CN114622475A - 一种地锚式斜拉桥跨中无轴力连接装置及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种地锚式斜拉桥跨中无轴力连接装置及其安装方法，包括外套大钢箱梁和内嵌小钢箱梁，所述外套大钢箱梁的内周布置有若干支座横梁，所述支座横梁上设置有横向球形支座或者竖向球形支座，所述内嵌小钢箱梁通过若干所述横向球形支座和所述竖向球形支座固定支撑在所述外套大钢箱梁内；同一断面内的所述横向球形支座对称设置、所述竖向球形支座也对称设置；本无轴力连接装置通过上述结构的设置能够有效解决大跨度桥在温差变化、混凝土收缩、徐变和地震等作用下引起的纵向大位移和附加应力，有效改善大跨度桥梁受力性能，实现现代桥梁更大的跨越和通行能力；而且整个结构体系传力顺畅、施工便利，运营维护和更换也较为方便。

Description

一种地锚式斜拉桥跨中无轴力连接装置及其安装方法

技术领域

本发明涉及到桥梁工程技术领域，具体涉及到一种地锚式斜拉桥跨中无轴力连接装置 及其安装方法。

背景技术

斜拉桥是一种上部结构由承压的塔、承拉的索、承弯压的梁三种基本构件组成的高次 超静定组合柔性结构体系，因其跨越能力大、受力性能良好及造型美观，近年来在国内外 得到飞速发展。地锚式斜拉桥将边跨索力水平分量较大的部分拉索锚于锚碇，一方面能增 大地锚索及索塔的刚度和静力稳定性，且可减小自锚式斜拉桥近塔区主梁内的过大轴压力 和主跨跨中梁段的轴拉力；另一方面，地锚式斜拉桥边中跨比例小，主梁总长度短，节约 了主梁和拉索材料的用量，施工阶段主梁总悬臂长度大幅减小，降低了施工难度，提高了 施工阶段的安全性。

中国发明专利(公开号：CN107326800A)在2017年公开了一种双层钢箱式无轴力铰装置，包括钢箱以及设置在主梁上的支承横梁，钢箱通过滑板支座固定在支承横梁上；主梁跨中现浇混凝土并安装伸缩缝，钢箱包括上钢箱和下钢箱，上钢箱和下钢箱之间设置有滑移层，上钢箱和下钢箱分别通过滑板支座固定在支承横梁上。该装置虽然在一定程度上方便后期的滑移调节，但是在安装施工过程中需要现浇混凝土，施工进度较慢，而且上下层钢箱之间的受力表现并不是很好。

斜拉桥在长年温差效应的作用下，主梁纵向自由伸缩受到塔柱的约束，因而在塔柱内 将产生巨大弯矩，同时在主梁内产生额外的拉力或压力，这一问题未能得到有效解决。

目前，为有效解决大跨度桥梁由于温差变化、混凝土收缩、徐变和地震等作用引起的 纵向大位移以及附加应力，提出了几种类似跨中无轴力连接装置的构造形式，但是，现有 构造形式存在以下问题：一方面，些构造形式不完全适用于地锚式斜拉桥；另一方面，在体系的传力性能、施工的方便性、运营期维护和更换的可行性和便利性等方面还存在较大的改进空间。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种地锚式斜拉桥跨中无轴力连接装 置及其安装方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种地锚式斜拉桥跨中无轴力连接装置，包括外套大钢箱梁，以及设置在所述外套大 钢箱梁内部的内嵌小钢箱梁，所述外套大钢箱梁的内周布置有若干支座横梁，所述支座横 梁上设置有横向球形支座或者竖向球形支座，所述内嵌小钢箱梁通过若干所述横向球形支 座和所述竖向球形支座固定支撑在所述外套大钢箱梁内；同一断面内的所述横向球形支座 对称设置、所述竖向球形支座也对称设置。

本无轴力连接装置通过上述结构的设置能够有效解决大跨度桥在温差变化、混凝土收 缩、徐变和地震等作用下引起的纵向大位移和附加应力，有效改善大跨度桥梁受力性能， 实现现代桥梁更大的跨越和通行能力；而且整个结构体系传力顺畅、施工便利，运营维护 和更换也较为方便。

