CN209816660U - 一种带滑动摩擦副的钢锚梁索塔锚固结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带滑动摩擦副的钢锚梁索塔锚固结构，由钢锚梁和钢牛腿构成，钢锚梁水平放置在钢牛腿上，每根钢锚梁左右侧各锚固一对斜拉索，每根钢锚梁的一端与钢牛腿固定即为固定端，另一端钢锚梁与钢牛腿为滑动连接即为滑动端，整座桥中所有钢锚梁与钢牛腿固定的固定端和滑动端交替布置，滑动端的钢锚梁与钢牛腿的钢板接触面之间设有滑动摩擦副，钢牛腿与塔柱通过塔壁预埋钢板内侧的斜向布置组合抗剪连接键连接并形成一个整体。本实用新型采用变高腹板钢锚梁、滑动摩擦副、塔柱同向斜向组合抗剪连接键解决传统索塔锚固钢锚梁存在的问题，具有构造合理、受力模式清晰、传力途径明确、耐久性好、结构可靠度高、施工工艺简单的特点。

Description

一种带滑动摩擦副的钢锚梁索塔锚固结构

技术领域

本实用新型涉及一种斜拉桥斜拉索与混凝土主塔之间通过钢锚梁和钢牛腿锚固的连接构造，具体涉及一种带滑动摩擦副的钢锚梁索塔锚固结构，属于桥梁工程建筑领域。

背景技术

斜拉桥索塔锚固区是斜拉索索力向索塔传递的关键受力部位，钢锚梁以其能够平衡斜拉索约80％的水平分力，显著改善索塔锚固区局部的应力状态，而在特大跨度斜拉桥的索塔锚固中得到广泛应用。钢锚梁索塔锚固连接构造由平衡斜拉索水平分力的钢锚梁和支承钢锚梁、传递斜拉索竖向分力的钢牛腿组成。施工张拉阶段采用一次超静定体系的钢锚梁(即钢锚梁与钢牛腿一端固定，另一端滑动)，边、中跨斜拉索水平分力的平衡部分由锚梁平衡，不平衡部分通过固定端传递至索塔；施工完成后(成桥状态)，钢锚梁的滑动端采用高强螺栓或者焊接转变为固定端，成桥状态增加索力的水平分力由钢锚梁和索塔按照刚度分配；钢锚梁通过在施工阶段和成桥状态采用不同的结构体系，一方面通过增加约束的赘余度提高了成桥状态结构的可靠度，另一方面通过在施工阶段设置滑动端最大限度发挥了钢锚梁平衡索力水平分力的作用，改善了混凝土索塔的局部受力状况。现有的钢锚梁腹板底部水平，与支承锚梁的钢牛腿顶面在同一高程面上，当斜拉索水平倾角较大时，斜拉索与锚固区承压板的中心点距离钢牛腿顶面较高，其决定了锚梁的整体高度，锚梁高度越大，一方面严重影响了斜拉索塔端的张拉空间，另一方面截面大，锚梁整体应力水平低，经济性差。现有钢锚梁与钢牛腿之间的滑动端采用四氟滑板或者经机加工的不锈钢板，四氟滑板为高分子材料，存在老化问题，且四氟滑板或不锈钢板作为夹层位于锚梁底部和钢牛腿顶面之间，影响滑动端向固定端的转换。支承锚梁的钢牛腿通过剪力连接键将索力的竖向分力传递至索塔，传统的剪力钉为柔性连接键，没有方向性，可以较均匀的传力至索塔，但单个剪力钉承载能力有限；PBL等刚性剪力连接键承载能力大，但有方向性；空间索面斜拉桥的索力有竖向分力和横桥向分力，需要没有方向性的柔性剪力钉和有方向性的PBL等刚性连接键的组合使用，但需要研究柔性和刚性剪力连接键的组合方式，以更有效率的传递空间索面索力的各方向分力。基于现有特大跨度空间索面斜拉桥索塔锚固钢锚梁-钢牛腿构造的缺点，在满足结构受力、提供更大的斜拉索张拉空间和更高的结构可靠度的前提下，提出新型钢锚梁结构构造、滑动摩擦副和组合剪力连接键设计显得非常必要。

