CN2412028Y - 一种桥梁拉索结构 - Google Patents
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Abstract
一种桥梁拉索结构,包括拉索、防护结构、主群锚以及主群锚与塔、梁的连接构造,其中拉索为平行高强钢绞线束,主群锚上具有用于排布钢绞线束的锚孔,其特征在于:主群锚上的锚孔分成对称的两组,两组的锚孔数量和排布均相同,其对称线与梁的中心轴面重合,钢绞线束的端部单根分别穿过主群锚的锚孔锚固,钢绞线束被主群锚排列为对称的两组,穿过梁的全高被主群锚锚固于梁的底部。还可进一步安装辅助锚于工字形钢梁的梁腹或特种钢锚座的腹板两侧。其优点是索力不会对梁产生偏心扭矩,在辅助锚作用下,主群锚所承受的疲劳荷载大大降低,因而在主群锚上常规夹片也能使用,且可实现单根钢绞线的更换。
Description
本实用新型涉及一种桥梁拉索结构，尤其是涉及适用于用平行钢绞线束制成的斜张桥拉索结构。
在现有技术中，斜张桥的拉索结构由拉索、防护结构、锚具以及锚具与塔、梁的连接构造几个部分组成。这些部分是紧密联系相互影响的，拉索结构一般只占桥梁上部结构造价的约20％，但是它却以下列性能控制着斜张桥的使用寿命和悬臂施工进度：锚具的抗疲劳性能、拉索的抗腐蚀能力，便于运输和安装，便于检查和养护以及必要时便于更换的程度。此外，它的组成部分中锚具与塔梁的连接构造的可靠性和紧凑性还影响着整座斜张桥的安全，经济和美观。因此，对拉索结构品质的要求远远高于对它本身造价的要求。
用平行高强钢绞线束制成的拉索由于便于运输和安装，得到越来越广泛的应用。从九十年代开始欧美大多数重要的斜张桥都采用此种拉索。中国也在近年开始使用，但此种拉索在两个环节上存在问题：(1)是锚具与梁的连接构造；(2)是锚具。
(1)锚具与梁的连接构造存在的问题：
在混凝土斜张桥中，梁腹板厚度通常大于锚具直径，因此拉索锚具可以容易地穿过梁腹可靠地锚固在梁的底部。而在用得越来越多的工字形结合梁和钢梁斜张桥中，梁腹板厚度总是远远小于锚具直径，因此锚具与梁的连接构造变得复杂起来，目前使用的有以下三种结构：
1)锚具通过焊于单片钢板内的锚固钢管锚于梁的上方，而这单片钢板在它的轴面与梁腹轴面重合的条件下焊于梁的上翼缘(如加拿大的Annacis桥)或梁腹上部。如此布置，索力不会对钢梁产生偏心扭矩，但会带来三个问题：a)传力路线曲折，而且巨大的焊缝拉剪应力和一定的桥面混凝土板内拉应力不可避免；b)拉索阻尼器离锚具太近，使它的减振效果大大削弱；c)拉索不能在梁端张拉。
2)拉索锚具通过梁的一侧锚在两片焊于梁腹的加劲板的底部，如上海的南浦大桥。如此布置虽说避免了焊缝和混凝土的拉应力，并使拉索阻尼器与锚具的距离变得合理，但会使索力对钢梁产生偏心扭矩，且拉索仍然不能在梁端张拉。
3)在保证拉索轴线重合于梁腹轴面的条件下于梁的上方将锚具锚固在栓接于两片大钢板间的锚固板和加劲板上。而这两片平行于梁腹的大钢板经梁腹两则穿过桥面通过四片加劲板栓接到梁腹上。此布置虽然既避免了焊缝和混凝土的拉应力及索力对钢梁产生的偏心扭矩，但是此种结构很笨重，很占空间，而且传力路线曲折，拉索阻尼器离锚具太近，拉索不能在梁端张拉等问题仍然存在。
(2)锚具存在的问题：
目前用于平行高强钢绞线束的拉索锚具有以下两种，其上的锚孔都是奇数(见图30)：
1)冷铸群锚
