专利名称：斜拉桥多层式锚固方法
技术领域：
本发明涉及一种土木工程技术领域的锚固方法，具体是一种斜拉桥多层式锚 固方法。
背景技术：
斜拉桥是一种拉索支撑体系。斜拉索与主梁和桥塔之间都需要连接，这种连 接称为锚固，其连接区域称为锚固区。斜拉桥通过锚固将主梁承受的力由拉索传 递到塔柱。反过来看，即依靠主梁和塔柱提供克服拉索拉力的反力。
现有的斜拉桥锚固方法，由于锚固结构(锚固块是其常见的一种形式)在与 主梁和塔柱的锚固中都只有一个单层的承压面，其缺点是(1)锚固区体积大， 重量大，材料用量大。(2)锚固块边缘容易产生应力集中。根据材料力学知识， 当受力区域的形状急剧变化，例如角度突然变化等处，变化的局部区域将产生很 大的应力。由于锚固结构(以锚固块为例)边缘转角处容易产生应力集中，而产 生应力集中的结果，在锚固结构提供的总体反力足够的情况下，可能由于局部应 力太大而使该局部更容易破坏。要避免上述破坏，就要进一步加大锚固块尺寸， 或提高材料的强度，而这两个情况都直接导致了成本的增加。所以，为了减小包 括锚固块在内的斜拉桥锚固区体积，进而减小其成本，有必要发明新的锚固方法。
经对现有文献检索发现，绍旭东等在《桥梁设计与计算》(人民交通出版社
2007年2月第一版，535页)上关于"拉索的锚固" 一节，提出斜拉索与混凝土梁 的锚固方法，具体方法为在混凝土梁上设置锚固块，由锚固块的表面提供反力
平衡拉索拉力。其不足之处在于依靠锚固块单层承压面提供反力，锚固块体积
大，材料用量大，也增加了主梁的自重，且锚固块独立于梁之外，高度较大，安 装不便，这些最终都增加了造价。
发明内容
本发明针对现有斜拉桥拉索与混凝土主梁和塔柱锚固技术的不足，旨在提供 一种斜拉桥多层式锚固方法，即采用多个承压面同时提供反力来平衡拉索拉力，
使其克服了现有斜拉桥拉索锚固中的锚具体积大、重量大、材料用量大的缺点， 且安装更为方便，从总体上提高了经济效益。这里"锚固区"是泛指拉索与主梁
或塔柱之间锚固的连接区域及其实际结构物。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤-第一步，设计多层承压面锚固物。基于增加承压面的面积的思想，所设计的 多层承压面锚固物具有2层或2层以上承压面。该多层承压面锚固物为一个整体 结构，其顶面和底面相互平行，中心有一个贯穿顶面和底面的孔，在顶面和底面 之间的外表面开槽，则槽的下表面构成承压面。与现有技术相比，可以在相同体
积下大大增加承压面的总面积，或者在相同承压面面积下明显减小体积。当多层 锚固物体积与现有的单层锚固结构相同时，各层承压面面积的和大于单层承压面
面积，所提供的总反力大于现有的单层式锚固方法所能提供的总反力；当拉力只 需要与单层承压面锚固方法相同时，则总承压面面积与单层承压面相同，但其体 积可以显著减小。
第二步，在主梁或塔柱的锚固区设计与多层承压面锚固物相适应的形状和尺 寸，以便多层承压面铺周物的安装。在斜拉桥的混凝土主梁或塔柱上对应于拟安 装第一步所述多层承压面锚固物的位置，按照多层承压面锚固物尺寸预留其安装 时的位置。此外，在多层承压面上部及周边混凝土中配置加强钢筋。由于锚固物 完全或部分埋置于主梁或塔柱内，与现有技术相比，其总的高度明显减小了。此 外，由于多层承压面取代了现有技术中的锚具，其体积较锚具小得多，因此用于 安装锚固物(即锚固区)的体积也明显减小。现有技术中，在塔内安装锚具需要 专门的金属锚固横梁，在梁内安装要设置顶板锚固块、横隔板、锚固横梁等。