发明内容

本实用新型的目的为了克服现有上述技术的存在的问题和缺陷，提供一种带滑动摩擦副的钢锚梁索塔锚固结构，采用变高腹板、滑动摩擦副、塔柱同向的斜向组合抗剪连接键的技术方案。根据索塔锚固钢锚梁结构的受力需要，结合斜拉索塔端张拉、不同施工阶段采用不同结构体系和空间索面的特点，有针对性的采用了能完善解决传统索塔锚固钢锚梁存在问题的技术方案，具有构造合理、受力模式清晰、传力途径明确、耐久性好、结构可靠度高、施工工艺简单的特点。

一种带滑动摩擦副的钢锚梁索塔锚固结构，由钢锚梁和钢牛腿构成，钢锚梁水平放置在钢牛腿上，每根钢锚梁左右侧各锚固一对斜拉索，每根钢锚梁的一端与钢牛腿固定即为固定端，另一端钢锚梁与钢牛腿为滑动连接即为滑动端，整座桥中所有钢锚梁与钢牛腿固定的固定端和滑动端交替布置，其特征在于：滑动端的钢锚梁与钢牛腿的钢板接触面之间设有滑动摩擦副，钢牛腿与塔柱通过塔壁预埋钢板内侧的斜向布置组合抗剪连接键连接并传力，斜向组合抗剪连接键通过塔壁预埋钢板与钢牛腿形成一个整体。

所述的滑动摩擦副由两块嵌入不锈钢板的垫板组成，每块垫板加工一个深槽，深槽内嵌入不锈钢板。

所述组合抗剪连接键由柔性剪力键剪力钉和刚性剪力键PBL剪力键组成，均为斜向布置并和塔柱的横桥向斜率保持一致。

所述的钢锚梁为变高腹板的钢锚梁，结构为箱形，变高腹板的跨中腹板和支点腹板的高度是不同的。跨中腹板高度和钢锚梁宽度决定了钢锚梁的轴向拉压刚度和抗弯刚度，需根据拉索水平分力确定；支点腹板高度主要由斜拉索水平倾角决定。

钢锚梁以承担的拉索水平分力确定钢锚梁跨中腹板高度，以传递拉索竖向分力和结构构造要求确定锚固区域钢锚梁支点处腹板高度，按照受力和结构构造要求选择截面和板厚，体现了结构的经济性；优化跨中腹板高度，也为斜拉索的塔端张拉提供了更大的施工张拉空间，使钢锚梁+钢牛腿的构造型式更为灵活，改善了施工条件；变高腹板设计避免了因优化腹板高度而带来的拉索导管对钢牛腿顶板开孔切削的影响。钢锚梁和钢牛腿简支端的接触面按照施工阶段和成桥阶段不同的约束体系采用不同的结构设计，施工阶段需要锚梁纵向的自由滑动，依靠滑动摩擦副提供，成桥状态在滑动摩擦副以外的区域通过焊接或者高栓连接将滑动端转换为固定端，从而实现在一个接触面兼顾两种功能。滑动摩擦副采用经机加工后内嵌不锈钢板设计，保证了由滑动端转换为固定端后，钢锚梁和钢牛腿之间无临时结构的中间层；采用不锈钢板避免了高分子材料老化而不能更换的问题，其结构可靠度高、耐久性好。斜向组合抗剪连接键将柔性和刚性剪力连接键布置成和索塔塔柱横桥向同向，空间索面索力竖向分力大，主要由钢牛腿根部斜向布置的PBL等刚性连接键承担，索力的横桥向分力不大，主要由斜向布置的剪力钉承担。组合抗剪连接键有效提高了塔壁预埋钢板与钢牛腿连接部位的抗剪刚度，降低使用焊钉带来的高剪应力、大剪切变形的缺点，斜向组合抗剪连接键受力模式清晰、传力途径明确。