为了克服群锚夹片处钢绞线应力集中造成的拉索抗疲劳性能下降，欧洲在七十年代末开发出称为Stronghold的技术：加设一个辅助的冷铸锚将所有张拉过的钢绞线以无应力集中的方式一起锚固于其中来抵抗疲劳荷载。中国在98年完成了此种锚具的研制和工程应用，称为OVM 250体系。但此种锚具的主要缺点是：在某根钢绞线发生损坏时不能只更换此钢绞线而必须整索更换。
2)带抗疲劳夹片的群锚
为了克服冷铸群锚的缺点，具世界领先地位的法国Freyssinet预应力公司经多年努力于1988年开发出既可将钢绞线可靠地夹于群锚中又可减少应力集中的特种夹片，并成功地应用在Tampico大桥中，使单根更换钢绞线得以实现。后来的Normandy和目前的Oeresund两座世界有名的大桥都用这种锚具，可见受欢迎的程度。但是此技术却又带来另一个致命缺点：抗疲劳特种夹片必须有特别高的工艺水平和质量控制水平来作保证，否则整个工程将面临巨大的危险。要达到如此水平非一日之功，技术水平仅次于Freyssinet的瑞士一法国VSL预应力公司经多年努力到去年才完成了此种锚具的研制和应用于Uddevalla大桥中，中国若要按原样走这条艰难的路也需要相当的摸索时间。
本实用新型的第一个目的，就是提供一种能以轻巧的连接构造、将锚具可靠地锚固在梁的底部并保证拉索轴线重合于梁腹轴面的桥梁拉索结构。
在上述拉索结构的基础上，本实用新型还可以通过增设一种辅助锚来达到第二个目的：就是提供一种可单根更换钢绞线、既安全可靠又易于实现的桥梁拉索结构，它可以避免出现采用抗疲劳特种夹片的群锚方法所带来的苛刻的工艺要求和在质量控制上达不到要求而带来巨大危险的情况。
为实现上述第一个目的，本实用新型可采用以下的技术措施：
本实用新型的桥梁拉索结构，包括拉索、防护结构、主群锚以及主群锚与塔、梁的连接构造，其中拉索为平行高强钢绞线束，主群锚上具有用于排布钢绞线束的锚孔，其特征在于：主群锚上的锚孔分成对称的两组，两组的锚孔数量和排布均相同，其对称轴线与梁的中心轴面重合，钢绞线束的端部单根分别穿过主群锚的锚孔锚固，钢绞线束被主群锚排列为对称的两组，穿过梁的全高被主群锚锚固于梁的底部。
本实用新型也可适用于拉索为平行钢丝的斜张桥拉索结构。
本实用新型所述的梁可以是工字形钢梁，也可以是混凝土梁。
当梁采用工字形钢梁时，梁腹两侧均设置有两片加劲板，钢绞线束被主群锚分成的两组分别从钢梁的梁腹两侧穿过梁腹上两片加劲板之间的空间，被主群锚锚固于梁的底部。
当梁采用混凝土梁时，仍是在混凝土梁中轴位置上开通孔，钢绞线束穿过梁腹，在梁的底部锚固，为了便于主群锚的安装，采用特种钢锚座来代替一般的锚座，它的截面结构为“T”字形，在其腹板的两侧均焊有两片与腹板垂直的加劲板，使被主群锚分成两组的钢绞线束穿过梁腹后分别从特种钢锚座的腹板两侧的加劲板之间的空间穿出，被主群锚锚固于梁的底部。
为实现上述第二个目的，本实用新型可采用以下的技术措施：
在上述的拉索结构的基础上，在钢梁的梁腹或特种钢锚座的腹板上的两侧加劲板之间的空间增设一辅助锚，该辅助锚由一对半圆柱体组成，它们分别布置在钢梁的梁腹的两侧，由安装在梁腹或腹板上的一对平行导轨定位，在辅助锚半圆柱体的截面上分布有与主群锚的两组锚孔相对应的锚孔，钢绞线束穿过辅助锚的锚孔后，再锚固于主群锚上。在辅助锚内的钢绞线束能以少或无应力集中的状态单根地锚固于其中，以抵抗疲劳荷载，它使主群锚所承受的疲劳荷载大大降低，因而在主群锚上能使用常规夹片；且在必要时除主群锚外，钢绞线也可单根在辅助锚中加以释放，从而实现单根钢绞线的更换。
