一种适用于钢塔斜拉桥的减震形状记忆合金锚栓及其设置方法与流程

本发明涉及桥梁工程技术领域，尤其涉及一种适用于钢塔斜拉桥的减震形状记忆合金锚栓及其设置方法。

背景技术

我国第一座斜拉桥是修建于1975年的四川云阳桥。自上世纪90年代至今，通过不断采用新技术，探索新方法，使中国斜拉桥领域得到突飞猛进的发展，从而使我国斜拉桥的发展与建设跨入世界先进行列。由于我国是个多地震的国家，对于桥梁抗震也有比较高的要求，普通斜拉桥桥塔由钢筋混凝土制成，地震时极易开裂，导致桥体受损，抗震性能较差。因此，迫切需要一种抗震性能好的斜拉桥。于是，钢塔斜拉桥应运而生。

钢塔斜拉桥是由主梁、拉索、钢塔三部分组成的超静定结构体系，其中钢塔是主要的受力构件，桥身自重、车辆荷载等荷载形式通过拉索传递到钢塔上，形成总体的承重受力体系。除了抗震性能较好外，钢塔斜拉桥的优点还在于其跨越能力大、结构性能好、施工简便、易于维修、造价较低和外形轻巧美观等，另外，由于钢材可回收重复利用，赋予了钢塔斜拉桥绿色环保的特点，遵循了可持续发展的理念。

在钢塔斜拉桥结构中，锚栓被广泛用于钢塔斜拉桥钢塔与桥墩连接处。目前，在钢塔斜拉桥领域，使用的锚栓大部分是由普通钢材按照一定设计荷载制成。普通钢材强度高，虽能抵抗较大的荷载，但其柔度较低，耗能能力有限，且在循环加载中容易积累残余应变，所以在经历强烈的地震作用之后，钢制锚栓相对较容易发生破坏，锚杆断裂或被拉出。为改善锚栓的抗震性能，在锚栓中增加形状记忆合金构件是一个有效的途径。形状记忆合金在变形方面表现出色。其他金属在变形时常常表现出晶内错位，而形状记忆合金则表现出相变，即马氏体和奥氏体晶格间的自发位移。在外荷载作用下，形状记忆合金表现出超弹性特性，使其能够在反复发生形变后恢复原有形状。形状记忆合金的应力-应变滞回曲线比较饱满，因此形状记忆合金具有良好的耗能性能。正是由于其优越的抗震特性，形状记忆合金在建筑领域受到了广泛关注，但是其在钢塔斜拉桥方面的研究及相关技术却比较缺乏。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种适用于钢塔斜拉桥的减震形状记忆合金锚栓及其设置方法。

本发明的技术方案如下：一种适用于钢塔斜拉桥的减震形状记忆合金锚栓，包括第一六角螺母、第二六角螺母、第一圆形垫板、形状记忆合金锚杆、八角螺母、普通钢制锚杆、第二圆形垫板和第三六角螺母，其中：所述形状记忆合金锚杆底部与普通钢制锚杆顶部通过八角螺母连接，形状记忆合金锚杆顶部设有第一圆形垫板，第一圆形垫板通过第一六角螺母和第二六角螺母固定安装在形状记忆合金锚杆上，普通钢制锚杆底部设有第二圆形垫板，第二圆形垫板通过第三六角螺母固定安装在普通钢制锚杆上。

