CN114293454A - 塔柱、索塔腹壁开窗式锚固结构及斜拉桥 - Google Patents

塔柱、索塔腹壁开窗式锚固结构及斜拉桥 Download PDF

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CN114293454A CN202111458895.XA CN202111458895A CN114293454A CN 114293454 A CN114293454 A CN 114293454A CN 202111458895 A CN202111458895 A CN 202111458895A CN 114293454 A CN114293454 A CN 114293454A
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刘振标
文望青
严爱国
印涛
姜洪劲
夏正春
严定国
杨得旺
张�杰
周刚
胡方杰
聂利芳
王存国
李喜平
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Abstract

本申请提供了一种塔柱、索塔腹壁开窗式锚固结构及斜拉桥,塔柱包括塔壁和腹壁,所述塔壁围设形成具有空腔的箱体,所述腹壁位于所述空腔内并与所述塔壁连接,所述腹壁将所述空腔分隔为多个腔室,所述腹壁上形成有连通至少一个所述腔室的预留腔;所述塔柱内形成有与所述预留腔连通的拉索通道,所述拉索通道倾斜贯穿于所述腹壁和所述塔壁,用于穿设斜拉桥的拉索组件。本申请采用的斜拉桥减小了拉索组件的分力对塔壁弯矩效应、塔柱受力得到了明显改善。

Description

塔柱、索塔腹壁开窗式锚固结构及斜拉桥
技术领域
本申请涉及桥梁建筑技术领域,尤其涉及一种塔柱、索塔腹壁开窗式锚固结构及斜拉桥。
背景技术
索塔锚固结构是荷载由斜拉索传递至桥塔的关键构造之一,索塔锚固结构的形式直接关系到桥塔受力性能、工程造价、施工安装便利性及斜拉索耐久性。
索塔塔壁锚固多用于中小吨位斜拉索在塔柱空心段的索塔锚固,通过增大锚固块与塔壁内侧的接触面积来抵抗斜拉索竖向分力在接触面上产生的剪力,锚固区构造复杂,以及拉索在水平方向上的分力对塔壁弯矩过大,适应性差。
发明内容
有鉴于此,本申请实施例期望提供一种塔柱、索塔腹壁开窗式锚固结构及斜拉桥,以解决适应性差、对塔壁弯矩大等问题。
为了达到上述目的,本申请实施例的技术方案是这样实现的:
本申请实施例一方面公开了一种塔柱,所述塔柱包括塔壁和腹壁,所述塔壁围设形成具有空腔的箱体,所述腹壁位于所述空腔内并与所述塔壁连接,所述腹壁将所述空腔分隔为多个腔室,所述腹壁上形成有连通至少一个所述腔室的预留腔;所述塔柱内形成有与所述预留腔连通的拉索通道,所述拉索通道倾斜贯穿于所述腹壁和所述塔壁,用于穿设斜拉桥的拉索组件。
进一步地,所述塔柱还包括:
预埋钢管,倾斜埋设于所述腹壁和所述塔壁,连通所述预留腔和所述塔壁外部,以形成所述拉索通道。
进一步地,所述塔柱还包括预应力束,埋设于所述塔壁和/或所述腹壁中,用于承载所述拉索组件对所述塔柱的作用力。
进一步地,所述预应力束包括:
横向预应力束,埋设于横向所述塔壁中,用于承载所述拉索组件对横向所述塔壁的弯矩;和/或,
纵向预应力束,埋设于纵向所述塔壁和所述腹壁中,用于承载所述拉索组件对纵向所述塔壁的作用力。
进一步地,所述预留腔沿竖向在所述腹壁上间隔对齐设置,同一个所述预留腔内固定至少两个所述拉索组件,同一个所述预留腔内的两个所述拉索组件张拉方向相反。