本实用新型所述的辅助锚可采用夹片形辅助锚和冷铸形辅助锚。
当辅助锚采用夹片形辅助锚结构时，所述的半圆柱体包括锚杯、压紧板、辅助夹片、定位销、垫圈、固定螺杆和螺帽；其中锚杯为半圆柱体形，在锚杯内每根钢绞线都有自己的圆锥形锚孔，孔内安置一辅助夹片，该辅助夹片的倾角比一般夹片小，内孔壁上带有圆角齿形，以提高对钢绞线的强迫夹紧力，减少对钢绞线造成的应力集中，形成对疲劳荷载的抵抗力。
当辅助锚采用冷铸形辅助锚结构时，所述的半圆柱体包括锚杯、封闭板、涂有脱模剂的压紧板、固定螺杆和固定螺帽；其中锚杯为半圆柱体形，在锚杯内每根钢绞线都有自己的圆锥形锚孔，孔内压入冷铸材料；锚杯上还有压注孔及压紧板上有出浆孔与锚孔相通，以形成对疲劳荷载的抵抗力。其中，冷铸材料孔可由环氧树脂，辉绿岩粉和石英砂组成。
本实用新型所述的主群锚和辅助锚上两组对称锚孔的间距Dg≥钢梁梁腹或锚座腹板的厚度Tw+辅助锚的锚孔直径Dh+2×辅助锚内壁厚度At。
本实用新型还可以应用于拉索不是锚固在主梁上而是锚固在延伸至主梁外的锚固横梁上的情况，并可以将锚固横梁简化为最经济的工字形钢梁。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：(1)本实用新型对于任何一种梁形(工字形钢梁或混凝土梁)都可以将主群锚可靠地锚固于梁的底部，并使拉索轴线与梁腹轴面达到重合，从而消除拉索和梁腹间的偏心距，索力不会对梁产生偏心扭矩，必要时还可以在梁下张拉拉索；(2)当进一步采用辅助锚后，约有60％的拉索张拉力以压力的方式直接传给梁腹，剩余的力才通过加劲板和抗剪焊缝间接地传给梁腹，这能使主群锚所承受的疲劳荷载大大降低，具有很高的可靠度，常规的夹片也可用于主群锚中；(3)采用辅助锚，能允许单根更换钢绞线，且辅助锚与拉索抗振阻尼器有足够大的距离；(4)施工和养护人员可直接接触到的钢绞线部分比现有技术中所有体系都多，只要把盖板卸下，就可以在整个梁腹范围内接触到钢绞线和辅助锚，方便维护；(5)本实用新型能简化塔内的钢系梁为工字形梁，结构的内力基本上是由系梁和系杆承受拉力，而没有很大的弯剪力产生，同时还能减轻塔顶的自重，使塔内具有宽敞的操作空间；(6)经济性好，易于实施和推广。本实用新型不仅大大增加了斜拉桥工程的安全可靠度，同时解决上述两个环节的问题，且由于设计合理，使之可在工艺水平不太高的基础(例如中国目前大多数预应力公司的工艺基础)上实现，实施起来不但没有增加多少成本，甚至是减少了拉索结构工程费，不论生产单位(预应力公司)，还是设计、建设、施工单位都易于接受，因此，有很大的实用和推广价值。
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详述。
图1为本实用新型适用于工字形钢梁及钢系梁的一种实施例的总体布置示意图。
图2为本实用新型适用于在工字形钢梁以外的结构上布置特种钢锚座的一种实施例的总体布置示意图。
图3为本实用新型第一个实施例锚具与梁的连接构造的局部立体示意图。
图4为图3的A-A剖面示意图。
图5为沿图3的B-B剖面示意图。
图6为夹片形辅助锚进行安装时的主视图。
图7为图6的A-A剖视图。
图8为图6的B-B剖视图。
图9为图6的C-C剖视图。
