本发明涉及一种用于例如用于土木工程结构的、特别是关于使用u型锚具的缆索技术领域的缆索锚具的锚固系统。
背景技术：
许多土木工程结构基于使用由多根缆索股线组装的构造或框架的拉索或缆索吊架技术。例如，该技术使得能够设计大吊桥、拱桥或长跨度斜拉桥、大跨度屋顶结构或斜撑杆或塔架。为了建造这种土木工程结构，需要使用拉索或缆索吊架，拉索或缆索吊架被锚固在所述结构的支承件之间的两端上并承受拉力以吸收所述结构的负载。通常使用u形锚具将缆索附接到支承件，其中缆索被固定在缆索滑车(cableblock)中，缆索滑车又通过螺纹连接部被固定到安装在支承件上的u形单元。例如，在wo00/56994中示出了这种缆索锚具。
必须调节缆索的长度和张力以实现土木工程结构所需的几何形状。特别地，缆索在它们首次被固定在结构的支承件之间之后必须被张紧。一般来说，由于缆索的极端重量、所施加的高负载和力以及锚固和结构的总尺寸，这是一项艰巨的任务。
在us6,681,431b1中示出了一种用于吊桥的可调节锚固轴承，该可调节锚固轴承包括吊架，该吊架被附接到可调节地固定到桥的桥面上的锚管。锚固轴承允许调节吊架的长度以便遵循桥的悬索的预定几何形状。提供在两端上具有阳螺纹的纵向链接部分，以将锚管连同吊架连接到u形夹，该u形夹连接到桥面的支承件。链接部分和锚管之间以及链接部分和u形夹之间的螺纹连接部通过游隙实现。该u形夹包括在两侧上围绕支承件的两个凸缘。水平销延伸过凸缘中的椭圆形孔和支承件中的孔。椭圆形孔在吊架的纵向方向上伸长，以在销穿过u形夹的孔和支承件的孔被布置时，在u形夹和支承件之间提供游隙。提供调节工具以使锚管更靠近支承件，从而占据最初在u形夹的椭圆形孔的上端和销之间延伸的游隙。因此，可调节的锚固轴承为吊架提供了在纵向方向上的一些移动性以及围绕销的轴线的铰接，以便能够在安装期间调节链接部分。但它不允许任何其它方向上的运动，只能通过链接部分的螺纹连接部在锚管和u形夹之间围绕纵向吊架轴线旋转。特别地，具有三个自由度的这种布置不提供围绕垂直于销的轴线并且垂直于吊架的纵向轴线的轴线的任何旋转能力。
技术实现要素：
本发明的一个目的是克服现有技术锚具的这种和/或其它缺点。具体而言，本发明的一个目的是简化土木工程结构中的缆索的安装和调谐(tuning)，以限制在缆索错位的情况下的寄生应力，并且为土木工程结构中的缆索锚固提供安全且持久的缆索锚固。
因此，本发明设想了根据权利要求1所述的缆索锚固系统，根据权利要求12所述的土木工程结构，以及根据权利要求13所述的用于调谐缆索锚固系统的方法。本发明的其它变型和有利示例在从属权利要求中阐述。
一种用于将缆索锚固到作为土木工程结构的一部分或能够集成到土木工程结构中的支承结构的缆索锚固系统，该缆索锚固系统包括附接到缆索的一端的锚固容纳部、附接到支承结构的支承容纳部和纵向联接杆，该纵向联接杆将锚固容纳部联接到支承容纳部。支承容纳部可以直接附接到支承结构，或通过其它联接装置(例如，u形夹联接器)附接到支承结构。基本上，联接杆能够由筒形细长元件提供。优选地，联接杆具有圆柱对称构造。锚固容纳部能够以公知的方式将缆索和缆索股线分别保持在一端。锚固容纳部的另一端可以是套筒状的，具有用于接纳联接杆的一端的内部空腔或开口。支承容纳部同样可以是部分套筒状的，具有用于接纳联接杆的另一端的内部空腔或开口。锚固容纳部和/或支承容纳部的套筒状元件还可以是螺纹连接到锚固容纳部和/或支承容纳部上的独立元件。
至少在安装时，缆索锚固系统可以在锚固系统中提供围绕三条垂直轴线自由旋转的至少四个自由度。