进一步地,所述预留腔沿竖向在所述腹壁上间隔错位设置,每个所述预留腔内固定至少一个所述拉索组件,相邻两个所述预留腔内的所述拉索组件张拉方向相反。
本申请实施例一方面公开了一种索塔腹壁开窗式锚固结构,包括:
索塔,所述索塔包括至少一个上述任意一项所述的塔柱;以及
拉索组件,所述拉索组件的一端固定于所述预留腔,所述拉索组件的另一端穿设于所述拉索通道。
进一步地,所述拉索组件包括:
拉索,所述拉索的一端位于所述预留腔,所述拉索的另一端穿设于所述拉索通道;
锚固块,设置于所述预留腔中,所述锚固块与所述预留腔的壁面贴合;
锚垫板,设置在所述锚固块内靠近所述预留腔一侧;以及
锚具组件,所述拉索的一端穿设于所述锚垫板和所述锚固块,通过所述锚具组件和所述锚垫板固定于所述预留腔内。
进一步地,所述锚具组件包括:
锚杯,所述锚杯内部设有贯穿的通孔,所述通孔的直径沿所述锚杯的一端向另一端递减;
连接筒,所述连接筒位于所述拉索通道内,与所述锚杯上靠近所述通孔直径小的一端连接,所述拉索穿设于所述连接筒和所述锚杯;
锚板,所述锚板设置在所述锚杯靠近所述通孔直径大的一侧,所述拉索的一端固定于所述锚板;
后盖,所述后盖罩设在所述锚杯上以及密封所述锚杯的通孔;以及
锁紧螺母,所述锁紧螺母与所述锚杯螺纹连接,用于固定所述锚杯于所述预留腔内。
进一步地,所述拉索组件还包括防水罩,所述防水罩罩设于所述锚具组件;和/或,
所述锚固块的顶面与所述拉索的轴线垂直设置。
本申请实施例另一方面公开了一种斜拉桥,包括:
梁体;
上述任意一项所述的锚固结构,所述拉索组件的另一端穿设于所述拉索通道后与所述梁体固定。
进一步地,所述索塔包括横梁和两个所述塔柱,所述横梁连接两个所述塔柱,所述梁体位于两个所述塔柱之间。
本申请实施例公开的一种塔柱、索塔腹壁开窗式锚固结构及斜拉桥,通过在塔壁内设置腹壁,并在腹壁内设置预留腔,拉索通道与预留腔连通并倾斜贯穿腹壁和塔壁,拉索组件穿设于拉索通道内,由于腹壁承载了拉索组件的部分作用力,减小了拉索组件纵向分力对横向塔壁的弯矩,索塔受力得到了明显改善,降低了施工难度。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种索塔腹壁开窗式锚固结构沿顺桥向的局部剖视图;
图2为图1俯视方向的横断面结构示意图;
图3为本申请实施例提供的另一种索塔腹壁开窗式锚固结构沿顺桥向的局部剖视图;
图4为图1中A处放大的结构示意图。
附图标记说明
塔柱1;塔壁11;空腔111;第一腔室1111;第二腔室1112;横向塔壁112;第一横向塔壁1121;第二横向塔壁1122;纵向塔壁113;腹壁12;预留腔121;预埋钢管13;预应力束14;横向预应力束141;纵向预应力束142;拉索通道15;拉索组件2;拉索21;锚固块22;锚具组件23;锚杯231;通孔231a;凹口231b;连接筒232;锁紧螺母233;凝固剂234;锚板235;后盖236;防水罩24;锚垫板25。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合,具体实施方式中的详细描述应理解为本申请宗旨的解释说明,不应视为对本申请的不当限制。
下面结合附图及具体实施例对本申请再做进一步详细的说明。本申请实施例中的“第一”、“第二”等描述,仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含地包括至少一个特征。在本申请实施例的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个、三个等,除非另有明确具体的限定。
