CN110184917A - 一种插板式钢管混凝土拱桥吊索及其锚固装置和安装施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种插板式钢管混凝土拱桥吊索及其锚固装置和安装施工方法，属于公路与城市道路钢管混凝土拱桥建造领域。本发明的插板式钢管混凝土拱桥吊索锚固装置，包括锚固钢板和剪力钢筋，所述锚固钢板平行于拱肋方向并沿纵向插入拱圈钢管内部，其上端伸出拱圈钢管上缘，其下端伸出拱圈钢管下壁用于与吊索进行销接；所述锚固钢板上设有多组垂直穿过锚固钢板的剪力钢筋。通过本吊索锚固装置的应用，可非常简便地实现小跨径单钢管混凝土拱肋的吊索锚固，有效防止吊索上锚点转角引起的疲劳损伤，规避了传统锚固装置削弱拱肋断面、锚头容易锈蚀、运营过程检修更换不便的缺陷。

Description

一种插板式钢管混凝土拱桥吊索及其锚固装置和安装施工 方法

技术领域

本发明属于公路与城市道路钢管混凝土拱桥建造领域，更具体地说，尤其涉及一种插板式钢管混凝土拱桥吊索及其锚固装置和安装施工方法。

背景技术

钢管混凝土拱桥因其实用性和优美外型的良好结合，成为国内发展迅速的桥型方案之一，其中最为常见的桥型是下承式钢管拱桥和中承式钢管拱桥。在小跨径钢管拱桥中，拱肋断面形式以单钢管(常见于跨径60m以下)和双钢管哑铃形(常见于跨径150m以下)为主。钢管拱桥的桥面及汽车荷载通常是通过吊索传递到拱肋上，吊索上端通过锚固构件与拱肋连接，因此上端锚固构件是钢管拱桥的关键构件之一，其主要作用是连接拱肋(主受力构件)和吊索(传力构件)。

目前对于单钢管或哑铃型钢管拱桥，最常采用的典型吊索锚固构件是穿心式锚固件，即将吊索上端锚头通过预留孔提升至拱圈上部，为避免影响美观，锚头往往藏于拱圈内部，吊索上端采用冷铸锚，通过螺母旋拧的方式承压在预装的锚垫板上。

如，中国专利申请号为：201710924305.5，申请日为：2017年09月30日，发明创造名称为：一种柔性拉索结合刚性拉杆的锚固式拱桥吊杆体系，该申请案的吊杆体系包括吊杆索体、上锚头、上锚固构件、钢拉杆、下锚头和下锚固构件，吊杆索体为柔性拉索，所述的上锚固构件位于拱桥拱肋的锚固孔内，拱肋内预埋有拱肋预埋管，吊杆索体的上端即为上锚头，上锚头穿过拱肋预埋管后与上锚固构件相连接，钢拉杆为刚性拉杆，吊杆索体的下端与钢拉杆的上端通过索杆连接构件相连接，所述的下锚固构件位于拱桥横梁的锚固孔内，横梁内预埋有横梁预埋管，钢拉杆的下端即为下锚头，下锚头穿过横梁预埋管后与下锚固构件相连接。

上述申请案中吊索与拱肋之间即是采用穿心式锚固件结构进行连接，但由于现有穿心式锚固件结构通常不可避免地需要在拱肋上加工钢管顶面检查孔、底面套管通过孔，从而导致钢管混凝土基本受力假定中钢管的套箍效应无法接续，钢管断面在此处的削弱也会导致应力突然增大，以75cm直径钢管拱肋、采用5-55规格吊索为例，开孔会导致钢管断面削弱7.7％。而吊索位置钢套筒和检查孔内不灌注混凝土也会进一步加剧断面的削弱，由于钢套管需要满足冷铸锚穿过、检查仓需要满足螺母施拧的需要，这两处尺寸均较大。也以75cm直径钢管拱肋，采用5-55规格吊索为例，混凝土断面削弱36％。而拱肋作为钢管混凝土拱桥的主受力构件，其端面削弱势必会对拱肋结构的整体稳定性和安全性造成影响。

