桥梁钢主梁剪压承载式锚拉板结构的制作方法
【专利摘要】本发明属于桥梁结构【技术领域】，具体涉及一种桥梁钢主梁剪压承载式锚拉板结构。它包括锚拉板，所述锚拉板上部开有上端窄下端宽的槽口，所述槽口上部内嵌锚拉管，所述锚拉管顶部焊接上档板、底部焊接锚垫板，所述上档板上面设有上套筒，上套筒与锚拉管同轴，所述锚拉板包括两块上锚拉板和一块下锚拉板，所述锚拉管下部外表面焊接有承压板，所述承压板与锚垫板间隔一定距离且相互平行。本发明通过设置承压板来增加结构的传力途径，结构受力安全、传力可靠、抗疲劳性能优越，能很好克服锚固结构应力集中、局部变形、疲劳裂纹问题，确保结构的受力安全和使用寿命。
【专利说明】桥梁钢主梁剪压承载式锚拉板结构
【技术领域】
[0001] 本发明属于桥梁结构【技术领域】，具体涉及一种桥梁钢主梁剪压承载式锚拉板结 构。
【背景技术】
[0002] 钢梁斜拉桥的斜拉索与钢梁连接结构即索梁锚固结构，其作为直接承受和传递斜 拉索索力的结构，是斜拉桥最为关键且受力最复杂的区域之一。
[0003] 目前，锚拉板类的索梁锚固结构示意图如图1所示，主要由锚拉板1、锚拉管4和锚 垫板5及其两侧的加劲板9构成，其与钢主梁之间的锚固方法一般有两种做法，一种是将锚 拉板1直接与钢主梁的桥面板14焊接（与纵腹板13中心对齐），二是锚拉板1穿过桥面板 14,使其直接与纵腹板13相连，这两种做法斜拉索的索力都是通过锚拉板1传给主梁的纵 腹板13和桥面板14。但这种索力直接由锚拉板结构传递给纵腹板的单一传力方式，纵腹板 和锚拉板的受力均较大，特别是锚拉板与桥面板焊接处、锚拉板与锚拉管焊缝处以及锚拉 板开孔的上圆角处均容易出现应力集中、局部变形、疲劳裂纹等问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的就是为了解决上述【背景技术】存在的不足，提供一种受力安全、传力 可靠、抗疲劳性能优越的桥梁钢主梁剪压承载式锚拉板结构。
[0005] 本发明采用的技术方案是：一种桥梁钢主梁剪压承载式锚拉板结构，包括设置在 钢主梁顶部的锚拉板，所述锚拉板上部开有上端窄下端宽的槽口，所述槽口上部内嵌锚拉 管，所述锚拉管顶部焊接上档板、底部焊接锚垫板，所述上档板和锚垫板平行且均垂直于锚 拉管中轴线，所述上档板上面设有上套筒，所述上套筒与所述锚拉管同轴，所述锚拉管外表 面位于槽口下端的部位焊接有承压板，所述承压板与锚垫板间隔一定距离且相互平行。
[0006] 进一步地，所述锚拉板包括上锚拉板和下锚拉板，所述上锚拉板与下锚拉板之间 的拼接焊缝垂直于锚拉管中轴线，所述下锚拉板与钢主梁的纵腹板为一体结构。
[0007] 进一步地，所述上锚拉板与下锚拉板的连接部位设有板状的加劲肋，所述加劲肋 垂直于上锚拉板和下锚拉板，所述加劲肋沿锚拉管中轴线方向设置，加劲肋顶部与承压板 下表面焊接。
[0008] 进一步地，所述上锚拉板下部表面设有补强板，所述补强板贴合上锚拉板焊接，所 述补强板底边与承压板上表面焊接。
[0009] 进一步地，所述下锚拉板与纵腹板衔接部位的两侧边缘轮廓为圆滑的弧形过渡曲 线。将纵腹板与下锚拉板的连接部位的两侧边缘打磨均匀，形成圆滑的弧形过渡曲线，可大 大降低由于连接焊缝应力集中及截面发生变化的应力突变现象，实现应力平顺传递。
[0010] 进一步地,所述拼接焊缝位于槽口下端部位,将锚拉板分为两块上锚拉板和一块 下锚拉板，所述两块上锚拉板分别与所述下锚拉板之间通过熔透焊接连接，所述两块上锚 拉板之间形成所述槽口。
[0011] 进一步地，所述两块上锚拉板与下锚拉板共面。
[0012] 进一步地，所述锚拉管外壁熔透焊接在两块上锚拉板之间的槽口内壁上。这种连 接方式可将斜拉索的索力由锚拉管更好地传递到锚拉板上，从而实现索力良好传递的目 的。