在本申请实施例的描述中,“横向”、“纵向”、“竖向”等方位或位置关系为基于附图1和图2所示的方位或位置关系,顺桥向是指桥梁的中轴线方向,即路线的延伸方向;横桥向指的是垂直于桥梁中轴线的方向。需要理解的是,这些方位术语仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。
目前,斜拉索在桥塔上的锚固形式有塔柱侧壁锚固、鞍座式锚固、常规交叉锚固、钢锚梁锚固和钢锚箱锚固五种形式。
塔柱侧壁锚固多用于中小吨位斜拉索在塔柱空心段的锚固,上塔柱塔壁内侧需设置锚垫板,在锚固区需要布置较多环向预应力钢束(纵横向预应力钢束)来平衡塔壁拉应力,锚固区构造及施工复杂。
鞍座式锚固多用于混凝土部分斜拉桥的索塔锚固,构造相对简单,但设计施工需考虑不平衡索力导致的拉索滑动问题。
常规交叉锚固多用于中小吨位斜拉索在塔柱实心段的锚固,构造及施工相对简单,用于大吨位斜拉索桥塔实心段时混凝土用量较大、经济性较差。
钢锚梁锚固和钢锚箱锚固通过钢结构来承受斜拉索水平分力,塔柱混凝土来承受斜拉索竖向分力,受力明确、但板件较多、用钢量大,现场吊装重量大、施工复杂。
例如,塔柱侧壁锚固采用内部为空腔的塔柱,锚固块位于同侧横向塔壁的空腔内,导致纵向拉力对横向塔壁会产生很大的弯矩效应,且两侧的拉索索力的竖向分力会对锚固块使塔壁交界面产生剪力,为了使锚固块承受拉索组件更大的竖向拉力,往往需增大锚固块的竖向高度,增加成本。
有鉴于此,本申请实施例一方面公开了一种塔柱,请参阅图1和图2,塔柱1包括塔壁11和腹壁12。塔壁11围设形成具有空腔111的箱体,例如空腔111沿竖向延伸;腹壁12位于空腔111内并与塔壁11连接,腹壁12将空腔111分隔为多个腔室,腹壁12上形成有连通至少一个腔室的预留腔121;塔柱1内形成有与预留腔连通的拉索通道15,拉索通道15倾斜贯穿于腹壁12和塔壁11,用于穿设斜拉桥的拉索组件2。
拉索组件2一端固定于预留腔121,拉索组件2的另一端倾斜穿设于腹壁12和塔壁11后与梁体固定。
例如,腹壁12沿竖向延伸设置,并沿纵向即顺桥向连接塔壁11,将空腔111分隔为沿横桥向排列的两个腔室,两个腔室分别命名为第一腔室1111和第二腔室1112;塔壁11和腹壁12构成“单箱双室”的塔柱结构,塔壁11和腹壁12一般为一体成型浇筑。塔壁11包括沿横桥向相对设置的两横向塔壁112和沿顺桥向相对设置的两纵向塔壁113,横向塔壁112和纵向塔壁113连接形成箱体结构。两横向塔壁112分别命名为第一横向塔壁1121和第二横向塔壁1122,第一横向塔壁1121和第二横向塔壁1122分别沿横桥向相对设置。腹壁12一侧连接第一横向塔壁1121,腹壁12另一侧连接第二横向塔壁1122。
本实施例采用腹壁12将塔壁11围设的空腔111分隔成多个腔室,相比实心塔柱,减少了混凝土的使用,适用于大吨位斜拉桥。斜拉桥通过设置腹壁12和预留腔121,由于腹壁12受压,承载了位于拉索通道15内的拉索组件2的部分作用力,减小了拉索组件2的纵向拉力对横向的塔壁11即第一横向塔壁1121和第二横向塔壁1122的弯矩,拉索组件2位于腹壁12内的预留腔121,便于对拉索组件2进行操作以及后期检查维修,降低了施工难度,缩短了工期。
在一实施例中,参见图1,预留腔121沿竖向在腹壁12内可以是上下间隔对齐设置。每个预设高度内可以只设置一个预留腔121,或者每个预设高度内可以设置两个间隔的预留腔121。
在一实施例中,请参阅图3,预留腔121沿竖向在腹壁12内还可以是间隔错位设置。
在一实施例中,不同预留腔121的大小可以不同。同一个预留腔121可以固定至少一个拉索组件2;具体地,同一个预留腔121内固定一个拉索组件2,相邻两个预留腔121内的拉索组件2张拉方向相反。