另外，拱肋混凝土灌注一般是从拱脚向上压注，拱肋上端检查仓与拱圈钢板将形成锐角，此处空气在混凝土压注时难以排出，又无法振捣，极易形成死角，从而影响拱肋的密实度和整体性。

发明内容

1.要解决的问题

本发明的目的主要在于克服采用现有小跨径钢管拱桥的吊索锚固结构容易造成对钢管混凝土的削弱，从而影响钢管拱桥的结构稳固性和安全性的不足，提供了一种插板式钢管混凝土拱桥吊索及其锚固装置和安装施工方法。采用本发明的技术方案可取消用于传统吊索上端锚头提拉所需的钢管开孔和上端作业槽口的开设，从而能够有效避免吊索锚固对钢管混凝土的削弱，有利于保证钢管拱桥的结构稳固性和安全性。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

其一、本发明的一种插板式钢管混凝土拱桥吊索锚固装置，包括锚固钢板和剪力钢筋，所述锚固钢板平行于拱肋方向并沿纵向插入拱圈钢管内部，其上端伸出拱圈钢管上缘，其下端伸出拱圈钢管下壁用于与吊索进行销接；所述锚固钢板上设有多组垂直穿过锚固钢板的剪力钢筋。

更进一步的，所述锚固钢板与拱圈钢管的上壁及下壁之间均采用从外侧进行双面坡口加贴脚焊接的方式进行固定。

更进一步的，所述锚固钢板上加工有均匀分布的剪力孔，剪力钢筋穿过剪力孔并与锚固钢板点焊相连。

更进一步的，所述锚固钢板的下端加工为弧形结构，且其上加工有销接孔，锚固钢板的下端两侧与销接孔对应位置处设有销接垫板。

更进一步的，所述拱圈钢管的上壁和下壁均加工有与锚固钢板对应的锚固缝，且锚固缝的宽度大于锚固钢板厚度2-3mm，其长度大于锚固钢板宽度4-5mm。

其二，本发明的一种插板式钢管混凝土拱桥吊索，包括吊索主体，所述吊索主体的上端设有热铸锚头，热铸锚头与上述吊索锚固装置销接相连。

更进一步的，所述热铸锚头的顶部设有销接耳板，销接耳板通过销轴与锚固钢板底端销接。

更进一步的，所述吊索主体的下端设有冷铸锚头，该冷铸锚头与拱桥横梁固定相连。

其三，本发明的拱桥吊索的安装施工方法，包括以下步骤：

步骤一、吊索锚固装置的加工和组装

根据拱桥上各吊索的安装角度和尺寸，切割钢板形成锚固钢板，施钻中间剪力孔和销接孔，加工剪力钢筋备用，加工销接垫板并将销接垫板焊接于锚固钢板下端；

步骤二、钢管拱肋加工

根据设计拱段划分进行拱圈钢管制造，在对应于吊索位置切割钢管设置锚固缝，并开设焊接坡口；将锚固钢板和销接垫板组成的组件插入锚固缝并与拱圈钢管进行焊接；将剪力钢筋穿过锚固钢板上的剪力孔并点焊固定；

步骤三、安装吊索

拱肋合拢并向拱圈钢管内灌注混凝土，然后将吊索销接耳板与锚固钢板下端通过销轴进行连接，旋紧固定螺母即完成吊索安装。

更进一步的，所述剪力孔的直径大于剪力钢筋的直径6-10mm，所述销接孔的直径大于销轴直径1-2mm。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种插板式钢管混凝土拱桥吊索锚固装置，包括锚固钢板和剪力钢筋，锚固钢板平行于拱肋方向并沿纵向插入拱圈钢管内部，且与钢管壁进行坡口焊接，锚固钢板下端与吊索相连，采用本发明的锚固装置可取消用于传统吊索上端锚头提拉所需的钢管开孔和上端作业槽口的开设，不必设置槽口密封钢板、填充油脂、防水垫和下端减震圈，完全规避了吊索锚固对钢管混凝土的削弱，在小规模中承式或下承式钢管混凝土拱桥中具有很高的应用前景。同时，上下焊接的锚固钢板可以作为拱圈钢管的竖向加劲构件，更加保障了拱圈钢管结构的局部稳定和使用安全性。