第三步，安装模板、布置和绑扎钢筋期间，安装多层承压面锚固物。先实施 其在模板中的定位，按照预埋件的施工工艺，将承压面在用来浇注主梁或塔柱的 模板中定位。由于多层承压面体积比现有技术中的锚具体积小得多，其作为预埋 件在模板中定位，比现有技术中的锚具定位更简单易行。而涉及到现有技术的锚 具定位的过程要复杂得多，其在斜拉桥塔柱内通常要制造和安装锚固横梁，在主 梁内需要采用锚板等定位。
第四步，浇注混凝土、养护混凝土。这与现有技术中钢筋混凝土浇注养护工 艺相同。
第五步，混凝土养护至设计强度，张拉拉索。拉索穿过主梁(或塔柱)与多
层承压面锚固物的中心孔后，先紧固锚头，再将拉索张拉至设计的拉力。与现有 技术相比，由于多层承压面的锚固物(如锚固块)埋置于主梁或塔柱，在安装过
程中不需要吊装，更为方便。现有技术中采用锚具时的拉索张拉，通常需要以螺 纹、销接、垫块等多种方式来固定锚具的构件，较为繁琐。
第六步，张拉斜拉桥的所有拉索，调整拉力，即进入正常工作状态。
本发明适用于斜拉桥拉索与主梁或拉索与塔柱之间的锚固，这里所述的多层 承压面锚固物是斜拉桥上与拉索两端相连的梁或塔上固定拉索并承受拉力的各 种形式结构的总称，其具形式之一是但不限于锚固块。
由于多层承压面锚固物锚固提供的用于平衡拉索拉力的反力是各个承压面 所提供的反力的总和，因此，在不增加尺寸的前提下多层式锚固方法能够提供更 大的反力；或者，在提供同样数值反力的条件下，可以减小多层承压面锚固物的 体积，这同时也减小了多层承压面锚固物重量和材料用量。具体通过减小多层承 压面锚固物的直径，或在相同直径时减小多层承压面锚固物高度，减小多层承压 面锚固物体积。
本发明有以下优点
1、 采用了多层承压面以及将多层承压面锚固物埋置于锚固区，取代了现有 技术中的锚具，从而大大减小了锚固结构体积，进而减小了锚固区体积，并由此
减小了材料用量和成本。
2、 承压面积的大大增加，可以使锚固区能够承受拉索的拉力显著提高，即 锚固效率大大提高。
3、 多层承压面锚固物埋置于主梁或塔柱内，使得安装更为方便。 本发明具备以上优点的基本原理是采用了多层式承压面，因此，在不增加
锚固区外形尺寸的前提下能够获得更大的承压总面积，能够提供更大的反力；或 者，在提供同样数值反力的条件下，可以减小锚固结构尺寸，从而减小了锚固区， 这同时也减小了重量和材料用量。多层式锚固方法，在制造上可以是预先制造的 金属的锚固块等形式的锚固结构，预埋在混凝土梁或混凝土塔中，作为提供反力 的结构物。
本发明的有益效果是采用了多层式承压面，在承担同样大小拉索拉力的条 件下，能够使拉索与混凝土梁或混凝土塔的锚固区中锚固结构体积、重量和材料 用量减小50%，锚固区高度可减小49%,安装更为方便，从而能够减小制造和
施工成本约50%。
图1斜拉桥拉索与梁的现有单层锚固方法示意图。
图2现有锚固中的一种锚固结构一锚固块示意图。
图3本发明实施例中采用的多层承压面锚固块示意图。
图4本发明实施例的多层式锚固方法示意图。
图5为本发明在跨径为450米的斜拉桥的具体应用示意图。
图中拉索l，单层锚固方法承受的拉力2，拉索锚头3，锚固结构4，梁5， 锚固结构4与梁5锚固处总的高度6，单层锚固方法承压面7，多层承压面锚固 块8，多层承压面锚固块的顶面9，多层承压面锚固块的底面10，多层承压面锚 固块的中心孔ll，多层承压面锚固块的一个承压面12，槽13，槽的上表面14， 槽的下表面15，突齿16和17，多层式锚固承受拉索拉力18，锚固块与梁上锚 固区高度的总和19，主梁20，塔柱21，多层承压面锚固物22。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案 为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护 范围不限于下述的实施例。