为保证所述外套大钢箱梁承担的荷载能够有效通过所述内嵌小钢箱梁传递，两侧外套 大钢箱梁各设置两道所述支座横梁，每道所述支座横梁分别设置上下各一个竖向球形支座 和左右各两个横向球形支座，通过竖向和横向的球形支座能够将所述内嵌小钢箱梁布置于 所述外套大钢箱梁内部，并对每个竖向和横向的球形支座施加预紧力使所述内嵌小钢箱梁 和两侧的所述外套大钢箱梁成为一个整体；竖向和横向的球形支座一方面通过支座反力和 转动将所述外套大钢箱梁的荷载和变形传递给所述内嵌小钢箱梁，另一方面通过支座与所 述内嵌小钢箱梁之间的摩擦释放所述外套大钢箱梁之间的相对纵向位移和轴向力，应力改 善明显，安全性更高。

所述外套大钢箱梁的制作、所述内嵌小钢箱梁的制作和拼装、所述竖向球形支座以及 所述横向球形支座制作和安装均可以在工厂完成，施工现场仅进行总体吊装和安装，加快 了施工进度。

所述竖向球形支座和横向球形支座在实现传递所述外套大钢箱梁荷载至内嵌小钢箱 梁的同时，允许所述内嵌小钢箱梁发生一定的变形，有效提高传力性能。对称的布置能够 让整个体系受力均匀，传力更具方向性。

进一步的，所述横向球形支座为16个，所述竖向球形支座为8个，所述竖向球形支座设置在上下侧，所述横向球形支座设置在左右侧。

所述内嵌小钢箱梁的高度尺寸大于上下端面的宽度尺寸，因而在所述内嵌小钢箱梁的 高度方向两侧对称的设置四个所述横向球形支座，上下侧对称的设置两个所述竖向球形支 座，这样能够对左右两侧形成较好的支撑和受力，受力不会集中于一处。

进一步的，所述支座横梁周向的设置在所述外套大钢箱梁的内周且间隔的设有多道， 每道所述支座横梁的上下侧各设置一个所述竖向球形支座、左右侧各设置两个所述横向球 形支座。也就是在长度方向上，间隔的设有四道所述支座横梁；所述支座横梁是沿内周周 向布置的，这样能够形状整个周向的力并周向的分散，每道所述支座横梁上设置的横向球 形支座和竖向球形支座的数量和位置是相同。

进一步的，所述横向球形支座和所述竖向球形支座分别为双向支座，使得所述横向球 形支座和所述竖向球形支座的两端均能够连接安装，而且结构是对称的，除了受力表现好， 也方便安装和使用。采用球形的双向专用支座，允许发生纵向和横向转动，有利于受力的 调节。

进一步的，所述横向球形支座和所述竖向球形支座的两端分别设有调平垫块。所述调 平垫块能够调节竖向球形支座和横向球形支座的位置，并对这些支座施加预紧力，能保证 安装后的所述内嵌小钢箱梁绝对水平放置，降低所述内嵌小钢箱梁与竖向球形支座和横向 球形支座发生脱空的风险，提升了安全性能。

进一步的，所述支座横梁由多块隔板焊接形成，结构简单有效，易于制作。

进一步的，所述外套大钢箱梁的内周还周向的设有若干道小横梁，所述小横梁与所述 支座横梁之间分别设有若干道纵向梁。

所述小横梁和所述纵向梁的设置能够增强所述外套大钢箱梁的强度和稳定性，而且所 述纵向梁能够连接所述支座横梁和所述小横梁形成内周的网格形空间结构，在提供有效支 撑的同时，改善了受力表现，本身的结构强度和稳定性也得到了提高。

进一步的，所述外套大钢箱梁为非连续的大钢箱梁，在所述外套大钢箱梁的非连续处 安装有密封装置。这样设置的大钢箱梁便于所述内嵌钢箱梁的安装，降低施工难度。

进一步的，所述内嵌小钢箱梁为分段对称预制的结构，每段结构之间采用高强螺栓或 者焊接的方式拼接。便于在工厂预制，方便在现场装配。

一种地锚式斜拉桥跨中无轴力连接装置的安装方法，所述安装方法包括如下步骤：

(1)在工厂预制生产所述外套大钢箱梁和所述内嵌小钢箱梁，并运至施工现场待用；

(2)在所述外套大钢箱梁内的每道支座横梁上分别根据上下、左右的对称关系安装 多块调平垫块，然后根据横竖关系在所述支座调平垫块上分别安装所述横向球形支座和所 述竖向球形支座；