(2)本发明的一种插板式钢管混凝土拱桥吊索锚固装置，所述锚固钢板上设有多组垂直穿过锚固钢板的剪力钢筋，剪力钢筋与锚固钢板上的剪力孔及周边包裹的混凝土共同形成开孔板连接件，共同参与抵抗吊索拉力，从而进一步增大了安全储备，有利于加强锚固钢板与拱肋混凝土之间的粘结。

(3)本发明的一种插板式钢管混凝土拱桥吊索锚固装置，所述锚固钢板的下端伸出拱圈钢管下壁用于与吊索进行销接，采用本发明的插板式锚固装置克服了钢管混凝土拱桥难以实现销接式锚固意图的难题，同时通过销接垫板的设置一方面可以保障销接吊索连接构造需要，同时还能够有效增大受力面积，避免销接各组件发生应力集中现象。同时，锚固钢板加工难度小，焊接作业手眼可及，容易保证施工质量，吊索更换时只需拆除拱圈下端的销接组件的销轴即可拆除吊索，销接式吊索还可适应纵向变位。

(4)本发明的一种插板式钢管混凝土拱桥吊索锚固装置，钢管混凝土灌注一般从拱肋下端向上端压注，传统穿心式吊索预留孔和张拉舱阻隔较大，容易形成气泡影响混凝土密实度，而使用本发明的纵向钢板则可以避免对灌注工艺造成影响。

(5)本发明的一种插板式钢管混凝土拱桥吊索，包括吊索主体，所述吊索主体的上端设有热铸锚头，热铸锚头与吊索锚固装置销接相连，通过采用插板式吊索锚固装置，从而可非常简便地实现小跨径单钢管混凝土拱肋的吊索锚固，有效防止吊索上锚点转角引起的疲劳损伤，规避了传统锚固装置削弱拱肋断面、锚头容易锈蚀、运营过程检修更换不便的缺陷。

(6)本发明的拱桥吊索的安装施工方法，结合钢管混凝土拱桥施工工序特点，提出了插板销接的工艺技术，通过在拱圈钢管上设置锚固缝，通过锚固缝和焊接在拱圈钢管上安装锚固钢板，然后通过销接的方式在锚固钢板下端固定安装吊索，同时在锚固钢板上设置剪力孔，插入剪力钢筋共同构成剪力键，从而可以避免传统吊索锚固结构对拱圈钢管的削弱，能够有效保证吊索锚固结构与拱圈钢管的运行稳定性及安全性。

(7)本发明的拱桥吊索的安装施工方法，仅在拱段预制时测量定位后切割缝隙、焊接插板、点焊剪力钢筋即可完成吊索锚固装置的加工安装，同时在拱段加工制造时即可将锚固装置安装完毕，在锚固钢板下端简单销接吊索叉耳即可实现桥面系的安装，工艺十分简便，成本极为低廉，功效高且可操作性强，便于施工安装标准化。

附图说明

图1为本发明的插板式钢管混凝土拱桥吊索锚固装置的结构示意图；

图2为图1中沿A-A方向的剖视图；

图3为本发明的钢管混凝土拱桥吊索的结构示意图；

图4为图3中钢管混凝土拱桥吊索的侧视示意图。

图中标号说明：

1、拱圈钢管；2、剪力钢筋；3、锚固钢板；301、剪力孔；302、销接孔；4、销接垫板；5、热铸锚头；501、销接耳板；502、销轴；6、吊索主体；7、冷铸锚头；8、拱桥横梁。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

如图1、图2所示，本实施例的一种插板式钢管混凝土拱桥吊索锚固装置，包括锚固钢板3和剪力钢筋2，所述锚固钢板3平行于拱肋方向并沿纵向插入拱圈钢管1内部，其上端伸出拱圈钢管1上缘，其下端伸出拱圈钢管1下壁用于与吊索6进行销接，且锚固钢板3与拱圈钢管1的上壁及下壁之间均采用从外侧进行双面坡口加贴脚焊接的方式进行固定。所述锚固钢板3上设有多组垂直穿过锚固钢板3的剪力钢筋2，具体的，所述锚固钢板3上加工有均匀分布的剪力孔301，剪力钢筋2穿过剪力孔301并与锚固钢板3点焊相连。

