一種緊湊型斜拉索鋼錨梁及其施工方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及橋梁構(gòu)件設計及制造技術領域，具體涉及一種緊湊型斜拉索鋼錨梁，同時涉及一種緊湊型斜拉索鋼錨梁的施工方法。
【背景技術】
[0002]斜拉橋的斜拉索塔上錨固連接構(gòu)造直接關系到斜拉索使用階段的正常工作和安全、耐久，是斜拉橋設計關注的重點。鋼錨梁是一種目前常用的斜拉索塔上錨固連接結(jié)構(gòu)，文獻記載鋼銷梁的首次應用是1986建成的加拿大安那西斯橋(Annacis Bridge)，國內(nèi)最早應用于1991年建成的上海黃浦江南浦大橋。鋼錨梁的基本原理是通過分別設置與斜拉索水平連接的鋼系梁和豎向支承牛腿兩大構(gòu)件，使水平受力和豎向受力分離解耦，即，鋼系梁承受斜拉索的水平分力，牛腿承受豎向分力。斜拉索錨固于水平連接鋼系梁上，鋼系梁支承在牛腿上，通過張拉斜拉索時釋放鋼系梁與錨固牛腿間的水平約束裝置、成橋狀態(tài)鎖定水平約束裝置，以實現(xiàn)鋼系梁承擔全部或大部分的斜拉索水平分力，混凝土塔側(cè)壁不承擔或承擔小部分的斜拉索水平分力，而斜拉索的豎向分力全部由附著在塔前壁的牛腿承受。
[0003]該結(jié)構(gòu)體系通過鋼系梁和牛腿分離設置，較好的使鋼系梁分擔了主要的斜拉索水平分力，但導致了以下的不足:1)豎向受力不盡合理。無論是鋼牛腿還是混凝土牛腿，斜拉索的豎向分力均會在與塔側(cè)壁相接的牛腿根部產(chǎn)生較大的彎矩，特別是靠近塔柱下部的斜拉索，與塔柱的夾角小、其豎向分力遠大于水平分力的情況；使用鋼牛腿時，埋入塔柱的抗剪連接件在承受豎向剪力的同時，還需承受較大的拉力，抗剪連接件的優(yōu)勢難以發(fā)揮；使用鋼筋混凝土牛腿時，除構(gòu)造鋼筋外，還需在牛腿上緣配置相應數(shù)量的抗拉受力鋼筋。2)施工不便。對于鋼筋混凝土牛腿，需先澆筑牛腿，后施工鋼系梁，曾出現(xiàn)上部節(jié)段牛腿在下部節(jié)段鋼系梁安裝前澆筑，導致下部節(jié)段鋼系梁無法安裝的情況；對于鋼牛腿，盡管可以與鋼系梁臨時連接進行的同時進行吊裝，但吊裝定位和臨時連接的解除及施工完成后的鎖定等工序較多，鋼系梁和牛腿間設置的臨時滑動、鎖定裝置本身也增加了施工的難度，大大降低了施工效率。3)經(jīng)濟性欠佳，牛腿和鋼系梁的豎向疊置的豎向構(gòu)造高度遠大于斜拉索塔上錨固所需的高度，導致橋塔上的塔柱遠高于實際所需的高度(一般高35%)，材料和施工成本均需為滿足該空間構(gòu)造的需要而額外增加，降低了橋梁的經(jīng)濟性。
[0004]因此，設計一種綜合受力合理、結(jié)構(gòu)緊湊、構(gòu)造簡潔、經(jīng)濟性好、施工方便的鋼錨梁結(jié)構(gòu)、并給出相應的施工方法是可行和必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供了一種緊湊型斜拉索鋼錨梁及其施工方法，該鋼錨梁結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，施工方便，構(gòu)造成本低，且安全性能高，使用壽命長。該施工方法施工方便，施工所需的成本低，且施工效率極高。
[0006]實現(xiàn)本發(fā)明上述目的所采用的技術方案為:
[0007]—種緊湊型斜拉索鋼錨梁，包括鋼系梁機構(gòu)、梁端鋼錨固機構(gòu)和斜拉索錨頭支承機構(gòu)，鋼系梁機構(gòu)至少包括水平設置的長方形的底板，梁端鋼錨固機構(gòu)有兩個，兩梁端鋼錨固機構(gòu)對稱安裝于底板的兩端，梁端鋼錨固機構(gòu)包括豎直設置的鋼錨固板、上調(diào)節(jié)定位板、下調(diào)節(jié)定位板和兩個以上的抗剪連接件，鋼錨固板的中央設有安裝孔，上調(diào)節(jié)定位板固定于鋼錨固板的頂部上，下調(diào)節(jié)定位板固定于鋼錨固板的底部上，上調(diào)節(jié)定位板和下調(diào)節(jié)定位板均均勻設有兩個以上的定位孔，兩個以上的抗剪連接件均勻固定于鋼錨固板的外側(cè)面上，斜拉索錨頭支承機構(gòu)有兩個，兩斜拉索錨頭支承機構(gòu)對稱安裝于兩梁端鋼錨固機構(gòu)與底板之間，斜拉索錨頭支承機構(gòu)至少包括傾斜設置的支撐鋼管和承壓板，支撐鋼管外側(cè)壁沿圓周方向均勻設有上支撐板、下支撐板、前支撐板和后支撐板，支撐鋼管的軸線位于上支撐板和下支撐板所在的平面內(nèi)，承壓板的中部設有通孔，兩鋼錨固板內(nèi)側(cè)面的中部分別與底板的兩端固定連接，兩支撐鋼管的下端分別穿過底板的兩端部并分別固定在兩鋼錨固板的安裝孔上，上端分別與兩承壓板固定，兩上支撐板分別與兩鋼錨固板固定連接，兩下支撐板分別固定在底板上側(cè)面兩端部的中央，兩前支撐板、兩后支撐板分別固定在底板上側(cè)面兩端部上。
[0008]所述的鋼系梁機構(gòu)還包括側(cè)板，側(cè)板固定于底板上側(cè)面的中部上，且側(cè)板垂直于底板，側(cè)板的兩端分別與兩下支撐板固定連接。
[0009]支撐鋼管的軸線與底板的夾角不大于60°。
[0010]一種緊湊型斜拉索鋼錨梁的施工方法，包括如下步驟:
[0011]1)按照緊湊型斜拉索鋼錨梁的結(jié)構(gòu)組裝緊湊型斜拉索鋼錨梁；
[0012]2)取兩個U型鋼桿，將兩U型鋼桿對稱固定于兩鋼錨固板的安裝孔的外側(cè)，使U型鋼桿中部的水平部分平行于地面，各U型鋼桿均通過卡在兩抗剪連接件上的方式安裝；
[0013]3)取軟繩和兩個帶孔的木塞，先將兩個木塞分別穿過兩承壓板并塞入兩支撐鋼管內(nèi)，然后將軟繩的兩端分別穿過兩木塞，再將軟繩的兩端分別固定在兩U型鋼桿的水平部分的中央；
[0014]4)將軟繩的中央鎖定在吊裝設備的吊鉤上，吊裝設備將組裝好的緊湊型斜拉索鋼錨梁運輸至指定的支架上后，先解除軟繩的鎖定，移開吊裝設備，再微調(diào)下調(diào)節(jié)定位板的位置以精確調(diào)整該緊湊型斜拉索鋼錨梁的空間位置，保證承壓板的中心與設計預期重合；
[0015]5)解開軟繩的兩端，抽出繩子，取出兩U型鋼桿和木塞；
[0016]6)綁扎塔柱鋼筋，安裝模板，澆筑塔柱前后壁、兩側(cè)壁的混凝土，同時將各抗剪連接件埋入塔柱兩側(cè)壁的混凝土中。
[0017]該鋼錨梁的受力原理分析如下:
[0018]1)鋼系梁機構(gòu)承受兩端斜拉索在水平方向的水平拉力。
[0019]鋼系梁機構(gòu)承受的水平拉力大小可通過改變其剛度進行調(diào)整，鋼系梁機構(gòu)與鋼筋混凝土塔柱前壁共同承受兩端斜拉索的水平拉力，兩者的分配比例符合結(jié)構(gòu)力學中超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力按剛度分配的基本規(guī)律，鋼系梁結(jié)構(gòu)的剛度越大，分配的水平分力越大。通常，根據(jù)控制鋼筋混凝土塔柱前壁混凝土裂縫寬度的需要，鋼系梁機構(gòu)分擔斜拉索水平分力的60 %，鋼筋混凝土塔柱前、后塔壁各分擔20 %，鋼材許用應力為[a] = 90MPa較適宜。
