专利名称：一种钢主塔或钢主拱的新型钢-混凝土结合段的构造的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种钢-混凝土结合段的构造，尤其涉及一种斜拉桥、悬索桥钢 主塔或拱桥钢主拱的钢-混凝土结合段的结构。
背景技术：
当斜拉桥、悬索桥主塔采用钢主塔，拱桥主拱采用钢主拱时，斜拉桥、悬索桥钢主 塔与混凝土塔靴或混凝土承台连接接头段、或拱桥钢主拱与混凝土拱座连接接头段，既为 钢_混凝土结合段。对于全钢的主塔，钢主塔直接与基础的混凝土结构连接，由于钢_混凝 土结合段两侧材料性质的不同，刚度、强度在此发生突变，结合段如何传递强大的轴力和剪 力、实现结构刚柔的平顺过渡，是结合段至关重要的关键技术。因此钢-混凝土结合段应能 流畅的传递各种荷载产生的内力(轴力、剪力和弯矩)和变形，并具有良好的抗疲劳和耐久 性。钢主塔钢_混凝土结合段常用的连接方式有螺栓锚固法和钢主塔埋入法或者两种方法 的组合。这两种方式的传力机理略有不同，螺栓锚固法主要是通过承压板将钢主塔的压应 力较为均勻地传递给混凝土结构；而埋入法则主要通过钢主塔钢板与混凝土的相互作用将 钢主塔应力以混凝土受剪切的形式传力，这种方式中常常采用剪力连接器。目前，钢主塔埋入法的钢-混凝土结合段的主要型式如图1和图2所示，是一种全 截面连接填充混凝土的技术方案。为了把钢主塔1的力传递给整个混凝土结构(位于图 中分界界面的下方处)的截面，在整个钢主塔1的断面范围内填充混凝土 3，并在钢主塔1 内设置剪力栓钉4，利用该全截面连接填充混凝土技术方案其应力传递明确，但刚度变化急 剧，剪力传递依靠钢主塔1内设置的剪力栓钉4，由于钢主塔截面内能够布置剪力栓钉的位 置有限，因此，剪力栓钉4的个数较少(图1和图2中附图标记4示出了剪力栓钉的分布情 况)，抗剪能力较低，需要依靠增加钢主塔埋入混凝土结构的深度增强其抗剪能力，而无限 制的增加埋入深度是不合理也是不经济的。
实用新型内容针对上述现有技术，本实用新型提供一种钢主塔或钢主拱的新型钢_混凝土结合 段的构造。本实用新型通过在钢主塔侧设置伸出肢和增加剪力栓钉，在显著提高钢-混凝 土结合段的受力性能的基础上使钢主塔埋入混凝土结构的深度合理，从而解决了现有技 术中钢-混凝土结合段抗疲劳性差的技术问题，并为今后类似结构的设计奠定了技术基 础，本实用新型具有非常重要的现实意义。本实用新型中所提及到的“伸出肢”是指位于 钢_混凝土结合段的混凝土结构内，扩大钢主塔与混凝土结构接触面的加劲构造。为了解决上述技术问题，本实用新型予以实现的技术方案是钢主塔或钢主拱的 新型钢_混凝土结合段的构造包括钢主塔和混凝土结构，所述钢主塔的接头端部与所述混 凝土结构的接头端部之间设置有连接件，所述钢主塔的接头端部设置有钢主塔承压钢板， 所述连接件包括剪力栓钉，所述钢主塔上靠近接头端的一段内设置有填芯混凝土，从而形 成一从钢主塔过渡到混凝土结构的过渡段，所述钢主塔的接头端部的断面形状小于所述混凝土结构的接头端部的断面形状，所述钢主塔有一段埋入到所述混凝土结构内，在埋入段 的钢主塔上设有沿其断面形状向外延伸的伸出肢，所述伸出肢为矩形或梯形的加劲钢板， 所述伸出肢上设置有剪力栓钉。本实用新型钢主塔或钢主拱的新型钢-混凝土结合段的构造，其中，所述钢主塔 为斜拉桥、悬索桥钢主塔或拱桥钢主拱；所述混凝土结构为混凝土塔靴、混凝土承台或混凝 土拱座。本实用新型的一个最佳技术方案是与所述剪力栓钉交叉的设置有X、Y方向分布 的PBL，分布所述PBL的面积大于钢主塔上所述剪力栓钉的分布面积。沿所述钢主塔的接头 端部和所述混凝土结构的接头端部纵向设置有预应力钢束和/或精轧螺纹钢筋，所述预应 力钢束和/或精轧螺纹钢筋贯穿于所述过渡段和所述混凝土结构的接头端部，所述预应力 钢束和/或精轧螺纹钢筋一端锚固在所述钢主塔承压钢板上，另一端锚固在所述混凝土结 构内。