优选的，所述形状记忆合金锚杆的屈服强度比普通钢制锚杆的屈服强度低。

优选的，所述形状记忆合金锚杆和普通钢制锚杆的两端均设有统一规格的外螺纹，该外螺纹与第一六角螺母、第二六角螺母、八角螺母和第三六角螺母的内螺纹相匹配。

优选的，所述第一六角螺母、第二六角螺母和第三六角螺母设计成相同尺寸，所述第一圆形垫板和第二圆形垫板设计成相同尺寸。

优选的，所述第一圆形垫板的直径为第二六角螺母外接圆直径的3-4倍。

优选的，所述形状记忆合金锚杆采用镍钛合金制成，普通钢制锚杆采用普通钢材制成。

优选的，所述普通钢制锚杆还可设计成钢制弯杆。

一种适用于钢塔斜拉桥的减震形状记忆合金锚栓的设置方法，其中：安装方法如下：s1、首先将形状记忆合金锚杆和普通钢制锚杆通过八角螺母连接；

s2、然后安装第二圆形垫板和第三六角螺母，并将第二垫板点焊在普通钢制锚杆上；

s3、将上述结构以预埋的方式安装在混凝土桥墩的混凝土块中；

s4、待混凝土强度达标后，将钢塔的底部安装好，再依次安装第一圆形垫板、第二六角螺母和第一六角螺母，第一六角螺母和第二六角螺母用于固定第一圆形垫板以及钢塔斜拉桥的钢塔，并在钢塔腰部安装桥面，桥面两端通过拉索吊装在钢塔顶端，在混凝土桥墩的混凝土基础标高出现偏差时，也可通过调节第一六角螺母、第二六角螺母、第一垫板的位置来调整标高，以克服施工过程的偏差造成的不利因素，有效地提高钢塔斜拉桥混凝土桥墩的承载能力。

优选的，所述s4中可在钢塔与混凝土桥墩连接处根据需求设计多个法兰，法兰是形状记忆合金锚杆顶部的第一圆形板、第二六角螺母和第一六角螺母锚固的法兰，即多个锚栓进行锚固，可以增大钢塔对横向切应力的抵抗能力，在实际应用中即为对风荷载的抵抗作用。

本发明的技术效果和优点：

1、通过在锚栓上半部分设置形状记忆合金锚杆，利用其高柔度、低刚度的特性使钢塔结构体系对地震输入能量有一定的隔震作用，依靠钢塔的水平运动和纵向运动，大大消耗地震输入的能量；

2、形状记忆合金锚杆的应力-应变滞回曲线比较饱满，在地震时可吸收较大能量；

3、利用形状记忆合金锚杆的超弹性可以自动将钢塔恢复至原来的位置上，减少钢塔的残余位移，从而减轻地震对钢塔斜拉桥的震害，形状记忆合金锚杆起到了对钢塔的自复位作用；

4、本发明可以增大钢塔对横向切应力的抵抗能力，在实际应用中即为对风荷载的抵抗作用，可有效抵抗风引起的水平方向剪力以及竖直方向的拉力。

附图说明

图1为本发明锚栓的正视图。

图2为本发明的三维图。

图3为本发明锚栓分解图。

图4为本发明应用于钢塔斜拉桥的总体布置图。

图5为本发明应用于钢塔斜拉桥钢塔与混凝土桥墩连接处的放大图。

图6为本发明应用在钢塔与混凝土桥墩处的局部构造图。

图7为本发明在地震时的工作示意图。

图8为本发明的锚栓群设置示意图。

图9为本发明的普通钢制锚杆的另一种结构的示意图。

图中：1-第一六角螺母、2-第二六角螺母、3-第一圆形垫板、4-形状记忆合金锚杆、5-八角螺母、6-普通钢制锚杆、7-第二圆形垫板、8-第三六角螺母、9-钢塔、10-桥面、11-混凝土桥墩、12-拉索、13-法兰、14-钢制弯杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1、请参阅图1、图2和图3，一种适用于钢塔斜拉桥的减震形状记忆合金锚栓，包括第一六角螺母1、第二六角螺母2、第一圆形垫板3、形状记忆合金锚杆4、八角螺母5、普通钢制锚杆6、第二圆形垫板7和第三六角螺母8，其中：所述形状记忆合金锚杆4底部与普通钢制锚杆6顶部通过八角螺母5连接，形状记忆合金锚杆4顶部设有第一圆形垫板3，第一圆形垫板3通过第一六角螺母1和第二六角螺母2固定安装在形状记忆合金锚杆4上，普通钢制锚杆6底部设有第二圆形垫板7，第二圆形垫板7通过第三六角螺母8固定安装在普通钢制锚杆6上，第一圆形垫板3和、第二圆形垫板7可增大与混凝土桥墩11的混凝土表面的接触面积，可防止锚栓经历地震时被拉出，起到固定锚栓的作用。

