避免拉拔力削弱连接件的抗剪承载力，从而改善钢混结合部受力状况。4、经济安全且施工便捷。相比钢锚箱方案，钢壁箱方案的用钢量更小，经济性更好。相比钢锚梁、钢锚板方案，钢壁箱方案的锚固区承载力更高，更适合于超大跨径斜拉桥。钢壁箱的封闭箱形结构在垒叠时定位拼装较为方便，同时又可兼作混凝土塔壁浇筑的模板，有助于提高锚固区的施工效率。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (8)

1.钢壁箱式钢锚梁组合索塔锚固结构，其特征在于：包括：

钢壁箱式钢锚梁，其包括一钢横梁(4)和两钢壁箱(5)；该钢横梁(4)之两梁端分别固定在两钢壁箱(5)，且该钢横梁(4)梁端设有锚固装置(3)；该钢壁箱(5)包括一内壁板(8)、一外壁板(9)及两侧壁板(10)，该内壁板(8)、外壁板(9)及侧壁板(10)固定在一起且围成“口”字形结构；该内壁板(8)及外壁板(9)上都设有拉索通孔(13)；该侧壁板(10)上设有贯穿的第一开孔，该钢壁箱(5)还设有安装在侧壁板(10)之第一开孔的贯穿钢筋(12)，且贯穿钢筋(12)伸出侧壁板(10)外的部分构成开孔板连接件(6)；

混凝土塔壁(1)，在钢壁箱式钢锚梁外围浇注混凝土以构成混凝土塔壁(1)，钢壁箱式钢锚梁与外围的混凝土塔壁(1)通过开孔板连接件(6)连接在一起；及

斜拉索(2)，其穿过外壁板(9)之拉索通孔(13)、内壁板(8)之拉索通孔(13)且锚固在锚固装置(3)。

2.根据权利要求1所述的钢壁箱式钢锚梁组合索塔锚固结构，其特征在于：该钢壁箱(5)还包括固定在内壁板(8)外的钢支座(7)，该钢支座(7)包括一垂直固设在内壁板(8)的座板(14)及若干固接内壁板(8)和座板(14)的支撑板(15)，该钢横梁(4)梁端撑设在座板(14)上。

3.根据权利要求2所述的钢壁箱式钢锚梁组合索塔锚固结构，其特征在于：该钢支座(7)还包括固设在支撑板(15)的支撑肋板(16)。

4.根据权利要求1所述的钢壁箱式钢锚梁组合索塔锚固结构，其特征在于：该钢壁箱(5)内还固设有壁板肋板(11)，该壁板肋板(11)设有第二开孔，该第一开孔和第二开孔对齐，该贯穿钢筋(12)安装在侧壁板(10)之第一开孔和壁板肋板(11)之第二开孔。

5.根据权利要求4所述的钢壁箱式钢锚梁组合索塔锚固结构，其特征在于：该壁板肋板(11)设有多个，多个壁板肋板(11)平行间隔且平行侧壁板(10)。

6.根据权利要求1所述的钢壁箱式钢锚梁组合索塔锚固结构，其特征在于：该钢横梁(4)梁端设有两个锚固装置(3)，两个锚固装置(3)对称位于钢横梁(4)之两侧。

7.根据权利要求1所述的钢壁箱式钢锚梁组合索塔锚固结构，其特征在于：该钢壁箱式钢锚梁设有多节段，多节段钢壁箱式钢锚梁上下垒叠设置。

8.根据权利要求2所述的钢壁箱式钢锚梁组合索塔锚固结构的施工方法，其特征在于：包括：

(1)钢结构加工制作：将一根钢横梁(4)与锚固装置(3)固接成一体，加工制备好钢壁箱(5)；

(2)钢结构安装拼接：将一根钢横梁(4)安放在两个钢壁箱(5)的钢支座(7)上，并与两个钢壁箱(5)通过螺栓临时连接成单个节段钢壁箱式钢锚梁，各个节段钢壁箱式钢锚梁逐个吊装以上下垒叠定位，钢壁箱(5)的内壁板(8)、外壁板(9)及侧壁板(10)在上下节段间通过螺栓连接或现场焊接而形成一体；

(3)混凝土塔壁浇筑：利用钢壁箱(5)的内壁板(8)、外壁板(9)及两片侧壁板(10)作为模板，将贯穿钢筋(12)绑扎在侧壁板(10)的第一开孔内，且形成有开孔板连接件(6)，然后从下至上分节段浇筑混凝土，以形成混凝土塔壁(1)；

(4)斜拉索张拉锚固：斜拉索(2)穿过外壁板(9)的拉索通孔(13)、内壁板(8)的拉索通孔(13)，然后锚固在锚固装置(3)上。