[0013] 进一步地，所述锚拉管外壁设有多个加劲板，所述加劲板垂直于锚拉管外壁，加劲 板沿锚拉管中轴线方向设置，所述多个加劲板在锚拉管外壁沿其圆周方向均匀布置，所述 加劲板顶部与上档板下表面连接。
[0014] 进一步地，所述槽口上端边缘与下端边缘之间的衔接部位为与槽口下端边缘相切 的圆弧段，所述圆弧段半径为50mm-125mm。
[0015] 进一步地，所述承压板的上表面与圆弧段上端点之间的距离为100-150mm。
[0016] 进一步地，所述锚垫板的上表面与圆弧段上端点之间的距离为150-350mm。
[0017] 更进一步地，所述承压板的厚度为30-60mm。
[0018] 本发明通过在锚拉管下端设置平行并距离锚垫板适当距离的承压板，来增加结构 的传力途径或方式。其主要传力方式为：通过斜拉索锚具将索力以面荷载施加于锚垫板，锚 垫板以端面承压形式将索力传递到锚拉管，锚拉管再通过其与锚拉板间熔透焊缝的受剪将 一部分索力传递至锚拉板；剩余索力通过锚拉管与承压板间熔透焊缝传递给承压板，承压 板再将该部分索力通过其与锚拉板间熔透焊缝的受剪传递至锚拉板，进而索力被传递到纵 腹板并扩散到整个钢主梁，表现为剪压承载式特点。这种剪压承载式传力方式，显著提高了 钢主梁的索梁锚固结构的受力安全性、传力可靠性和抗疲劳性，很好克服了目前常用索梁 锚固结构的应力集中、局部应力和疲劳应力幅过大甚至超限的问题。
[0019] 本发明受力安全、传力可靠、抗疲劳性能优越，能很好克服斜拉索锚固结构及钢主 梁纵腹板的局部变形、静载应力和疲劳应力幅均较大的问题；同时结构较为简洁，板件数量 及钢材用量均较少，经济性优良；结构制造组装便捷，制造焊接条件较好，制造焊接质量易 于保证，可广泛应用于钢主梁斜拉桥，特别是通行铁路列车或公路货车的重载钢主梁斜拉 桥。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1为现有锚拉板结构的示意图。
[0021] 图2为本发明的结构示意图。
[0022] 图3为本发明另一视角的示意图。
[0023] 图4为本发明的结构剖视图。
[0024] 图5为图4中I处放大图。
[0025] 图6为本发明组装流程一的结构示意图。
[0026] 图7为本发明组装流程二的结构示意图。
[0027] 图8为本发明组装流程三的结构示意图。
[0028] 图9为本发明组装流程四的结构示意图。
[0029] 图中：卜锚拉板；2_上锚拉板；3_下锚拉板；4_锚拉管；5_锚垫板；6_承压板； 7-上档板；8-上套筒；9-加劲肋；10-补强板；11-加劲板；12-槽口；13-纵腹板；14-桥面 板；15-拼接焊缝。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发 明，但它们不对本发明构成限定。
[0031] 如图2-5所示，本发明的锚拉板结构包括设置在钢主梁顶部的锚拉板1，所述锚拉 板1上部开有上端窄下端宽的槽口 12,所述槽口 12上部内嵌锚拉管4,所述锚拉管4顶部 焊接上档板7、底部焊接锚垫板5,所述上档板7和锚垫板5平行且均垂直于锚拉管4中轴 线，所述上档板7上面设有上套筒8,所述上套筒8与所述锚拉管4同轴。所述锚拉管4嵌 于槽口内，所述锚拉管4下部外表面焊接有承压板6,承压板6位于槽口 12下端较宽的部 位，所述承压板6与锚垫板5间隔一定距离且相互平行。所述锚拉板1包括上锚拉板2和 下锚拉板3,所述上锚拉板2与下锚拉板3之间的拼接焊缝15垂直于锚拉管4的中轴线， 所述下锚拉板3与钢主梁的纵腹板13为一体结构。所述拼接焊缝15位于槽口 12下端部 位，将锚拉板1分为两块上锚拉板2和一块下锚拉板3,所述两块上锚拉板2分别与所述下 锚拉板3之间通过熔透焊接连接，所述两块上锚拉板2之间形成所述槽口 12。