为了将锚固容纳部连同附接到其上的缆索与支承容纳部联接，联接杆包括螺纹端和与螺纹端相对的安装端。螺纹端与作为锚固容纳部和支承容纳部的两个部分中的一个部分的配对螺纹相互作用。因此，配对螺纹可以设置在锚固容纳部上或支承容纳部上。作为锚固容纳部和支承容纳部的两个部分中的另一个部分包括用于接纳联接杆的安装端的纵向开口。该开口可以是一个孔，该孔从相应容纳部的接纳端沿着容纳部内的纵向轴线延伸。联接杆的安装端包括径向延伸杆肩。开口包括在开口的内轮廓上的向内延伸的抵肩。杆肩在第一纵向方向上抵靠在抵肩上并且可沿与第一方向相反的第二纵向方向在开口内滑动。纵向方向基本上对应于开口以及作为锚固容纳部和包括所述开口的支承容纳部的两个部分中的一个的纵向轴线。因此，联接杆在开口中以一定间隙或游隙被支承在纵向方向上。例如，联接杆在第二纵向方向上的间隙的长度可以通过将锚固容纳部阻挡在支承容纳部上来限制。可替换地，可以在开口处设置另外的抵靠部以阻塞联接杆的安装端的端部。
当用根据本发明的缆索锚固系统安装土木工程结构的缆索并且使之张紧时，锚固容纳部和缆索的可移动单元能够相对于支承容纳部和支承结构的大部分固定单元容易地对准。在调谐缆索的该程序中，将支承容纳部连接到锚固容纳部的联接杆能够在开口内滑动。因此，当锚固容纳部以简单且可靠的方式移动靠近支承容纳部时，联接杆能够自由移动以实现其接合。有利地，联接杆以围绕开口的纵向轴线可旋转的方式被接纳在开口内。因此，锚固系统能够在土木工程结构中安装和调谐缆索的同时在不必使两个容纳部中的一个或两个相对于支承结构或缆索围绕缆索的纵向轴线旋转的情况下接合。
例如，联接杆的安装端和开口是可旋转地对称的。例如，联接杆的安装端的径向延伸杆肩围绕联接杆的外轮廓周向延伸。替代地或附加地，向内延伸的抵肩围绕开口的内轮廓周向地延续。在另一个示例中，径向延伸杆肩或抵肩能够通过分别从杆或开口的周边延伸的几个裂缝或翼片来实现。当锚固容纳部相对于支承容纳部旋转时，裂缝或翼片能够在相对的肩部的表面上滑动。或者，杆肩能够被设计为独立的杆肩元件，其例如通过螺纹连接部附接到联接杆。因此，根据缆索的特定要求和土木工程结构，可以在联接杆上调节杆肩元件。
在根据本发明的缆索锚固系统的一个实施例中，联接杆相对于开口的纵向轴线以可回转方式被支承在开口内。这意味着联接杆能够从沿着纵向轴线的位置枢转到与纵向轴线成角度的位置，其中回转轴线优选地位于联接杆的安装端中的某处。这引入了两个额外的旋转自由度，因此例如缆索的锚固系统可以在缆索的安装过程期间以更强的灵活性接合，因为联接销可以在任何方向上倾斜以允许对准在锚固容纳部的位置处切向于缆索的轴线的联接销的轴线。因此，在安装时的联接操作期间，通过利用四个自由度来实现缆索和支承容纳部之间的对准和装配，所述四个自由度由如下部分构成：联接杆相对于两个容纳部中的至少一个容纳部纵向游动，围绕缆索的纵向轴线在联接杆和两个容纳部之间旋转，以及围绕垂直于缆索轴线且彼此垂直的两条轴线在联接杆肩和两个容纳部中的至少一个容纳部之间旋转。
这样的布置进一步保护缆索、其锚固容纳部和联接杆免受通常因作为施工容差或几何错配的结果而发生的两个容纳部之间的错位另外引起的弯曲力矩。这是特别重要的，因为在安装时这种不期望的弯曲效应的叠加而产生的过度应力会容易损坏缆索、其锚固容纳部或联接杆，并且在其设计寿命期间起源于缆索上的机械作用的纵向力和/或横向力和弯曲力矩由于波动负载引起的疲劳效应而进一步加重。因此，在安装期间由于错位而消除附加弯曲应力的发生是非常重要的。