针对现有技术中吊索与拱圈钢管1锚固时通常需要在拱圈钢管1上加工开孔和作业开槽，从而不可避免地会对拱圈钢管1造成削弱的问题，本实施例通过采用插板式锚固装置，从而既可以满足吊索安装固定的要求，同时该插板装置对拱圈钢管混凝土断面不但不会造成削弱，而且能够作为拱圈钢管的加劲补强构件，更有利于保障钢管混凝土受力的基本假定，大幅度提高结构抗力。本实施例中锚固钢板3上加工有多组剪力孔，插入剪力钢筋与剪力孔和周边包裹的混凝土共同形成开孔板连接件模式，共同参与抵抗吊索拉力，并可以进一步加强锚固钢板3与拱肋混凝土之间的粘结，而上下端的焊缝及中间区域的开孔板剪力键确保了吊索拉力的合理分配，不会产生应力集中。

本实施例中锚固钢板3的下端加工为弧形结构，且其上加工有销接孔302，锚固钢板3的下端两侧与销接孔302对应位置处设有销接垫板4，该销接垫板4采用厚度30mm的Q345钢材，与锚固钢板下端进行贴脚焊接，共同构成连接吊索的销接耳板，从而一方面可以保障销接吊索连接的构造需要，同时还能够增大受力面积，避免销接各组件发生应力集中现象。

实施例2

本实施例的一种插板式钢管混凝土拱桥吊索锚固装置，其结构基本同实施例1，其区别主要在于：所述剪力孔301的直径大于剪力钢筋2的直径6-10mm，所述销接孔302的直径大于销轴502直径1-2mm。所述拱圈钢管1的上壁和下壁均加工有与锚固钢板3对应的锚固缝，且锚固缝的宽度大于锚固钢板3厚度2-3mm，其长度大于锚固钢板3宽度4-5mm。本实施例通过对剪力孔301、销接孔302及锚固缝的尺寸进行优化设计，从而既可以满足安装需求，同时还能够有效保证吊索锚固装置与拱圈钢管结合的牢固性，并优化吊索锚固装置与拱圈钢管的受力状态。

实施例3

如图3、图4所示，本实施例的一种插板式钢管混凝土拱桥吊索，包括吊索主体6，所述吊索主体6的上端设有热铸锚头5，其下端设有冷铸锚头7，该冷铸锚头7与拱桥横梁8固定相连。上述热铸锚头5与实施例2中的吊索锚固装置销接相连，具体的，所述热铸锚头5的顶部设有销接耳板501，销接耳板501通过销轴502与锚固钢板3底端销接。吊索更换时只需拆除拱圈下端的销接组件的销轴即可拆除吊索，销接式吊索还可适应纵向变位。

本实施例的拱桥吊索的安装施工方法，包括以下步骤：

步骤一、吊索锚固装置的加工和组装

根据拱桥上各吊索的安装角度和尺寸，切割钢板形成锚固钢板3，施钻中间剪力孔301和销接孔302，进行构件打磨加工；加工剪力钢筋2备用，加工销接垫板4进行构件打磨，并将销接垫板4焊接于锚固钢板3下端；

步骤二、钢管拱肋加工

根据设计拱段划分进行拱圈钢管1制造，在对应于吊索位置切割钢管设置锚固缝，并开设焊接坡口；将锚固钢板3和销接垫板4组成的组件插入锚固缝并与拱圈钢管1进行焊接；将所有剪力钢筋2穿过锚固钢板3上的剪力孔301并点焊固定，所述剪力钢筋2采用直径16mm的HRB335级别以上的钢筋，长度150mm；