实施例2、请参阅图7，一种适用于钢塔斜拉桥的减震形状记忆合金锚栓，其中：形状记忆合金锚杆4的屈服强度比普通钢制锚杆6的屈服强度低，可以确保地震中形状记忆合金锚杆4充分变形，而普通钢制锚杆6变形小。其余同实施例1。

实施例3、请参阅图1、图2和图3，一种适用于钢塔斜拉桥的减震形状记忆合金锚栓，其中：形状记忆合金锚杆4和普通钢制锚杆6的两端均设有统一规格的外螺纹，该外螺纹与第一六角螺母1、第二六角螺母2、八角螺母5和第三六角螺母8的内螺纹相匹配。其余同实施例1。

实施例4、请参阅图1、图2和图3，一种适用于钢塔斜拉桥的减震形状记忆合金锚栓，其中：第一六角螺母1、第二六角螺母2和第三六角螺母8设计成相同尺寸，所述第一圆形垫板3和第二圆形垫板7设计成相同尺寸，在实际施工安装时，可以互相替换使用，提高安装效率。其余同实施例1。

实施例5、请参阅图1、图2和图3，一种适用于钢塔斜拉桥的减震形状记忆合金锚栓，其中：第一圆形垫板3的直径为第二六角螺母2外接圆直径的3-4倍，可防止锚栓经历地震时被拉出，起到固定锚栓的作用。其余同实施例1。

实施例6、一种适用于钢塔斜拉桥的减震形状记忆合金锚栓，其中：形状记忆合金锚杆4采用镍钛合金制成，普通钢制锚杆6采用普通钢材制成，可以减轻地震对钢塔斜拉桥的伤害，保护钢塔斜拉桥的安全的同时降低安装成本。其余同实施例1。

实施例7、请参阅图9，一种适用于钢塔斜拉桥的减震形状记忆合金锚栓，其中：普通钢制锚杆6还可设计成钢制弯杆14，可以减小混凝土中同一平面内锚杆的占用面积，从而增强锚固系统的锚固效率。其余同实施例1。

实施例8、请参阅图4-图6，一种适用于钢塔斜拉桥的减震形状记忆合金锚栓的设置方法，其中：安装方法如下：s1、首先将形状记忆合金锚杆4和普通钢制锚杆6通过八角螺母5连接；

s2、然后安装第二圆形垫板7和第三六角螺母8，并将第二垫板7点焊在普通钢制锚杆6上；

s3、将上述结构以预埋的方式安装在混凝土桥墩11的混凝土块中；

s4、待混凝土强度达标后，将钢塔9的底部安装好，再依次安装第一圆形垫板3、第二六角螺母2和第一六角螺母1，第一六角螺母1和第二六角螺母2用于固定第一圆形垫板3以及钢塔斜拉桥的钢塔9，并在钢塔9腰部安装桥面10，桥面10两端通过拉索12吊装在钢塔9顶端，在混凝土桥墩11的混凝土基础标高出现偏差时，也可通过调节第一六角螺母1、第二六角螺母2、第一垫板3的位置来调整标高，以克服施工过程的偏差造成的不利因素，有效地提高钢塔斜拉桥混凝土桥墩11的承载能力。

实施例9、请参阅图8，一种适用于钢塔斜拉桥的减震形状记忆合金锚栓的设置方法，其中：形状记忆合金锚杆4可恢复至原来形状的应变区间不超过6％至8％，在应变超过6％至8％时，形状记忆合金锚杆4产生应变硬化，形状记忆合金锚杆4弹性下降，抗变形能力增强，因此在撤除荷载后会有残余应变，不能完全恢复至原有形状，塔顶对地震的响应会随之增大，且此时应力-应变滞回曲线饱满程度大大降低，对地震能量的吸收能力也随之降低，为避免此种情况发生，s4中可在钢塔9与混凝土桥墩11连接处根据需求设计多个法兰13，法兰13是形状记忆合金锚杆4顶部的第一圆形板3、第二六角螺母2和第一六角螺母1锚固的法兰，即多个锚栓进行锚固，可以增大钢塔9对横向切应力的抵抗能力，在实际应用中即为对风荷载的抵抗作用。