例如，杆肩的面对抵肩的表面有利地包括凸形；优选在杆肩的圆周周围的整个表面上包括凸形。因此，抵肩的面向杆肩的表面可以包括凹形；优选在围绕开口的内轮廓的整个周边的表面上包括凹形。当联接杆在开口内旋转或枢转时，凸表面和凹表面可以容易地在彼此上滑动。
可以位于锚固容纳部或支承容纳部内的开口可以被划分成在抵肩的一侧上的第一部段和在抵肩的另一侧上的第二部段。第一部段沿着开口的内轮廓从抵肩朝向联接杆的安装端延伸。这意味着远离包括配对螺纹的部分。第二部段沿着开口的内轮廓从抵肩朝向联接杆的螺纹端延伸。这意味着当组装锚索系统时，朝向包括配对螺纹的部分。
在缆索锚固系统的一个实施例中，联接杆的安装端可以包括从杆肩延伸到位于开口内的安装端的端边缘的周向锥形部段。因此，杆肩周围的周长大于安装端的端边缘周围的周长。替代地或附加地，开口的第一部段可以是锥形，其从支座肩部开始并沿安装端的方向敞开。安装端的锥形部段和/或开口的第一锥形部段导致安装端的外轮廓和开口的内轮廓之间的径向间隙。间隙朝着安装端的端边缘增加。因此，联接杆能够在该径向间隙的边界内沿任何方向枢转。至少在与抵肩相邻的区域中，杆肩周围的周长可以仅略小于开口的内轮廓的周长。因此，联接杆在开口的第一部段内不会摆动。更确切地说，它以开口的在开口轴线上的抵肩为中心，留有一些游隙。因此，当联接杆在开口内滑动时，开口的第一部段的内轮廓是杆肩的外边缘的纵向引导部。
此外，开口的第二部段可以是锥形，其分别朝向联接杆的螺纹端的方向和朝向包括配对螺纹的另一部分敞开。这意味着抵肩周围的开口的周长小于该开口的端边缘的周长，联接杆穿过该端边缘从开口延伸出来。联接杆的在螺纹端方向上从杆肩开始的部段优选为具有恒定半径的筒形。螺纹端的螺纹区域可以一直到达杆肩或到达与杆肩相距一定距离的端部，从而产生从杆肩延伸的非螺纹部段。第二部段的锥形导致联接杆和开口边缘之间的径向间隙。因此，联接杆可以在径向间隙的范围内枢转。此外，抵肩的周长可以仅略大于杆肩和螺纹端之间的部段中的联接杆的周长。因此，抵肩充当联接杆在开口内的纵向滑动的引导部，并且在联接杆移动期间，联接杆在开口内居中。因此，当联接杆在开口内滑动时，联接杆在杆肩和螺纹端之间的外轮廓是抵肩的内边缘的纵向引导部。
根据本发明的缆索锚固系统可以包括用于将锚固容纳部朝向支承容纳部移动的张紧单元。该张紧单元包括：至少一个张紧千斤顶，其附接到或能够附接到锚固容纳部；以及容纳部张紧支架，其附接到或能够附接到支承容纳部或与该支承容纳部连接的u形夹单元的销。张紧元件，例如，以张紧棒的形式，在张紧千斤顶和支架之间延伸以使锚固系统收缩。
根据一种用于调谐缆索锚固系统的方法，张紧单元使锚固容纳部朝向支承容纳部移动。因此，缆索的一端被拉向土木工程结构的支承结构。有利地，将使缆索张紧的力从支承容纳部经由容纳部张紧支架和张紧千斤顶传递到锚固容纳部或u形夹销。像这样，在土木工程结构上不需要提供附加的辅助附接元件来施加张紧力。
根据本发明的缆索锚固系统使得保持缆索的锚固容纳部能够相对于支承容纳部以几个自由度移动。首先它可以沿着锚固系统的纵向轴线滑动。它也可以围绕锚固系统的轴线旋转。此外，它可以相对于支承容纳部沿不同的方向倾斜。在使锚固容纳部和支承容纳部朝向彼此移动同时，联接杆的安装端在开口内滑动并且沿着开口的纵向轴线对准。这有助于对如吊桥、斜拉桥、屋顶结构、斜拉杆或塔架等的土木工程结构中缆索的安装和调谐。因此，本发明还涉及包括至少一根缆索的土木工程结构，该至少一根缆索至少在一端通过如上文所描述的缆索锚固系统附接到土木工程结构的支承结构。