如图1-2所示，拉索1承受拉力2。拉力2通过拉索锚头3和锚固结构4传 递到梁5，得到平衡。此时锚固结构4与梁5锚固处总的高度为6。锚固结构4 与梁5之间的力传递是通过图2所示的承压面7实现的，此时承压面7提供反力。 如果锚固结构的材料是钢，其抗压强度大于混凝土，如果力2太大，则与承压面 7相接触的混凝土就被压碎。所以当梁5的混凝土材料一定时，承压面7的面积 决定了力2的极限最大值；或者说，当力2—定时，承压面7不能小于一个极限 最小值。混凝土抗压强度一定时，增大承压面积可以提高极限最大拉力2。这里 所述的锚固结构形式之一是但不限于锚固块。(下同)
如图3所示，本实施例拉索与混凝土主梁锚固
首先设计多层承压面锚固块8，由整体铸造而成，共有3层承压面。该多层 承压面锚固块的顶面9也是承压面，参与工作。底面10是非承压面。中心孔ll 贯通顶面9和底面10，供拉索穿过并将在底面10下由锚头限制而抵抗拉力。
第二步，在混凝土主梁的设计中预留与锚固块8形状与大小相适应的位置，此时的位置是在主梁下侧，锚固块8底面10伸出梁底。
第三步，在浇注混凝土之前将此多层承压面锚固块8在模板和布设的钢筋中 定位，即预埋于即将浇注的混凝土中。在此预埋阶段，中心孔ll轴线的方向可 作为定位的参照。为了分散压力，在顶面9离中心较远处设置台阶状，形成另一 个承压面12。在顶面9和底面10之间开槽，形成槽13，其所形成槽的上表面 14和下表面15，其中下表面15又构成一个承压面。可见，顶面9、承压面12、 槽下表面15—起构成多层承压面，其面积是各承压面面积的总和，且较之单层 承压面大大增加。
第四步，浇注主梁，并实施混凝土养护。
第五步，混凝土养护至设计强度后，张拉拉索。拉索穿过主梁或塔柱与多层 承压面锚固块8的中心孔后，先紧固锚头，再将拉索张拉至设计的拉力。开槽后 自然形成齿状的突出部分，即突齿16和17。这些槽13和突齿与混凝土之间形 成良好的锚固作用，即形成锚固区，它提供的锚固力用以克服拉索拉力，而根据 作用与反作用原理，也可以说锚固作用提供了拉索的拉力，用以克服斜拉桥主梁 上所受到的荷载。由于多层承压面面积的总和比单层承压面面积大，所以在混凝 土抗压强度一定时所提供的反力也比单层承压面所能提供的反力大。或者，如果 仅需要提供与单层承压面相同的反力，则多层承压面锚固块的直径可以显著减 小，体积、材料也显著减小。
第六步，张拉斜拉桥的所有拉索，调整拉力，即进入正常工作状态。 如图4所示，多层式锚固方法示意，锚固块8是多层承压面锚固结构的一种
具体例子之一。与图l所示的现有单层式锚固方法相比，多层式锚固方法在最大 外形尺寸与单层承压面锚固方法相同的条件下，可以提供的反力(即可以承受的
拉索拉力)18是单层式锚固所能够提供反力2的1.96—2.96倍，即提高了 96 —196%。以上假设两种锚固结构的材料相同。而如果采用不同材料，由于多层式 锚固方法比单层式锚固方法最大应力减小了74.8%，因此，假如外形尺寸不变， 则理论上可以采用的材料强度可以减小74.8%，其结果就是显著降低了材料成本。
如果需要承受的拉索最大拉力18不变，即承受拉索拉力18等于图1中的拉 力2，如果采用本实施例的多层式锚固方法，则在多层承压面锚固物高度不变的 条件下，直径可以减小约31%，即为单层承压面锚固方法的79%;体积减小了
49%，即为单层承压面锚固体积的51%，由此重量也减小49%，即为单层承压 面锚固方法重量的51%。如果多层承压面锚固物直径同单层式锚固，改变高度， 并且由于多层承压面锚固物埋置于主梁或塔柱之中，则高度可以减小49%，即为 单层承压面锚固的51%。以上两种情况下，重量和材料用量减小约50%，减小制 造成本50%;安装更为方便，从而能够减小施工成本约20%,经济效益显著。