步骤三、安装吊索

拱肋合拢并向拱圈钢管1内灌注混凝土，然后将吊索销接耳板501与锚固钢板3下端通过销轴502进行连接，旋紧固定螺母即完成吊索安装。

本实施例仅在拱段预制时测量定位后切割缝隙、焊接插板、点焊剪力钢筋即可完成吊索锚固装置的加工安装，同时在拱段加工制造时即可将锚固装置安装完毕，在锚固钢板下端简单销接吊索叉耳即可实现桥面系的安装，工艺十分简便，成本极为低廉，功效高且可操作性强，便于施工安装标准化，在小规模中承式或下承式钢管混凝土拱桥中有很高的应用前景。

Claims (10)

1.一种插板式钢管混凝土拱桥吊索锚固装置，其特征在于：包括锚固钢板(3)和剪力钢筋(2)，所述锚固钢板(3)平行于拱肋方向并沿纵向插入拱圈钢管(1)内部，其上端伸出拱圈钢管(1)上缘，其下端伸出拱圈钢管(1)下壁用于与吊索(6)进行销接；所述锚固钢板(3)上设有多组垂直穿过锚固钢板(3)的剪力钢筋(2)。

2.根据权利要求1所述的一种插板式钢管混凝土拱桥吊索锚固装置，其特征在于：所述锚固钢板(3)与拱圈钢管(1)的上壁及下壁之间均采用从外侧进行双面坡口加贴脚焊接的方式进行固定。

3.根据权利要求1所述的一种插板式钢管混凝土拱桥吊索锚固装置，其特征在于：所述锚固钢板(3)上加工有均匀分布的剪力孔(301)，剪力钢筋(2)穿过剪力孔(301)并与锚固钢板(3)点焊相连。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种插板式钢管混凝土拱桥吊索锚固装置，其特征在于：所述锚固钢板(3)的下端加工为弧形结构，且其上加工有销接孔(302)，锚固钢板(3)的下端两侧与销接孔(302)对应位置处设有销接垫板(4)。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种插板式钢管混凝土拱桥吊索锚固装置，其特征在于：所述拱圈钢管(1)的上壁和下壁均加工有与锚固钢板(3)对应的锚固缝，且锚固缝的宽度大于锚固钢板(3)厚度2-3mm，其长度大于锚固钢板(3)宽度4-5mm。

6.一种插板式钢管混凝土拱桥吊索，包括吊索主体(6)，其特征在于：所述吊索主体(6)的上端设有热铸锚头(5)，热铸锚头(5)与权利要求1-5中任一项所述的吊索锚固装置销接相连。

7.根据权利要求6所述的一种插板式钢管混凝土拱桥吊索，其特征在于：所述热铸锚头(5)的顶部设有销接耳板(501)，销接耳板(501)通过销轴(502)与锚固钢板(3)底端销接。

8.根据权利要求6所述的一种插板式钢管混凝土拱桥吊索，其特征在于：所述吊索主体(6)的下端设有冷铸锚头(7)，该冷铸锚头(7)与拱桥横梁(8)固定相连。

9.一种如权利要求6-8中任一项所述的拱桥吊索的安装施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、吊索锚固装置的加工和组装

根据拱桥上各吊索的安装角度和尺寸，切割钢板形成锚固钢板(3)，施钻中间剪力孔(301)和销接孔(302)，加工剪力钢筋(2)备用，加工销接垫板(4)并将销接垫板(4)焊接于锚固钢板(3)下端；

步骤二、钢管拱肋加工

根据设计拱段划分进行拱圈钢管(1)制造，在对应于吊索位置切割钢管设置锚固缝，并开设焊接坡口；将锚固钢板(3)和销接垫板(4)组成的组件插入锚固缝并与拱圈钢管(1)进行焊接；将剪力钢筋(2)穿过锚固钢板(3)上的剪力孔(301)并点焊固定；

步骤三、安装吊索

拱肋合拢并向拱圈钢管(1)内灌注混凝土，然后将吊索销接耳板(501)与锚固钢板(3)下端通过销轴(502)进行连接，旋紧固定螺母即完成吊索安装。

10.根据权利要求9所述的拱桥吊索的安装施工方法，其特征在于：所述剪力孔(301)的直径大于剪力钢筋(2)的直径6-10mm，所述销接孔(302)的直径大于销轴(502)直径1-2mm。