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是(1)由于本实用新型钢_混凝土结合段结构中的钢主塔接头端部的钢主塔承压钢 板采用厚钢板，因此，可以有效地保证轴向力传递均勻及预应力钢束和/或精轧螺纹钢筋 锚固的要求；(2)本实用新型钢_混凝土结合段的连接件采用剪力栓钉+PBL的组合形式，采用 该结构的连接件进行剪力传递，可以提高结合段的抗剪强度；(3)本实用新型钢-混凝土结合段，其中的钢主塔设置有向塔外的伸出肢，该伸出 肢上采用剪力栓钉+PBL的组合形式进行剪力传递，增加了钢主塔截面剪力栓钉及PBL的数 量，增大了剪力栓钉与混凝土的结合面，不仅更进一步增强了抗剪能力，使混凝土防裂能力 得到了提高，使结构的可靠性显著增强，而且可以减小钢主塔埋入混凝土结构的深度，使该 方案更具合理性；(4)本实用新型钢_混凝土结合段，其中，沿轴向并贯穿于所述钢主塔接头端部和 所述混凝土接头端部设置有预应力钢束和/或精轧螺纹钢筋，采用强大的预应力钢束与精 轧螺纹钢筋配合使用，可以有效地抵抗活载产生的弯矩。综上，本实用新型钢_混凝土结合段可以广泛应用于各种斜拉桥、悬索桥的钢主 塔与混凝土结构(即混凝土塔靴或混凝土承台)，以及拱桥钢拱圈与混凝土拱脚的结合 段，解决了现有技术中钢-混凝土结合段抗疲劳性差的技术难题，可以显著提高结合段的 受力性能。
图1是现有技术中一种钢_混凝土结合型式的纵向结构示意图；图2是图1所示钢_混凝土结合段的断面结构示意图；图3是本实用新型钢_混凝土结合段的一最佳实施方案的纵向结构示意图；图4是图3所示钢_混凝土结合段的断面结构示意图。图中1—钢主塔 2——混凝土结构 3——填芯混凝土 4、71——剪力栓钉 5——预应力钢束和/或精轧螺纹钢筋 6——PBL 7——伸出肢8——钢主塔承压钢板 9——过渡段具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细地描述。如图3和图4所示，本实用新型一种钢主塔或钢主拱的新型钢_混凝土结合段的 构造，包括钢主塔1和混凝土结构2，所述钢主塔1为斜拉桥、悬索桥钢主塔或拱桥钢主拱； 所述混凝土结构2根据桥型的不同是混凝土塔靴、混凝土承台或混凝土拱座。所述钢主塔1 的接头端部与所述混凝土结构2的接头端部之间设置有连接件，所述钢主塔1的接头端部 设置有钢主塔承压钢板8，该钢主塔承压钢板8采用厚钢板制成，其厚度为60至100mm，可 以有效地保证轴向力传递均勻及预应力钢束和/或精轧螺纹钢筋锚固的要求；所述连接件 包括剪力栓钉4和/或PBL6，所述钢主塔1上靠近接头端的一段内设置有填芯混凝土 3，从 而形成一从钢主塔过渡到混凝土结构的过渡段9，所述钢主塔1的接头端部的断面形状小 于所述混凝土结构2的接头端部的断面形状，所述钢主塔1有一段埋入到所述混凝土结构 2内，在埋入段的钢主塔1上设有沿其断面形状向外延伸的伸出肢7，所述伸出肢7为矩形 或梯形的加劲钢板，所述伸出肢7上设置有剪力栓钉71。本实用新型的一个最佳实施方案，如图4所示，该伸出肢7上采用剪力栓钉+PBL 的组合形式进行剪力传递，即与所述剪力栓钉4、71交叉的设置有X、Y方向分布的PBL6， 分布所述PBL6的面积大于钢主塔1上所述剪力栓钉4、71的分布面积，从而增加了钢主塔 截面剪力栓钉及PBL的数量，增大了剪力栓钉与混凝土的结合面，不仅更进一步增强了抗 剪能力，使混凝土防裂能力得到了提高，其结构的可靠性显著增强，而且可以减小钢主塔埋 入混凝土结构的深度，因此，该方案更具合理性[0023]本实用新型中沿所述钢主塔1的接头端部和所述混凝土结构2的接头端部纵向设 置有预应力钢束和/或精轧螺纹钢筋5，所述预应力钢束和/或精轧螺纹钢筋5贯穿于所述 过渡段9和所述混凝土结构2的接头端部，所述预应力钢束和/或精轧螺纹钢筋5 —端锚 固在所述钢主塔承压钢板8上，另一端锚固在所述混凝土结构2内。采用强大的预应力钢 束与精轧螺纹钢筋配合使用，可以有效地抵抗活载产生的弯矩。下面是利用本实用新型最佳实施方案对一座双塔双索面钢斜拉桥的设计方案。该桥的跨径布置为150+450+150m，桥宽37m。主塔采用钢主塔，钢主塔与基础混凝 土承台连接方式采用本实用新型中最佳实施例的技术方案，具体形式为钢主塔柱伸入下 塔墩4m，并在钢主塔柱内下塔墩以上4m范围内灌注C50混凝土。