(3)所述外套大钢箱梁对中和间距调整后，调节所述竖向球形支座和所述横向球形 支座至预定位置；

(4)将所述内嵌小钢箱梁吊装并送入所述外套大钢箱梁中，调节所述调平垫块确保 所述内嵌小钢箱梁与所述竖向球形支座和所述横向球形支座紧密贴合，且安装后的所述内 嵌小钢箱梁水平放置；所述内嵌小钢箱梁在安装过程中，对所述竖向球形支座和所述横向 球形支座分别施加预紧力；

(5)所述内嵌小钢箱梁安装完成后，在所述内嵌小钢箱梁两端各布置一个纵向限位 挡块；最后在所述外套大钢箱梁的非连续处安装密封装置。

所述安装方法简单，有效提高了钢箱梁的安装施工进度，安装后的所述内嵌小钢箱梁 水平度好，稳定性和受力特性均优于普通钢箱梁；所述调平垫块的厚度尺寸在实际加工过 程中结合最终成桥线形及现场监控数据做相应调整，施加的预紧力值根据实际工程受力情 况及允许纵向位移做相应调整，纵向限位值实际工程允许纵向位移做相应调整。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本无轴力连接装置通过上述结构的设置 能够有效解决大跨度桥在温差变化、混凝土收缩、徐变和地震等作用下引起的纵向大位移 和附加应力，有效改善大跨度桥梁受力性能，实现现代桥梁更大的跨越和通行能力；而且 整个结构体系传力顺畅、施工便利，运营维护和更换也较为方便；2、竖向和横向的球形支座一方面通过支座反力和转动将所述外套大钢箱梁的荷载和变形传递给所述内嵌小钢箱梁，另一方面通过支座与所述内嵌小钢箱梁之间的摩擦释放所述外套大钢箱梁之间的相对纵向位移和轴向力，应力改善明显，安全性更高；3、所述外套大钢箱梁的制作、所述 内嵌小钢箱梁的制作和拼装、所述竖向球形支座以及所述横向球形支座制作和安装均可以 在工厂完成，施工现场仅进行总体吊装和安装，加快了施工进度；4、所述竖向球形支座 和横向球形支座在实现传递所述外套大钢箱梁荷载至内嵌小钢箱梁的同时，允许所述内嵌 小钢箱梁发生一定的变形，有效提高传力性能。

附图说明

图1为本发明一种地锚式斜拉桥跨中无轴力连接装置的立面结构示意图；

图2为本发明一种地锚式斜拉桥跨中无轴力连接装置的平面结构示意图；

图中：1、外套大钢箱梁；2、内嵌小钢箱梁；3、竖向球形支座；4、横向球形支座； 5、支座横梁；6、调平垫块；7、密封装置；8、小横梁；9、纵向梁。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所 描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发 明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中间”、“上”、“下”、“左”、“右”、 “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便 于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二” 等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例一：

如图1和图2所示，一种地锚式斜拉桥跨中无轴力连接装置，包括外套大钢箱梁1，以及设置在所述外套大钢箱梁1内部的内嵌小钢箱梁2，所述外套大钢箱梁1的内周布置 有若干支座横梁5，所述支座横梁5上设置有横向球形支座4或者竖向球形支座3，所述 内嵌小钢箱梁2通过若干所述横向球形支座4和所述竖向球形支座3固定支撑在所述外套 大钢箱梁1内；同一断面内的所述横向球形支座4对称设置、所述竖向球形支座3也对称 设置。

本无轴力连接装置通过上述结构的设置能够有效解决大跨度桥在温差变化、混凝土收 缩、徐变和地震等作用下引起的纵向大位移和附加应力，有效改善大跨度桥梁受力性能， 实现现代桥梁更大的跨越和通行能力；而且整个结构体系传力顺畅、施工便利，运营维护 和更换也较为方便。

为保证所述外套大钢箱梁1承担的荷载能够有效通过所述内嵌小钢箱梁2传递，两侧 外套大钢箱梁1各设置两道所述支座横梁5，每道所述支座横梁5分别设置上下各一个竖向球形支座3和左右各两个横向球形支座4，通过竖向和横向的球形支座能够将所述内嵌小钢箱梁2布置于所述外套大钢箱梁1内部，并对每个竖向和横向的球形支座施加预紧力使所述内嵌小钢箱梁2和两侧的所述外套大钢箱梁1成为一个整体；竖向和横向的球形支座一方面通过支座反力和转动将所述外套大钢箱梁1的荷载和变形传递给所述内嵌小钢箱梁2，另一方面通过支座与所述内嵌小钢箱梁2之间的摩擦释放所述外套大钢箱梁1之间 的相对纵向位移和轴向力，应力改善明显，安全性更高。