图10为图6的D-D剖视图。
图11是图13的B-B剖视图。
图12是图13的A-A剖视图。
图13是图12的C-C、D-D、E-E、F-F剖视图。
图14为冷铸形辅助锚安装及安装完毕之构造的主视图。
图15为图14的A-A线的剖视图。
图16为图14的B-B线的剖视图。
图17为图14的C-C线的剖视图。
图18为图17加上防护盖板时的剖视图。
图19为图20的C-C剖视示意图，显示冷铸形辅助锚的锚杯、其上圆锥形锚孔、封闭板和压注孔。
图20为沿图19的A-A线方向的局部示意图。
图21为图20的B-B剖视示意图，显示冷铸形辅助锚的压紧板、封闭板和出浆孔。
图22为本实用新型适用于垂直索面、塔内工字形钢系梁的构造示意图。
图23为图22的附视示意图。
图24为本实用新型适用于倾斜索面、塔内工字形钢系梁的构造示意图。
图25为图24的附视示意图。
图26为本实用新型适用在工字形钢梁以外的塔内结构上布置的特种钢锚座构造示意图。
图27为特种钢锚座在梁上安装前后的示意图。
图28为本实用新型适用于在工字形钢梁以外的梁的结构上布置特种钢锚座的示意图。
图29为夹片形辅助锚辅助夹片的圆角齿形局部放大示意图。
图30为现有技术中主群锚的锚孔排布状况的示意图。
图1所示的桥梁拉索结构为本实用新型的第一种实施例，它包括拉索I、防护结构的外套管Ib、主群锚1以及主群锚与梁、塔的连接构造组成；图3、图4和图5显示了主群锚1和辅助锚2在工字形钢梁II上的布置以及锚孔在主群锚1和辅助锚2上的安排情况。主群锚1上的锚孔分成对称的、有间距的两组，其在垂直于拉索的平面上呈现为两个具有四排平行锚孔、长底边靠近对称线的等腰梯形排列；两组对称锚孔的间距Dg＝工字形钢梁腹板IIa厚度Tw+辅助锚2的锚孔直径Dh+2×辅助锚2内壁的厚度At。辅助锚2包括一对半圆柱体，它们分别布置在工字形钢梁II的梁腹IIa的两侧，在辅助锚半圆柱体的截面上分布有与主群锚1的一组锚孔相对应的锚孔，钢绞线单根锚固于辅助锚内的锚孔中，在辅助锚2的作用下，两组钢绞线Ie和If紧靠梁腹的两侧穿过工字形钢梁II的全高可靠地锚固于梁底，并对称于梁腹轴面。塔内的钢系梁3简化为工字形梁，这样有利于辅助锚2的布置，并可改善塔壁的受力状态。
图2所示的桥梁拉索结构为本实用新型的第二种实施例：它包括拉索I、防护结构的外套管Ib、主群锚1以及主群锚与梁、塔的连接构造组成；其中，梁采用在工字形钢梁以外的结构——混凝土梁IId，在梁中轴位置上开有通孔，在梁的底部的相应位置上安装一特种钢锚座4，它包括底板、垂直腹板和加劲板4b，结构为“T”字形，底板上有安装孔，腹板的两侧均焊有两片与腹板垂直的加劲板；钢绞线束穿过梁腹后，分成两组在特种钢锚座4的腹板两侧焊有的两片与腹板垂直的加劲板4b之间的空间穿出，被主群锚1锚固于梁的底部。
如前所述，在工字形钢梁II的梁腹IIa与四块加劲板IIb之间或在特种钢锚座4的腹板4a与三块加劲板4b之间有足够的空间布置抗疲劳装置——辅助锚2，在它的帮助下，主群锚1所承受的疲劳荷载大大降低，因而在主群锚1上使用常规夹片；且在必要时除主群锚1外，钢绞线束I可单根在辅助锚2中加以释放，从而实现单根钢绞线的更换。