附图说明
在下文中，将在附图中示出了本发明的实施例，这些附图仅用于解释而不应被解释为限制性的。从附图中变得显而易见的本发明的特征以其本身和任何组合应该被认为是本发明的公开内容的一部分。这些附图示出：
图1：根据本发明的使用缆索锚固系统的缆索拉条的三维示例；
图2：处于第一位置的根据本发明的缆绳锚固系统的纵向局部截面图；
图3：根据图2的缆索锚固系统处于第二位置的纵向局部截面图；
图4：根据图2和图3的缆索锚固系统处于第三位置的纵向局部截面图；
图5：是根据本发明的缆索锚固系统的另一实施例的局部截面图。
具体实施方式
图1给出了根据本发明的土木工程结构中的斜拉索3的概略图。缆索3在两端包括根据本发明的缆索锚固系统，使得缆索联接到土木工程结构的支承结构1。在所示的示例中，缆索锚固系统被防破坏管15覆盖。支承结构1可以是甲板、挂架、拱门、在悬索桥或悬索屋顶的情况下的主缆索、或任何种类土木工程或建筑结构。缆索锚固系统的支承容纳部20附接到u形夹联接器6，该u形夹联接器6通过u形夹销9紧固到角撑板凸缘2。角撑板凸缘2固定到支承结构1。缆索3可以由一根或多根缆索股线3a(见图2-4)构成。另外，缆索3可以由一个或几个刚性杆或锁定卷缆或等效线性元件制成。防破坏管15为整个缆索锚固系统提供机械保护。可选地，防破坏管可以安装成不透气的或防漏的以对缆索锚固系统提供高度防腐蚀保护。
图2至图4示出了根据一个示例的缆索锚固系统在不同位置的局部截面图。通常，缆索锚固系统包括：附接到缆索3的锚固容纳部4；支承容纳部20，其直接或通过连接到u形夹联接器6和u形夹销9而附接到支承结构1；以及纵向联接杆10，其将锚固容纳部4联接到支承容纳部20。缆索3以公知的方式被锚固在锚固容纳部4中。与缆索端相反，锚固容纳部4包括具有阴螺纹的接纳孔16。锚固容纳部4的长度根据所需的强度和缆索调谐的可调性来确定。在一个示例中，接纳孔16的长度高达500mm，并且阴螺纹具有从现有技术中已知的尺寸。联接杆10分别将缆索负载从锚固容纳部4转移到支承容纳部20和u形夹联接器6。联接杆10具有细长形状并且在该实施例中是单件。它包括具有阳螺纹的螺纹端10a、被支承在支承容纳部20中的安装端10b和具有杆肩表面10c的杆肩10d。锚固容纳部4的阴螺纹用作螺纹端10的阳螺纹的配对螺纹4a。杆肩10d可以整体地被包括在联接杆10中，或者可以由附加元件制成，例如通过螺纹连接部或其它连接部刚性地连接到联接杆10。
支承容纳部20还具有细长形状，且开口5在支承容纳部20中沿着轴线(za)延伸。该开口包括具有抵肩表面20b的抵肩20a，其中抵肩20a从开口的内轮廓向内延伸到开口5中。在这个实施例中，抵肩20a可以被实现为在开口5的内轮廓上的圆形台阶或凸起。抵肩表面20b面朝杆肩表面10c。开口的第一部段5c从抵接肩部20a沿远离锚固容纳部4的方向朝向联接杆10的安装端10b延伸。开口5的第二部段5a从抵肩20a沿着锚固容纳部4朝向联接杆10的螺纹端10a的方向延伸。联接杆10的螺纹端10a至少部分地从开口5延伸。
支承容纳部20可以刚性地连接到u形夹联接器6。可选地，它也可以例如通过螺纹连接部固定到u形夹联接器。该u形夹联接器6包括两个凸缘6a和6b，所述两个凸缘6a和6b包围角撑板凸缘2。该对凸缘6a和6b以及角撑板凸缘包括众所周知的用于u形夹销的贯通孔。此外，u形夹联接器6的支架包括围绕该贯通孔或与该贯通孔相邻的突起7，该突起7限定凸缘8用于附接用于调谐缆索锚固系统的张紧单元。