[0032] 上述技术方案中，为保证锚拉板结构强度，设置了加强结构，主要为：位于槽口 12 处的上锚拉板2与下锚拉板3连接部位的两侧均设置板状的加劲肋9,加劲肋9垂直于上锚 拉板2和下锚拉板3且沿锚拉管4中轴线方向设置，加劲肋9顶部与承压板6下表面焊接。 上锚拉板2下端设置补强板10,补强板10贴合上锚拉板2焊接，补强板10底边与承压板6 上表面焊接。锚拉管4外壁设置多个加劲板11，加劲板11垂直于锚拉管4外壁且沿锚拉管 4中轴线方向设置，多个加劲板11在锚拉管外壁沿其圆周方向均匀布置，所述加劲板11顶 部与上档板7下表面连接。
[0033] 上述技术方案中，锚拉管4嵌于两块上锚拉板2之间的槽口 12内，其通过熔透焊 缝方式与两块上锚拉板2焊连，在锚垫板6和锚拉管9之间增设了两块承压板6,承压板6 平行并相距锚垫板5上端面适当距离设置，承压板6与锚拉管4、上锚拉板1全熔透焊连。 此时，斜拉索索力通过两种途径或方式传递和分散：一是通过锚拉管4与上锚拉板2间熔透 焊缝的受剪将一部分索力传递至锚拉板，二是通过增设的承压板6与锚拉管4、上锚拉板2 间的熔透焊缝以弯压受力形式传递。形成了剪压承载式特点，而非传统锚拉板结构仅通过 锚拉管与锚拉板间熔透焊缝的纯受剪传力，这样可减小锚拉管4、上锚拉板2的承载，特别 是显著降低锚拉板与锚拉管焊接部位、锚拉板上圆角的应力水平和疲劳应力幅，从而显著 提高整个索梁锚固结构的受力安全性、传力可靠性和抗疲劳性能。
[0034] 上述技术方案中，槽口 12上端边缘12. 1与下端边缘12. 2之间的衔接部位为与槽 口下端边缘相切的圆弧段12. 3,可通过调整承压板6上表面与圆弧段12. 3上端点之间的距 离Dl、锚垫板5上表面与圆弧段12. 3上端点之间的距离D2、承压板6板厚D3等参数来调整 斜拉索索力在锚拉管4与上锚拉板2间焊缝的受剪传力、承压板6承压传力的分配比例，从 而使各板件的局部变形、静载应力和疲劳应力幅处于合理水平。经计算比较研究表明，承压 板6上表面与圆弧段12. 3上端点之间的距离D1、锚垫板5上表面与圆弧段12. 3上端点之 间的距离D2、承压板板厚D3等参数的可选范围分别为IOOmm?150mm、150?350mm、30? 60_。具体最合理值，根据实际工程的斜拉索最大索力（幅）水平而定，以龙岩大桥为例， 上述三个参数的最合理值分别为125mm、250mm、40mm(或48mm)。
[0035] 上述技术方案中，为方便进行机加工，拼接焊缝15设置在锚拉板1的槽口的下端 区域适当位置，进而将锚拉板1分成了两块上锚拉板2和一块下锚拉板3,两块上锚拉板2 与下锚拉板3共面。两块上锚拉板2为同样大小的板件；下锚拉板3 (即拼接焊缝15以下 部分的锚拉板）与钢主梁的纵腹板13为一整板件（基于一整块钢板切割而成），其两侧衔 接部位边缘的轮廓16为圆滑的弧形过渡曲线，如此设置可减小了钢板外包尺寸和边角料 损耗，进而减少钢材用量，从而获得良好的经济性，同时也可避免锚拉板1与桥面板14间直 接承受拉力、疲劳受力突出的不利焊缝。
[0036] 传统锚拉板结构如图1所示，锚拉板1与锚拉管4间焊接部位、锚拉板1上圆角的 应力水平均较高甚至超限而局部进入塑性区，为降低上述高应力区的静载应力和疲劳应力 幅，无法通过增大锚拉板（大规格板件）的圆弧段半径（受限于锚拉板宽度，一般不大于 40_)来实现，往往只能增大整个锚拉板的板厚（如采用>60_板厚）或提高锚拉板的钢 材等级，显然，这是非常不经济的。而本发明所述技术方案中，拼接焊缝15以上锚拉板为两 块同大样板件（即上锚拉板2)，其根据受力需要可适当采用高等级钢（如Q420qD)，且槽口 12上的圆弧段12. 3半径R也可适当加大（如采用75mm)，从而确保锚拉板与锚拉管焊接部 位、槽口圆弧段的应力水平满足要求。圆弧段12. 3半径R的可选范围比较宽泛，一般介于 50mm?125mm，具体根据根据实际工程的斜拉索最大索力（幅）水平而定。