图6至图13显示了本实用新型的一种夹片形辅助锚的构造，它安装在工字形钢梁II的梁腹IIa或特种钢锚座的腹板4a的两侧加劲板围成的空间里，在垂直于拉索的加劲板IIb上开有一等腰梯形孔，以便拉索通过。它的半圆柱体包括锚杯2a1、辅助夹片2j、尼龙定位销2k、尼龙垫圈2l、固定螺杆2h、压紧板2e1、固定螺母2；锚杯2a1和压紧板2e1为半圆柱体形，一对导轨2f平行安装在梁腹或腹板上，为锚杯2a1和压紧板2e1定位，尼龙定位销2k则将压紧板2e1定位于锚杯2a1上，它们由固定螺杆2h和固定螺母2i固定在垂直于拉索的加劲板IIb上，在锚杯2a1的截面上分布有与主群锚的一组锚孔相对应的锚孔，锚孔为圆锥形，每根钢绞线在锚杯2a1内都有自己的锚孔，孔内安置有4片形辅助夹片2j，它的倾角比一般夹片小、内孔带有圆角齿形，以提高对钢绞线的强迫夹紧力，减少对钢绞线造成的应力集中，形成对疲劳荷载的抵抗力。
图14至图21所示的是本实用新型的一种冷铸形辅助锚2的构造，它安装在工字形钢梁II的梁腹IIa或特种钢锚座的腹板的两侧加劲板围成的空间里，在垂直于拉索的加劲板IIb上开有一等腰梯形孔，以便拉索通过。它的半圆柱体包括锚杯2a2、封闭板2n、2o、2p、固定螺杆2h、固定螺母2i、压紧板2e2；所述的锚杯2a2为半圆柱体形，封闭板2n、2o、2p和压紧板2e2为半圆形；一对导轨2f平行安装在梁腹或腹板上，为锚杯2a2和压紧板2e2定位，封闭板2n、2o、锚杯2a2、封闭板2p和压紧板2e2由固定螺杆2h和固定螺母2i固定在垂直于拉索的加劲板IIb上，在锚杯2a1的截面上分布有与主群锚的一组锚孔相对应的锚孔，在锚杯2a2内，每根钢绞线都有自己的圆锥形锚孔，锚杯2a2上还有压注孔2r及压紧板2e2上有出浆孔2s与锚孔相通；孔内压入环氧树脂，辉绿岩粉和石英砂组成的冷铸材料2q，以形成对疲劳荷载的抵抗力。
图22～25显示了本实用新型将塔III内的钢系梁简化为工字形系梁3状况，它不仅可以用于垂直索面，而且，在借助于系杆3a作用下，还适用于倾斜索面。它的优点是①结构的内力基本上是由系梁3和系杆3a承受的拉力，而没有很大的弯剪力产生；②塔顶的自重可以减轻；③即使在倾斜索面的条件下塔内也能有宽敞的操作空间。
图26～28所示的是本实用新型适用于在塔内结构和工字形钢梁以外的梁的结构时采用特种钢锚座的构造。为便于主群锚和辅助锚在塔内结构和工字形钢梁以外的梁的结构的安装，用特种钢锚座4来代替一般的锚座，它包括底板4c、垂直腹板4a和加劲板4b，底板4c与腹板4a构成“T”字形结构，底板4c上有安装孔，用于将底板安装到塔III、梁IId上，腹板的两侧均焊有4片与腹板垂直的加劲板4b，它们围成一个矩形空间。
在梁的中轴位置或塔壁上开通孔，钢绞线束的防护件——梁导套Ic、塔导套Ic与特种钢锚座4预制为一体后，再将其穿过梁腹或塔壁安装，特种钢锚座4同时被安装于梁的底部或塔的侧壁上。
从图27可见特种钢锚座4采用预制安装，因而与一般混凝土锚座相比，本实用新型使锚固区的模板得以简化，从而加快施工进度。
本实用新型应用于拉索不是锚固在主梁上而是锚固在延伸至主梁外的锚固横梁上的情况时，由于工字形锚固钢横梁的腹板呈横桥向布置，那一对半圆柱形辅助锚也需要随之由拉索延伸方向(以下的讨论均按此方向)的左右布置改为前后布置，因此各有关部分的构造和布置需要进行一定的调整：
1)如果塔内工字形钢系梁和特种钢锚座的构造不变，钢绞线布置为前后左右均对称的四群，于是主群锚和辅助锚钢绞线锚孔在梁端可排列为前后对称的两群而在塔端可排列为左右对称的两群；