在钢主塔柱埋入段的壁板 及腹板上开Φ 60mm圆孔，穿Φ 25mm HRB335钢筋与进入该孔的混凝土形成PBL剪力键，在下 塔墩以上4m范围内的的钢主塔柱内表面按20Cmx20Cm间隔设置Φ22χ170πιπι圆柱头焊钉， 由两者共同把主塔受压时产生的剪力以混凝土受压的形式均勻的传递到基础上。由于钢主 塔倾斜而塔底在同一水平面上，导致其埋入下塔墩部分并不均勻，为使受力更均勻，设计中 PBL剪力键采用扇形布置形式。主塔受拉或受弯时产生的拉应力，则由锚固在主墩承台及 钢主塔柱之间的预应力钢束承受，同时加设精轧螺纹钢筋以减少预压力的不均勻性。布置 形式为一个下塔墩内对称均勻布置预应力钢束和精轧螺纹钢筋共22排，每排6根。其中 在钢主塔顶底缘各设置3排19Φ815.20预应力钢束，中间的16排为精轧螺纹钢筋。预应 力钢束及精轧螺纹钢筋均平行于钢主塔中心线，既保证预加力使塔身均勻受压，又利于PBL剪力键在其间的均勻布置。预应力钢筋及精轧螺纹钢筋锚固端交错设置于承台底面以上 1. 5m的水平面上，张拉端设置于塔柱内距下塔墩顶面4m的平面上。 尽管上面结合图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具 体实施方式，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人 员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些 均属于本实用新型的保护之内。
权利要求一种钢主塔或钢主拱的新型钢 混凝土结合段的构造，包括钢主塔(1)和混凝土结构(2)，所述钢主塔(1)的接头端部与所述混凝土结构(2)的接头端部之间设置有连接件，所述钢主塔(1)的接头端部设置有钢主塔承压钢板(8)，所述连接件包括剪力栓钉(4)，所述钢主塔(1)上靠近接头端的一段内设置有填芯混凝土(3)，从而形成一从钢主塔过渡到混凝土结构的过渡段(9)，所述钢主塔(1)的接头端部的断面形状小于所述混凝土结构(2)的接头端部的断面形状，其特征在于，所述钢主塔(1)有一段埋入到所述混凝土结构(2)内，在埋入段的钢主塔上设有沿其断面形状向外延伸的伸出肢(7)，所述伸出肢(7)为矩形或梯形的加劲钢板，所述伸出肢(7)上设置有剪力栓钉(71)。
2.根据权利要求1所述钢主塔或钢主拱的新型钢-混凝土结合段的构造，其特征在于 所述钢主塔(1)为斜拉桥、悬索桥钢主塔或拱桥钢主拱；所述混凝土结构(2)为混凝土塔 靴、混凝土承台或混凝土拱座。
3.根据权利要求1所述钢主塔或钢主拱的新型钢-混凝土结合段的构造，其特征在于 与所述剪力栓钉(4、71)交叉的设置有X、Y方向分布的PBL(6)，分布所述PBL(6)的面积大 于钢主塔(1)上所述剪力栓钉(4、71)的分布面积。
4.根据权利要求1或2或3所述钢主塔或钢主拱的新型钢_混凝土结合段的构造，其 特征在于沿所述钢主塔(1)的接头端部和所述混凝土结构(2)的接头端部纵向设置有预 应力钢束和/或精轧螺纹钢筋(5)，所述预应力钢束和/或精轧螺纹钢筋(5)贯穿于所述过 渡段(9)和所述混凝土结构(2)的接头端部，所述预应力钢束和/或精轧螺纹钢筋(5) — 端锚固在所述钢主塔承压钢板(8)上，另一端锚固在所述混凝土结构(2)内。
专利摘要本实用新型公开了一种钢主塔或钢主拱的新型钢-混凝土结合段的构造，包括钢主塔和混凝土结构，钢主塔的接头端部与混凝土结构的接头端部之间设置有剪力栓钉，钢主塔的接头端部设置有钢主塔承压钢板，钢主塔上靠近接头端的一段内设置有填芯混凝土，从而形成一从钢主塔过渡到混凝土结构的过渡段，钢主塔的接头端部的断面形状小于混凝土结构的接头端部的断面形状，钢主塔有一段埋入到混凝土结构内，在埋入段的钢主塔上设有沿其断面形状向外延伸的伸出肢，伸出肢上设置有剪力栓钉。本实用新型在显著提高钢-混凝土结合段的受力性能的基础上使钢主塔埋入混凝土结构的深度合理，解决了现有技术中钢-混凝土结合段抗疲劳性差的技术问题。
文档编号E01D11/02GK201648968SQ201020185870
公开日2010年11月24日 申请日期2010年5月11日 优先权日2010年5月11日
发明者何玉宝, 刘旭锴, 孙东利, 张一卓, 张强, 戴少雄, 曹景, 李伟, 李焱, 谢斌, 陆华臻 申请人:天津市市政工程设计研究院