带滑动摩擦副的变高腹板索塔锚固钢锚梁和钢牛腿在钢结构加工厂内匹配制造，整体运往施工现场，整体或者分钢牛腿和钢锚梁起吊至索塔安装位置，依靠索塔施工劲性骨架定位，然后穿入PBL内的抗剪钢筋，浇注索塔混凝土，即完成索塔锚固构造施工，其制造、施工简单。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的变高腹板钢锚梁构造示意图。

图3为本实用新型的钢锚梁滑动端的滑动摩擦副构造示意图。

图4为本实用新型的钢牛腿斜向组合抗剪连接键布置侧面示意图。

图5为本实用新型的钢牛腿斜向组合抗剪连接键布置正面示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型进一步说明。

该实施例为一座主跨938m的双塔钢箱及钢箱结合梁斜拉桥，索塔为A型塔，空间索面。南、北塔横桥向塔柱外侧斜率为1/9.317，中、上塔柱内侧斜率为1/10.385。索塔采用混凝土结构。每个索塔设4×31对斜拉索，索塔锚固除1～6号拉索设置混凝土锚固齿块外，其余索塔锚固设置为带滑动摩擦副的钢锚梁索塔锚固结构。所述的带滑动摩擦副的钢锚梁索塔锚固结构由受拉的钢锚梁4和支承的钢牛腿5组成，如图1所示，所有带滑动摩擦副的钢锚梁索塔锚固结构均设置于上塔柱中，每个上塔柱共设置25带滑动摩擦副的钢锚梁索塔锚固结构，每个带滑动摩擦副的钢锚梁索塔锚固结构的钢锚梁4水平放置在钢牛腿5上，每根钢锚梁4左右侧各锚固一对斜拉索；施工过程中，每根钢锚梁4的一端与钢牛腿5固定即为固定端6，另一端钢锚梁4与钢牛腿5为滑动连接即为滑动端7，整座桥中所有钢锚梁4与钢牛腿5固定的固定端6和滑动端7交替布置，滑动端7的钢锚梁4与钢牛腿5的钢板接触面之间设有滑动摩擦副2，所述的滑动摩擦副2由两块嵌入不锈钢板13的垫板12组成，如图3所示，两块嵌入不锈钢板13的垫板12分别位于钢锚梁水平底面14和钢牛腿顶面15，两块垫板12均经铣床加工至10mm深槽，然后深槽内嵌贴入10mm厚度的不锈钢板13；钢锚梁4和钢牛腿5的接触面分两个区域，即施工阶段提供滑动面的滑动摩擦副2区域和成桥状态固接的固接连接区域11；两块不锈钢板13的接触面需经机加工，以达到设计要求的摩擦系数，不锈钢板13在工地整体组装前机加工并涂硅脂用以消除钢锚梁与钢牛腿接触面之间的摩阻力对塔的影响，确保平衡水平分力全部由钢锚梁承受；钢牛腿5与塔柱16通过塔壁预埋钢板8内侧的斜向组合抗剪连接键3连接并传力，斜向组合抗剪连接键3由柔性剪力键剪力钉18和刚性剪力键PBL剪力键17组成，如图4、图5所示，组合抗剪连接键3的柔性剪力键剪力钉18和刚性剪力键PBL剪力键17均为斜向布置，并和塔柱16的横桥向斜率保持一致，斜向组合抗剪连接键3通过塔壁预埋钢板8与钢牛腿5形成一个整体。

所述的钢锚梁4为变高腹板1的钢锚梁，如图2所示，变高腹板1的跨中腹板9和支点腹板10的高度是不同的。跨中腹板9高度和钢锚梁宽度决定了钢锚梁的轴向拉压刚度和抗弯刚度，需根据拉索水平分力确定；支点腹板10高度主要由斜拉索水平倾角决定。钢锚梁为箱形结构，钢锚梁腹板中心间距1060mm，钢锚梁中心高度即跨中腹板9高度为640mm，支点腹板10的高度随着斜拉索水平倾角在640mm～1200mm间变化，腹板是主要承拉构件，板厚在46～32mm之间变化；顶板厚度在36～24mm之间变化，并在钢锚梁端预留拉索穿过空间；钢锚梁端部底板板厚为32mm；腹板外侧全梁段设置有顶板翼缘板；腹板下缘内外侧设置有腹板水平加劲。