在一实施例中,同一个预留腔121内可以固定至少两个拉索组件2;具体地,同一个预留腔121内固定两个拉索组件2,同一个预留腔121内的两个拉索组件2张拉方向相反。
在一实施例中,相邻两个预留腔121内的拉索组件2可以是张拉方向相同。
需要说明的是,本申请实施例中的“张拉方向”泛指拉索组件2的大体方向,不是指每个拉索组件2的具体张拉角度对应的具体方向。两个拉索组件2的张拉方向相反,是指沿顺桥向其中一个拉索组件2张拉在塔柱1的一侧梁体上,另一个拉索组件2张拉在塔柱1的另一侧梁体上。每个拉索组件2张拉方向相同,是指每个拉索组件2张拉在塔柱1同一侧的梁体上。
在一实施例中,预留腔121可以与相邻两个腔室连通,或者和相邻两个腔室之中任何一个腔室连通,便于后期对拉索组件2进行检查和维修。
在一实施例中,塔柱1还包括预埋钢管13,预埋钢管13的横截面可以是圆形,预埋钢管13倾斜埋设于腹壁12和塔壁11,连通预留腔121和塔壁11外部,以形成拉索通道15。具体地,预埋钢管13倾斜向下设置,预埋钢管13贯穿第一横向塔壁1121或第二横壁1122。
本实施例通过预埋钢管13,有利于形成拉索通道15,便于拉索组件2的安装及更换拉索组件2;避免了拉索组件2直接与塔壁11接触导致磨损,提高了拉索组件2的使用寿命。
在一实施例中,塔柱1还包括预应力束14,埋设于所述塔壁11和/或所述腹壁12中。具体地,预应力束14水平方向平行或者垂直腹壁12,用于承载拉索组件2对塔柱1的弯矩和作用力,提高索塔的稳定性。本申请由于采用腹壁12承受拉索组件2的压力,相比现有技术,可以减少预应力束14的使用数量。
在一实施例中,预应力束14包括横向预应力束141和纵向预应力束142。横向预应力束141埋设于横向塔壁112中即第一横向塔壁1121和第二横向塔壁1122中,用于承载拉索组件2对横向塔壁112的弯矩。纵向拉应力142束埋设于纵向塔壁113和腹壁12中,纵向塔壁用于抵抗拉索组件2对纵向塔壁113的拉力。
可以理解的是,对于斜拉桥而言,拉索21对塔柱1的作用力可以分解为三个方向的作用力,即横向、纵向以及竖向,所以塔柱1内一般要设置三个方向的预应力束14来抵御拉力导致塔柱1变形,由于塔柱1的竖向方向是由混凝土堆叠而成,混凝土受压性能好,因此在一般不考虑竖向的作用力,可以只考虑横、纵两个方向即可。
本申请实施例一方面公开了一种索塔腹壁开窗式锚固结构,包括索塔和拉索组件2。索塔包括至少一个塔柱1;拉索组件2的一端固定于预留腔121,拉索组件2的另一端穿设于拉索通道15中。具体地,拉索组件2的一端固定在预留腔121,拉索组件2另一端经拉索通道15倾斜穿设于腹壁12和塔壁11。例如,拉索组件2的一端固定在预留腔121,拉索组件2另一端沿纵向向下倾斜穿设于腹壁12和第一横向塔壁1121后与梁体固定。
可以理解的是,索塔腹壁开窗式是指,在腹壁12上开设有预留腔121,即可以形象地看作为在腹壁12上开窗。
本实施例通过在塔柱1内部设置拉索组件2,拉索组件2一端固定在预留腔121中,另一端穿设于在拉索通道15内,能够极大提高塔柱1的稳定性。
在一实施例中,拉索组件2包括拉索21、锚固块22、锚具组件23以及锚垫板25。拉索21的一端位于预留腔121,拉索21的另一端穿设于拉索通道15,例如,拉索21的另一端可以穿设于腹壁12和塔壁11后与梁体固定;拉索21可以是由多根绞线或者平行线组成,拉索21的材质可以是钢和/或碳纤维复合材料等。锚固块22设置在预留腔121中,锚固块22与预留腔121的壁面贴合;具体地,锚固块22的一侧面和底面与预留腔121贴合,用于承受拉索21的纵向和竖向拉力;锚固块22可以是表面垂直于拉索作用方向的混凝土块,其他面与塔壁贴合。锚垫板25设置在锚固块22内靠近预留腔121一侧,例如,锚垫板25可以与预埋钢管13的一端抵接。拉索21的一端穿设于锚垫板25和锚固块22,通过锚具组件23和锚垫板25固定于预留腔121内。