联接杆10包括从杆肩10d延伸到位于开口5内的联接杆10的端部的周向锥形部段10b。锥形部段的表面相对于联接杆的轴线例如可以倾斜大约5°至15°。杆肩20a的边缘靠近第一部段5c中的开口的内轮廓终止，或者可以在没有压力的情况下靠在轮廓上。围绕安装端10b的端部的周长小于围绕杆肩的周长。从杆肩10d朝螺纹端10a延伸的联接杆的截面基本上是筒形的，并且具有相同的周向尺寸。
开口5的第二部段5a具有锥形，其朝向末端敞开，联接杆(即，沿联接杆10的螺纹端10a的方向)延伸通过该第二部段5a从开口5出来。抵肩20a到达靠近联接杆但不夹紧联接杆10。由于锥形，抵肩的边缘的周长小于在开口5的端部处的周长，其中联接杆延伸到支承容纳部20。开口5的第一部段5c在该示例性实施例中是筒形的，沿着其长度具有相同的周长。
联接杆10的安装端10b的锥形部段10e和开口的筒形第一部段5c导致安装端10b的外轮廓和开口的第一部段5c的内轮廓之间的第一径向间隙。第一间隙在尺寸上朝向杆肩10d减小。此外，开口的锥形第二部段5a以及杆肩10d与螺纹端10a之间的联接杆的筒形部段导致在开口的第一部段的内轮廓与联接杆的外轮廓之间形成第二径向间隙。第二间隙再次从开口的端部朝向抵肩20a减小。通常，在杆肩的边缘和抵肩之间相对于相对的轮廓也可以具有小的径向间隙。
在图2中，该实施例的缆索锚固系统被示出为处于第一位置，其中锚固容纳部4相对于支承容纳部20的纵向轴线倾斜。在该位置，联接杆10的安装端10b在第一间隙内朝向开口的一侧移动。杆肩10d靠在开口的第一部段5c的周向边界内，因而联接杆在开口内居中。同样，杆肩和螺纹端之间的联接杆的截面朝向开口的锥形第二部段5a的内轮廓倾斜。联接杆10可以在开口的内轮廓与联接杆的外部轮廓之间的自由间隙的范围内沿任何径向方向倾斜。如图2中可以看到的，锚固容纳部4的轴线(zb)和固定在锚固容纳部4中的支承容纳部10相对于支承容纳部20和开口5的轴线(za)倾斜。这可能例如在缆索轴线(zb)和角撑板凸缘的轴线之间由于结构公差而错位的情况下发生。
例如在锚固容纳部4连同缆索3已经被连接到联接杆10之后，第一位置出现。为此，将配对螺纹4a螺接到联接杆10的螺纹端10a上。径向自由度有助于螺接过程并且导致对缆索锚固系统的单个部分施加较小的应力。同时，安装端10b可以在开口5内旋转。旋转自由度还有助于将锚固容纳部安装在联接杆上并且因此协助将缆索3与支承结构1联接。锚固容纳部然后被固定到联接杆并且悬挂在支承容纳部20的开口5内。在该位置，杆肩10d抵靠开口的抵肩20a。在该位置，杆肩表面10c可以在抵肩20a上滑动。这些表面可以分别设计为凸形和凹形，以便能够容易地在联接杆10和支承容纳部20之间对中和滑动。而且，如图所示，这些表面可以相对于径向方向倾斜。
在图3所示的第二位置，锚固容纳部4的轴线和固定在锚固容纳部4中的联接杆10与支承容纳部20和开口5的轴线对准。例如，当缆索在它已经被装载之后沿着支承容纳部20的轴线很好地对准时，第二位置出现。杆肩表面10c和抵肩20b的倾斜或凸/凹设计有助于对准两条轴线(za)和(zb)。
在图4的位置，通过沿着支承容纳部20的方向拉动锚固容纳部4，缆索锚固系统的张紧单元开始调谐缆索长度和缆索上的负载。纵向缆索力在该位置通过张紧单元而不是联接杆10被传递。