所述外套大钢箱梁1的制作、所述内嵌小钢箱梁2的制作和拼装、所述竖向球形支座 3以及所述横向球形支座4的制作和安装均可以在工厂完成，施工现场仅进行总体吊装和 安装，加快了施工进度。

所述竖向球形支座3和横向球形支座4在实现传递所述外套大钢箱梁1荷载至内嵌小 钢箱梁2的同时，允许所述内嵌小钢箱梁2发生一定的变形，有效提高传力性能。对称的布置能够让整个体系受力均匀，传力更具方向性。

进一步的，所述横向球形支座4为16个，所述竖向球形支座3为8个，所述竖向球 形支座3设置在上下侧，所述横向球形支座4设置在左右侧。

所述内嵌小钢箱梁2的高度尺寸大于上下端面的宽度尺寸，因而在所述内嵌小钢箱梁 2的高度方向同一断面两侧对称的设置四个所述横向球形支座4，上下侧对称的设置两个 所述竖向球形支座3，这样能够对左右两侧形成较好的支撑和受力，受力不会集中于一处。

进一步的，所述支座横梁5周向的设置在所述外套大钢箱梁1的内周且间隔的设有多 道，每道所述支座横梁5的上下侧各设置一个所述竖向球形支座3、左右侧各设置两个所述横向球形支座4。也就是在长度方向上，间隔的设有四道所述支座横梁5；所述支座横 梁5是沿内周周向布置的，这样能够形状整个周向的力并周向的分散和传递，每道所述支 座横梁5上设置的横向球形支座4和竖向球形支座3的数量和位置是相同。

进一步的，所述横向球形支座4和所述竖向球形支座3分别为双向支座，使得所述横 向球形支座4和所述竖向球形支座3的两端均能够连接安装，而且结构是对称的，除了受力表现好，也方便安装和使用。采用球形的双向专用支座，允许发生纵向和横向转动，有 利于受力的调节。

进一步的，所述横向球形支座4和所述竖向球形支座3的两端分别设有调平垫块6。所述调平垫块6能够调节竖向球形支座和横向球形支座的位置，并对这些支座施加预紧力，能保证安装后的所述内嵌小钢箱梁绝对水平放置，降低所述内嵌小钢箱梁2与竖向球形支座3和横向球形支座4发生脱空的风险，提升了安全性能。

进一步的，所述支座横梁5由多块隔板焊接形成，结构简单有效，易于制作。

进一步的，所述外套大钢箱梁1的内周还周向的设有若干道小横梁8，所述小横梁8与所述支座横梁5之间分别设有若干道纵向梁9。

所述小横梁8和所述纵向梁9的设置能够增强所述外套大钢箱梁1的强度和稳定性， 而且所述纵向梁9能够连接所述支座横梁5和所述小横梁8形成内周的网格形空间结构， 在提供有效支撑的同时，改善了受力表现，本身的结构强度和稳定性也得到了提高。

进一步的，所述外套大钢箱梁1为非连续的大钢箱梁，在所述外套大钢箱梁1的非连 续处安装有密封装置7。这样设置的大钢箱梁便于所述内嵌钢箱梁的安装，降低施工难度。

进一步的，所述内嵌小钢箱梁2为分段对称预制的结构，每段结构之间采用高强螺栓 或者焊接的方式拼接。便于在工厂预制，方便在现场装配。

实施例二：

本实施例提供了实施例一中地锚式斜拉桥跨中无轴力连接装置的一种施工方法。

一种地锚式斜拉桥跨中无轴力连接装置的安装方法，所述安装方法包括如下步骤：

(1)在工厂预制生产所述外套大钢箱梁1和所述内嵌小钢箱梁2，并运至桥梁施工现 场就位待用；

(2)在所述外套大钢箱梁1内的每道支座横梁5上分别根据上下、左右的对称关系安装多块调平垫块6，然后根据横竖关系在所述支座调平垫块6上分别安装所述横向球形支座4和所述竖向球形支座3；

(3)所述外套大钢箱梁1对中和间距调整后，调节所述竖向球形支座3和所述横向球形支座4至预定位置；

(4)将所述内嵌小钢箱梁2吊装并送入所述外套大钢箱梁1中，调节所述调平垫块6确保所述内嵌小钢箱梁2与所述竖向球形支座3和所述横向球形支座4紧密贴合，且安装 后的所述内嵌小钢箱梁2水平放置；所述内嵌小钢箱梁2在安装过程中，对所述竖向球形 支座3和所述横向球形支座4分别施加预紧力；