本实施例通过锚固组件23将拉索21固定在预留腔121中的锚垫板25上,将拉索21的竖向分力传递至塔柱1的腹壁12和塔壁11,相比现有技术减小了锚垫板的竖向高度,提高了塔柱1的稳固性。
在一实施例中锚垫板25与拉索21的轴线垂直设置,便于更好地支撑拉索21。
在一实施例中,锚垫板25的材质可以是铁、钢或者合金等。
在一实施例中,拉索组件2还包括防水罩28,防水罩28罩设于锚具组件23上,防止雨水腐蚀锚具组件23,造成锚固失效。具体地,防水罩28下部通过紧固件与锚垫板25连接。紧固件可以是高强螺栓。
在一实施例中,请参阅图4,锚具组件23包括锚杯231、连接筒232以及锁紧螺母233。锚杯231内部设有贯穿的通孔231a,通孔231a的直径沿锚杯231的一端向另一端递减;连接筒232位于拉索通道15内,例如,连接筒232可以位于预埋钢管13中;连接筒232与锚杯231上靠近通孔231a直径小的一端连接,拉索21穿设于连接筒232和锚杯231连接。具体地,锚杯231与连接筒232可以是一体成型,锚杯231表面具有螺纹,通过锁紧螺母233与锚杯231上的螺纹连接,用于固定锚杯231于锚固块22上。
本实施例中将拉索21固定在锚杯231中的锚板233上,通过锁紧螺母233与锚杯231连接,将锚杯231固定在锚固块22上,为拉索21提供稳定的支撑点。
在一实施例中,锚杯231一端位于预埋钢管13内与连接筒232连接;具体地,锚杯231通孔231a直径小的一端位于预埋钢管13内,该端具有凹口231b,连接筒232通过凹口231b与锚杯231连接。凹口231b与连接筒232的连接方式还可以是焊接或者卡接等。
在一实施例中,凹口231b与连接筒232的连接方式可以是凹口231b具有内螺纹,连接筒232一端具有外螺纹,通过旋合实现锚杯231与连接筒232的固定。操作便捷,易于实现。
在一实施例中,锚具组件23包括凝固剂234,能够使拉索21稳固在锚杯231通孔231a内;具体地,拉索21在连接筒232分成绞线后,从锚杯231通孔231a小的一端进入锚杯231,通过凝固剂234将绞线凝固在通孔231a内,为拉索21提供稳固支撑。凝固剂234可以是环氧铁浆或者环氧砂浆等。
在一实施例中,锚具组件23还包括锚板235,锚板235设置在锚杯231靠近通孔231a直径大的一端内,拉索21的一端固定于锚板235。具体地,拉索21的绞线穿过锚板235,通过紧固件将绞线固定在锚板235上,用于紧固拉索21。
在一实施例中,锚固组件还包括后盖236,后盖236罩设在锚杯231上,以密封锚杯231的通孔231a,防止凝固剂234凝固不完全,避免雨水腐蚀锚杯231,提高锚杯231的使用寿命。
本申请实施例另一方面公开了一种斜拉桥,包括梁体和上述任意一种锚固结构,其中,锚固结构包括索塔和拉索组件2。索塔包括至少一个塔柱1;拉索组件2的一端固定于预留腔121,拉索组件2的另一端穿设于拉索通道15后与梁体固定。
本实施例采用拉索组件2将梁体与索塔固定,能够极大提高斜拉塔的稳定性,承载力大。
在一实施例中,索塔包括横梁和两个塔柱1,横梁连接两个塔柱1,形成类似H形的索塔,梁体位于两个塔柱1之间。横梁用于加固斜拉桥,提高了斜拉桥的稳定性。
在一实施例中,索塔为包括一个塔柱1的单柱塔。