2)如果塔内工字形钢系梁和特种钢锚座的构造不变，主群锚和辅助锚钢绞线锚孔在梁端排列为仅前后对称的两群而在塔端排列为仅左右对称的两群，这样钢绞线的排列由梁到塔会有一定的扭动；
3)如果主群锚和辅助锚钢绞线锚孔的排列在梁端和塔端都呈前后对称的两群，特种钢锚座的主腹板需由顺桥向布置改为横桥向布置，钢系梁则改为由两根工字形锚固横梁加两片拉板(拉板间距需大于操作宽度)组成的钢框架结构。
Claims (10)
1、一种桥梁拉索结构，包括拉索、防护结构、主群锚以及主群锚与塔、梁的连接构造，其中拉索为平行高强钢绞线束，主群锚上具有用于排布钢绞线束的锚孔；其特征在于：主群锚上的锚孔分成对称的两组，两组的锚孔数量和排布均相同，其对称轴线与梁的梁腹轴面重合，钢绞线束的端部分别穿过主群锚的锚孔锚固，钢绞线束被主群锚排列为对称的两组，穿过梁的全高被主群锚锚固于梁的底部。
2、根据权利要求1所述所述的桥梁拉索结构，其特征在于：所述的梁采用工字形钢梁，梁腹两侧均设置有两片加劲板，钢绞线束被主群锚分成的两组分别从钢梁的梁腹两侧穿过梁腹上两片加劲板之间的空间，被主群锚锚固于梁的底部。
3、根据权利要求1所述的桥梁拉索结构，其特征在于：所述的梁采用混凝土梁，在混凝土梁的中轴位置上开通孔，在底部的相应位置上安装截面结构为“T”字形的特种钢锚座，钢绞线束穿过梁腹后，分成两组在特种钢锚座的腹板两侧焊有的两片与腹板垂直的加劲板之间的空间穿出，被主群锚锚固于梁的底部。
4、根据权利要求1或2或3所述的桥梁拉索结构，其特征在于：在工字形钢梁的梁腹或特种钢锚座的腹板上的两侧加劲板之间的空间各增设一辅助锚，其由一对半圆柱体组成，由安装在梁腹或腹板上的一对平行导轨定位，在辅助锚半圆柱体的截面上分布有与主群锚的两组锚孔相对应的锚孔，钢绞线单根锚固于辅助锚内的锚孔中，它们穿过辅助锚后，再锚固于主群锚上。
5、根据权利要求4所述的桥梁拉索结构，其特征在于：所述的辅助锚为夹片形辅助锚；它的半圆柱体包括锚杯、压紧板、辅助夹片、定位销、垫圈、固定螺杆和螺帽；其中锚杯和压紧板为半圆柱体，尼龙定位销2k则将压紧板定位于锚杯上，锚杯和压紧板由固定螺杆和固定螺母固定在垂直于拉索的加劲板上，在锚杯内每根钢绞线都有自己的圆锥形锚孔，孔内安置一辅助夹片。
6、根据权利要求5所述的桥梁拉索结构，其特征在于：辅助锚中的辅助夹的倾角比一般夹片小，内孔壁上带有圆角齿形。
7、根据权利要求6所述的桥梁拉索结构，其特征在于：辅助锚中的辅助夹片为4片形。
8、根据权利要求4所述的桥梁拉索结构，其特征在于：所述的辅助锚为冷铸形辅助锚；它的半圆柱体包括锚杯、封闭板、涂有脱模剂的压紧板、固定螺杆和固定螺帽；其中锚杯为半圆柱体，封闭板、锚杯、和压紧板由固定螺杆和固定螺母固定在垂直于拉索的加劲板上，在锚杯内每根钢绞线都有自己的圆锥形锚孔，孔内压入冷铸材料；锚杯上有压注孔及压紧板上有出浆孔与锚孔相通。
9、根据权利要求4所述的桥梁拉索结构，其特征在于：所述的两组对称锚孔的间距Dg大于或等于钢梁梁腹或锚座腹板的厚度Tw+辅助锚的锚孔直径Dh+2×辅助锚内壁厚度At。
10、根据权利要求7所述的桥梁拉索结构，其特征在于：所述的两组对称锚孔的间距Dg大于或等于钢梁梁腹或锚座腹板的厚度Tw+辅助锚的锚孔直径Dh+2×辅助锚内壁厚度At。
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