如图4所示的多层式锚固方法，锚固块与梁上锚固区高度的总和19相比图 1所示的单层承压面锚固方法的相应尺寸6减小，根据多层承压面锚固块8在梁 3中的埋入深度，可以减小相当于多层承压面锚固物高度的50%。
如图5所示，跨径为450米的斜拉桥的具体应用
拉索系统由多根拉索1组成，双面双塔共88根斜拉索。拉索l的两端与主 梁20及塔柱21可采用本发明所述的多层式锚固方法。虽然每根拉索与主梁20 的相交的角度不同，但由于多层承压面锚固物22本身的重量与拉索拉力相比很 小，可以忽略不计，因此只要将拉索转动一个角度，成为铅垂方向，则受力图都 是与上述图l和图4相同的。即使每根拉索的索力不同，上述尺寸和重量之间的 比例关系仍然成立。每根拉索与水平主梁之间都靠锚固连接，多层承压面锚固物 即在此区域。由于锚固原理是相同的，所以本发明可以推广应用到所有的拉索与 斜拉桥主梁和塔柱的锚固中。这里多层承压面锚固物形式之一是但不限于锚固 块。采用本发明的多层式锚固方法，材料成本减少约50%，安装成本减少约20 % ，如果每个锚固现有制造和安装成本分别为1. 2万元和0. 2万元，总共88根 拉索，两端共176个锚固，共降低成本112.642万元。
权利要求
1.一种斜拉桥多层式锚固方法，其特征在于包括以下步骤第一步，设计多层承压面锚固物设计的多层承压面锚固物具有2层或2层以上承压面，该多层承压面锚固物为一个整体结构，其顶面和底面相互平行，中心有一个贯穿顶面和底面的孔，在顶面和底面之间的外表面开槽，则槽的下表面构成承压面；第二步，在主梁或塔柱的锚固区设计与多层承压面锚固物相适应的形状和尺寸在斜拉桥的混凝土主梁或塔柱上对应于拟安装第一步所述多层承压面锚固物的位置，按照多层承压面锚固物尺寸预留其安装时的位置，此外，在多层承压面上部及周边混凝土中配置加强钢筋；第三步，安装模板、布置和绑扎钢筋期间，安装多层承压面锚固物先实施多层承压面锚固物在模板中的定位，按照预埋件的施工工艺，将承压面在浇注主梁或塔柱的模板中定位；第四步，浇注混凝土、养护混凝土；第五步，混凝土养护至设计强度，张拉拉索，拉索穿过主梁或塔柱与多层承压面锚固物的中心孔后，先紧固锚头，再将拉索张拉至设计的拉力；第六步，张拉斜拉桥的所有拉索，调整拉力，即进入正常工作状态。
2. 根据权利要求1所述的斜拉桥多层式锚固方法，其特征是在提供同样数 值用拉索拉力的条件下，减小多层承压面锚固物体积采用减小多层承压面锚固物 的直径，或在相同直径时减小多层承压面锚固物高度的方法。
3. 根据权利要求1所述的斜拉桥多层式锚固方法，其特征是所述多层承压 面锚固物为多层承压面锚固块，其顶面也是承压面，参与工作。
4. 根据权利要求1所述的斜拉桥多层式锚固方法，其特征是所述多层式锚 固方法适用于斜拉桥拉索与主梁及拉索与塔柱的锚固。
全文摘要
本发明公开一种土木工程技术领域的斜拉桥多层式锚固方法，首先设计多层承压面锚固物，多层承压面锚固物具有2层或2层以上承压面，其上下表面相互平行，中心有一个贯穿上下表面的孔，在上下表面之间的外表面开槽，则槽的下表面构成承压面；然后在主梁或塔柱的锚固区设计与多层承压面锚固物相适应的形状和尺寸，按照多层承压面锚固物尺寸预留其安装时的位置，在多层承压面上部及周边混凝土中配置加强钢筋；再安装多层承压面锚固物；浇注混凝土、养护混凝土至设计强度，张拉拉索，调整拉力，即进入正常工作状态。本发明采用多个承压面同时提供反力来平衡拉索拉力，克服了现有斜拉桥拉索锚固中的锚具体积大、重量大、材料用量大的缺点。
文档编号E01D19/14GK101338548SQ20081004070
公开日2009年1月7日 申请日期2008年7月17日 优先权日2008年7月17日
发明者方从启 申请人:上海交通大学