[0020]2)抗剪連接件承受斜拉索在豎直方向上的分力(對抗剪連接件而言為剪力)。
[0021]3)斜拉索錨頭支承機構(gòu)所受的壓力、抗剪連接件所受的剪力及鋼系梁機構(gòu)所受的水平拉力三力為共點匯交力系。
[0022]通過調(diào)整鋼系梁機構(gòu)的側(cè)板高度及底板位置調(diào)整其鋼系梁機構(gòu)的橫截面的形心；通過調(diào)整斜拉索錨頭支承機構(gòu)中支撐鋼管軸線的傾角來調(diào)整斜拉索軸線的傾角；實現(xiàn)斜拉索錨頭所受的壓力、抗剪連接件所受的剪力及鋼系梁機構(gòu)所受的水平拉力三力為匯交力系，且匯交于梁端鋼錨固機構(gòu)的鋼錨固板平面內(nèi)，使其上的抗剪連接件僅承受剪力而不受拉，達到鋼系梁機構(gòu)承受水平拉力、抗剪連接件僅承受剪力的總體合理受力狀態(tài)。
[0023]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其有益效果和優(yōu)點在于:
[0024]1、該鋼錨梁與現(xiàn)有的鋼錨梁相比，有以下優(yōu)點:A、結(jié)構(gòu)更加簡單，使得制作施工更為方便，而且使得制作施工成本降低，十分經(jīng)濟方便；B、結(jié)構(gòu)更加緊湊，所占空間減小，所需高度降低；C、利用混凝土的收縮徐變特性及帶裂縫工作的原理，與鋼筋混凝土橋塔協(xié)同工作，取消了鋼錨梁牛腿，可使鋼錨梁結(jié)構(gòu)承受的三力共點，從而使鋼錨梁整體受力合理，進而使鋼錨梁更加安全、耐久，使用壽命提高；D、取消了鋼錨梁牛腿，從而取消了相應的約束、鎖定裝置及相應的工序，進而節(jié)約了造價成本，大幅度簡化了該裝置的結(jié)構(gòu)。
[0025]2、該施工方法采用了五點定位吊移鋼錨梁的方法進行施工，有效利用鋼錨梁的本體結(jié)構(gòu)，使用輔助用具較少，輔助用具的成本低且可重復使用，安裝、拆卸工序少，施工效率尚ο
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明提供的緊湊型斜拉索鋼錨梁施工后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖2為本發(fā)明提供的緊湊型斜拉索鋼錨梁的結(jié)構(gòu)示意圖。(由于是對稱結(jié)構(gòu)，此處只畫了一半)
[0028]圖3為本發(fā)明提供的緊湊型斜拉索鋼錨梁吊裝時的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]其中，1-鋼錨固板、2-上調(diào)節(jié)定位板、3-下調(diào)節(jié)定位板、4-抗剪連接件、5-支承鋼管、6-上支撐板、7-下支撐板、8-前支撐板、9-后支撐板、10-承壓板、11-側(cè)板、12-底板、13-塔柱側(cè)壁、14-塔柱前壁、15-定位孔、16-塔柱鋼筋、17-U型鋼桿、18-木塞、19-通孔、20-軟繩。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的緊湊型斜拉索鋼錨梁的結(jié)構(gòu)進行詳細說明。
[0031]本實施例提供的緊湊型斜拉索鋼錨梁的結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，該鋼錨梁由鋼系梁機構(gòu)、梁端鋼錨固機構(gòu)和斜拉索錨頭