以上所述,仅为本申请的较佳实施例而已,并非用于限定本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所有的任何修改、等同替换、改进等,均包含在本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种塔柱,其特征在于,所述塔柱包括塔壁和腹壁,所述塔壁围设形成具有空腔的箱体,所述腹壁位于所述空腔内并与所述塔壁连接,所述腹壁将所述空腔分隔为多个腔室,所述腹壁上形成有连通至少一个所述腔室的预留腔;所述塔柱内形成有与所述预留腔连通的拉索通道,所述拉索通道倾斜贯穿于所述腹壁和所述塔壁,用于穿设斜拉桥的拉索组件。
2.根据权利要求1的塔柱,其特征在于,所述塔柱还包括:
预埋钢管,倾斜埋设于所述腹壁和所述塔壁,连通所述预留腔和所述塔壁外部,以形成所述拉索通道。
3.根据权利要求1的塔柱,其特征在于,所述塔柱还包括预应力束,埋设于所述塔壁和/或所述腹壁中,用于承载所述拉索组件对所述塔柱的作用力。
4.根据权利要求3的塔柱,其特征在于,所述预应力束包括:
横向预应力束,埋设于横向所述塔壁中,用于承载所述拉索组件对横向所述塔壁的弯矩;和/或,
纵向预应力束,埋设于纵向所述塔壁和所述腹壁中,用于承载所述拉索组件对纵向所述塔壁的作用力。
5.根据权利要求1所述的塔柱,其特征在于,所述预留腔沿竖向在所述腹壁上间隔对齐设置,同一个所述预留腔内固定至少两个所述拉索组件,同一个所述预留腔内的两个所述拉索组件张拉方向相反;和/或,
所述预留腔沿竖向在所述腹壁上间隔错位设置,每个所述预留腔内固定至少一个所述拉索组件,相邻两个所述预留腔内的所述拉索组件张拉方向相反。
6.一种索塔腹壁开窗式锚固结构,其特征在于,包括:
索塔,所述索塔包括至少一个权利要求1~5中任意一项所述的塔柱;以及
拉索组件,所述拉索组件的一端固定于所述预留腔,所述拉索组件的另一端穿设于所述拉索通道。
7.根据权利要求6的锚固结构,其特征在于,所述拉索组件包括:
拉索,所述拉索的一端位于所述预留腔,所述拉索的另一端穿设于所述拉索通道;
锚固块,设置于所述预留腔中,所述锚固块与所述预留腔的壁面贴合;
锚垫板,设置在所述锚固块内靠近所述预留腔一侧;以及
锚具组件,所述拉索的一端穿设于所述锚垫板和所述锚固块,通过所述锚具组件和所述锚垫板固定于所述预留腔内。
8.根据权利要求7所述的锚固结构,其特征在于,所述锚具组件包括:
锚杯,所述锚杯内部设有贯穿的通孔,所述通孔的直径沿所述锚杯的一端向另一端递减;
连接筒,所述连接筒位于所述拉索通道内,与所述锚杯上靠近所述通孔直径小的一端连接,所述拉索穿设于所述连接筒和所述锚杯;
锚板,所述锚板设置在所述锚杯靠近所述通孔直径大的一侧,所述拉索的一端固定于所述锚板;
后盖,所述后盖罩设在所述锚杯上以及密封所述锚杯的通孔;以及
锁紧螺母,所述锁紧螺母与所述锚杯螺纹连接,用于固定所述锚杯于所述预留腔内。
9.根据权利要求7所述的锚固结构,其特征在于,所述拉索组件还包括防水罩,所述防水罩罩设于所述锚具组件;和/或,
所述锚固块的顶面与所述拉索的轴线垂直设置。
10.一种斜拉桥,其特征在于,包括:
梁体;
根据权利要求6~9中任意一项所述的锚固结构,所述拉索组件的另一端穿设于所述拉索通道后与所述梁体固定。
11.根据权利要求10所述的斜拉桥,其特征在于,所述索塔包括横梁和两个所述塔柱,所述横梁连接两个所述塔柱,所述梁体位于两个所述塔柱之间。
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