为增加钢锚梁的稳定性，在钢牛腿支撑端，顶板、底板及腹板之间设置竖向加劲板。钢牛腿是钢锚梁的支承结构，每根钢锚梁直接支承在1对钢牛腿顶板上。钢牛腿由顶板、腹板、腹板加劲板、塔壁预埋钢板、抗剪钢板、剪力钉及与劲性骨架相连的连接钢板组成。钢牛腿伸出长度为0.9m，钢牛腿顶面宽2.160m，钢牛腿高1.2m。腹板是钢牛腿的主要受力构件，设置4道腹板，腹板厚32mm；顶板板厚40mm。塔壁预埋钢板厚30mm，钢板内侧焊有剪力钉，与牛腿腹板对应位置内侧焊有抗剪钢板，抗剪钢板上开有φ60mm圆孔，并穿过φ20mmHRB400钢筋与进入该圆孔的混凝土包裹在一起形成钢筋混凝土剪力键(PBL)，剪力钉采用Φ22圆头焊钉，长200mm。钢锚梁整体吊装后，该抗剪钢板应与塔内劲性骨架焊连为一体。

如图1所示，带滑动摩擦副钢锚梁索塔锚固结构由钢锚梁4和钢牛腿5组成，钢牛腿5与塔柱16通过塔壁预埋钢板8内侧的斜向组合抗剪连接键3连接并传力，斜向组合抗剪连接键3由柔性剪力键剪力钉18和刚性剪力键PBL剪力键17组成，钢锚梁和钢牛腿之间在施工阶段一端为固定端6，一端为滑动端7，滑动端设有滑动摩擦副2，待施工完成后，滑动端7通过高强螺栓连接形成固定端。成桥状态钢锚梁与钢牛腿间连接方式为刚性连接，每端采用20套M30高强螺栓连接副连接，每对斜拉索面内的平衡水平分力由钢锚梁本身承受，不平衡水平分力通过钢锚梁端底座高强螺栓连接副传递到钢牛腿，进而由塔壁预埋钢板8经斜向组合抗剪连接键3传递给塔柱16，最终由索塔承受；拉索竖向分力通过钢牛腿传到塔身后，全部由索塔承受。A型塔空间索在面外的水平分力亦由钢锚梁上锚固螺栓传递给钢牛腿，进而传递给索塔。

本实施例钢锚梁和钢牛腿在钢结构加工厂内匹配制造，整体运往施工现场，整体起吊至索塔安装位置，依靠索塔施工劲性骨架定位，然后穿入PBL内的抗剪钢筋，浇注索塔混凝土，即完成索塔锚固构造施工。

Claims (4)

1.一种带滑动摩擦副的钢锚梁索塔锚固结构，由钢锚梁和钢牛腿构成，钢锚梁水平放置在钢牛腿上，每根钢锚梁左右侧各锚固一对斜拉索，每根钢锚梁的一端与钢牛腿固定即为固定端，另一端钢锚梁与钢牛腿为滑动连接即为滑动端，整座桥中所有钢锚梁与钢牛腿固定的固定端和滑动端交替布置，其特征在于：滑动端的钢锚梁与钢牛腿的钢板接触面之间设有滑动摩擦副，钢牛腿与塔柱通过塔壁预埋钢板内侧的斜向布置组合抗剪连接键连接并形成一个整体。

2.根据权利要求1所述的带滑动摩擦副的钢锚梁索塔锚固结构，其特征在于：所述的滑动摩擦副由两块嵌入不锈钢板的垫板组成，每块垫板加工一个深槽，深槽内嵌入不锈钢板。

3.根据权利要求1所述的带滑动摩擦副的钢锚梁索塔锚固结构，其特征在于：所述组合抗剪连接键由柔性剪力键剪力钉和刚性剪力键PBL剪力键组成，均为斜向布置并和塔柱的横桥向斜率保持一致。

4.根据权利要求1所述的带滑动摩擦副的钢锚梁索塔锚固结构，其特征在于：所述的钢锚梁为变高腹板的钢锚梁，结构为箱形，变高腹板的跨中腹板和支点腹板的高度是不同的。