张紧单元包括容纳部张紧支架11，该容纳部张紧支架11能够附接到u形夹联接器6的凸缘8。替代地，它们也可以直接附接到u形夹销9，例如通过提供超长销并且匹配张紧支架11中的预留位置，或者通过在销的端面上设置预留位置，张紧支架11的突起互锁到所述预留位置。此外，张紧单元包括张紧千斤顶14，该千斤顶14通过张紧千斤顶附件13附接到锚固容纳部4。张紧千斤顶14和容纳部张紧支架11通过张紧棒12连接。可替代地，可以使用其它张紧构件(诸如由高抗拉强度钢、碳纤维或任何其它高强度材料制成的绳索)来代替张紧棒12。容纳部张紧支架利用附接在凸缘8内而在缆索的长度或张紧调节操作期间传递缆索的负载。张紧棒12在力或长度调节操作期间将容纳部张紧支架11之间的缆索的力传递给张紧千斤顶14。张紧千斤顶附件13将张紧千斤顶14的负载通过锚固容纳部4传递到缆索。
调谐过程导致联接杆10的安装端10b在开口5的第一部段5c内的轴向移动。因此，杆肩10d从抵肩20a离开，从而在肩部10d和20a之间形成间隙e。只要锚固容纳部4朝向支承容纳部20移动，间隙e就会增加。间隙e可以例如达到200mm并且优选地达到50mm。但是联接杆10可以进一步螺接到锚固容纳部4中，使得间隙减小。优选地，当缆索锚固系统处于安装位置时，间隙e被调节为小于3mm。这可以很容易地完成，因为在联接杆上不再有任何负载。当联接杆10在开口5内移动时，抵肩20a的边缘沿着联接杆10的外轮廓被引导，并且杆肩10d的边缘也沿着开口的内轮廓被引导。这有助于在调谐系统期间使缆索锚固系统稳定。
当调谐过程完成时，通过收缩张紧千斤顶14释放张紧系统中的力，并且当杆肩10d通过接触抵肩20a而接合时，力被传递到联接杆10。一旦力以这种方式被传递，就能够移除由张紧千斤顶14和张紧棒12及其张紧支架11和张紧千斤顶附件13构成的张紧单元。
在图5中，示出了根据本发明的缆索锚固系统的第二实施例。具有与根据图2至图4的第一实施例中相同的功能的部分具有相同的附图标记。在该实施例中，联接杆10被设计为沿其全长螺接的纵向筒形螺栓。因此，螺纹端10a延伸远至支承容纳部20的开口5中。安装端10b包括杆肩元件19，该杆肩元件19是独立的套筒状元件。杆肩元件19包括对应于联接杆10的阳螺纹的内螺纹。因此，杆肩元件19可以螺接在联接杆10上。杆肩元件19的一端用作杆肩。杆肩被设计成锥形表面。杆肩元件19的外轮廓相对于联接杆10的轴线渐缩。因此，在锥形轮廓和开口5的内轮廓之间产生间隙。缆索锚固系统被示出为处于对准位置，其中杆肩10d和抵肩20a彼此靠在一起。在该实施例中，抵肩20a是另一个套筒状元件20c的一部分，该套筒状元20c件包括外螺纹，该外螺纹螺接到支承容纳部20中的内螺纹中。
根据图2至图4和图5中所示的实施例描述了根据本发明的缆索锚固系统。但是本领域技术人员清楚的是，缆索锚固系统的具体特征可以通过如在上文的总体描述中所提及的替代方案来实现。首先，可以在锚固容纳部而不是支承容纳部中实现开口，并且可以将配对螺纹定位在支承容纳部上而不是锚固容纳部上。此外，只要联接杆抵靠在开口内，则杆肩或抵肩的设计的替代变型也是可能的。代替u形夹联接器，其它联接元件也是可能的。
附图标记
1支承结构
2角撑板凸缘
3缆索
3a缆索股
4锚固容纳部
4a配对螺纹
5开口
5a开口的第二部段
5c开口的第一部段
6u形夹联接器
7突起
8凸缘
9u形夹销
10联接杆
10a螺纹端
10b安装端
10c杆肩表面
10d杆肩
10e锥形部段
11容纳部张紧支架
12张紧棒
13张紧千斤顶附件
14张紧千斤顶
15防破坏管道
16接纳孔
19杆肩元件
20支承容纳部
20a抵肩
20b抵肩表面
20c套筒状凸缘
e间隙
za开口轴线
zb联接杆轴线。