(5)所述内嵌小钢箱梁2安装完成后，在所述内嵌小钢箱梁2两端各布置一个纵向限位挡块；最后在所述外套大钢箱梁1的非连续处安装密封装置7。

所述安装方法简单，有效提高了钢箱梁的安装施工进度，安装后的所述内嵌小钢箱梁 2水平度好，稳定性和受力特性均优于普通钢箱梁；所述调平垫块的厚度尺寸在实际加工 过程中结合最终成桥线形及现场监控数据做相应调整，施加的预紧力值根据实际工程受力 情况及允许纵向位移做相应调整，纵向限位值实际工程允许纵向位移做相应调整。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解 在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变 型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种地锚式斜拉桥跨中无轴力连接装置，其特征在于，包括外套大钢箱梁，以及设置在所述外套大钢箱梁内部的内嵌小钢箱梁，所述外套大钢箱梁的内周布置有若干支座横梁，所述支座横梁上设置有横向球形支座或者竖向球形支座，所述内嵌小钢箱梁通过若干所述横向球形支座和所述竖向球形支座固定支撑在所述外套大钢箱梁内；同一断面内的所述横向球形支座对称设置、所述竖向球形支座也对称设置。

2.根据权利要求1所述的地锚式斜拉桥跨中无轴力连接装置，其特征在于，所述横向球形支座为16个，所述竖向球形支座为8个，所述竖向球形支座设置在上下侧，所述横向球形支座设置在左右侧。

3.根据权利要求1所述的地锚式斜拉桥跨中无轴力连接装置，其特征在于，所述支座横梁周向的设置在所述外套大钢箱梁的内周且间隔的设有多道，每道所述支座横梁的上下侧各设置一个所述竖向球形支座、左右侧各设置两个所述横向球形支座。

4.根据权利要求1所述的地锚式斜拉桥跨中无轴力连接装置，其特征在于，所述横向球形支座和所述竖向球形支座分别为双向支座。

5.根据权利要求1所述的地锚式斜拉桥跨中无轴力连接装置，其特征在于，所述横向球形支座和所述竖向球形支座的两端分别设有调平垫块。

6.根据权利要求1所述的地锚式斜拉桥跨中无轴力连接装置，其特征在于，所述支座横梁由多块隔板焊接形成。

7.根据权利要求1所述的地锚式斜拉桥跨中无轴力连接装置，其特征在于，所述外套大钢箱梁的内周还周向的设有若干道小横梁，所述小横梁与所述支座横梁之间分别设有若干道纵向梁。

8.根据权利要求1所述的地锚式斜拉桥跨中无轴力连接装置，其特征在于，所述外套大钢箱梁为非连续的大钢箱梁，在所述外套大钢箱梁的非连续处安装有密封装置。

9.根据权利要求1所述的地锚式斜拉桥跨中无轴力连接装置，其特征在于，所述内嵌小钢箱梁为分段对称预制的结构，每段结构之间采用高强螺栓或者焊接的方式拼接。

10.一种如权利要求1所述的地锚式斜拉桥跨中无轴力连接装置的安装方法，其特征在于，所述安装方法包括如下步骤：

(1)在工厂预制生产所述外套大钢箱梁和所述内嵌小钢箱梁，并运至施工现场待用；

(2)在所述外套大钢箱梁内的每道支座横梁上分别根据上下、左右的对称关系安装多块调平垫块，然后根据横竖关系在所述支座调平垫块上分别安装所述横向球形支座和所述竖向球形支座；

(3)所述外套大钢箱梁对中和间距调整后，调节所述竖向球形支座和所述横向球形支座至预定位置；

(4)将所述内嵌小钢箱梁吊装并送入所述外套大钢箱梁中，调节所述调平垫块确保所述内嵌小钢箱梁与所述竖向球形支座和所述横向球形支座紧密贴合，且安装后的所述内嵌小钢箱梁水平放置；所述内嵌小钢箱梁在安装过程中，对所述竖向球形支座和所述横向球形支座分别施加预紧力；

(5)所述内嵌小钢箱梁安装完成后，在所述内嵌小钢箱梁两端各布置一个纵向限位挡块；最后在所述外套大钢箱梁的非连续处安装密封装置。

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