[0037] 根据剪压承载式锚拉板结构的构造特点，其组装和焊接工艺流程如下：先整体制 造组焊锚拉板1拼接焊缝以上的板件形成组件，再将该组件与下锚拉板3 (含所共纵腹板 12)熔透拼接并安装剩余板件，整个索梁锚拉板结构与钢主梁的纵腹板12 (及其加强结构） 一起在工厂完成制造形成整体单元组件，再通过汽车运输至桥位地面胎架与钢主梁其他组 件组装成钢主梁节段。锚拉板结构与纵腹板组成的单元组件是钢主梁控制设计的关键部件 之一，其在工厂内完成制造和组焊，可利用吊装设备实现单元件的翻转，进而所有焊缝均可 采用平焊和船位焊（避免仰焊等不利焊姿），同时也可采用反力架等措施实现焊接变形的 控制，从而能很好保证焊接、制造和组拼的质量。
[0038] 本发明具体的组装流程为：
[0039] 流程一：如图6所示，上锚拉板2与锚拉管4熔透焊连；锚垫板5与锚拉管4磨光 顶紧后焊接，本桥拉索横向偏角通过锚垫板锲角实现，组装时应精确调整锚垫板的方向。
[0040] 流程二：如图7所示，承压板6依次与锚拉管4和上锚拉板2熔透焊接。
[0041] 流程三：如图8所示，通过反力架等措施准确定位和牢靠固定上锚拉板2与下锚拉 板3后，熔透拼接上锚拉板2与下锚拉板3 (含所共纵腹板12)，打磨平整拼接缝，严格确保 上锚拉板2与下锚拉板3共面。
[0042] 流程四：如图9所示，焊接剩余板件，包括上档板7、上套筒8、锚拉板1槽口两侧的 加劲肋9和补强板10,以及锚拉管4外壁的加劲板11。
[0043] 本发明开展了基于有限元的局部应力分析及疲劳强度检算，以论证剪压承载式锚 拉板结构的受力安全和疲劳性能可靠性。下表1列出了剪压承载式锚拉板结构基于有限元 的局部应力分析及疲劳强度检算的概略性结果。
[0044] 表1剪压承载式锚拉板结构基于有限元的局部应力分析结果
[0045]
【权利要求】
1. 一种桥梁钢主梁剪压承载式锚拉板结构，包括设置在钢主梁顶部的锚拉板（1)，所 述锚拉板上部开有上端窄下端宽的槽口（12)，所述槽口上部内嵌锚拉管（4)，所述锚拉管 (4)顶部焊接上档板（7)、底部焊接锚垫板（5)，所述上档板（7)和锚垫板（5)平行且均垂直 于锚拉管中轴线，所述上档板（7)上面设有上套筒（8)，所述上套筒（8)与所述锚拉管（4) 同轴，其特征在于：所述锚拉管（4)外表面位于槽口下端的部位焊接有承压板￠)，所述承 压板（6)与锚垫板（5)间隔一定距离且相互平行。
2. 根据权利要求1所述的桥梁钢主梁剪压承载式锚拉板结构，其特征在于：所述锚拉 板（1)包括上锚拉板（2)和下锚拉板（3)，所述上锚拉板（2)与下锚拉板（3)之间的拼接焊 缝（15)垂直于锚拉管（4)中轴线，所述下锚拉板（3)与钢主梁的纵腹板（13)为一体结构。
3. 根据权利要求2所述的桥梁钢主梁剪压承载式锚拉板结构，其特征在于：所述上锚 拉板（2)与下锚拉板（3)的连接部位设有板状的加劲肋（9)，所述加劲肋（9)垂直于上锚拉 板（2)和下锚拉板（3)，所述加劲肋（9)沿锚拉管（4)中轴线方向设置，加劲肋（9)顶部与 承压板（6)下表面焊接。
4. 根据权利要求2所述的桥梁钢主梁剪压承载式锚拉板结构，其特征在于：所述上锚 拉板⑵下部表面设有补强板（10)，所述补强板（10)贴合上锚拉板⑵焊接，所述补强板 (10)底边与承压板（6)上表面焊接。
5. 根据权利要求2所述的桥梁钢主梁剪压承载式锚拉板结构，其特征在于：所述下锚 拉板（3)与纵腹板（11)衔接部位的两侧边缘轮廓为圆滑的弧形过渡曲线。
6. 根据权利要求2所述的桥梁钢主梁剪压承载式锚拉板结构，其特征在于：所述拼接 焊缝（15)位于槽口（12)下端部位，将锚拉板（1)分为两块上锚拉板（2)和一块下锚拉板 (3)，所述两块上锚拉板（2)分别与所述下锚拉板（3)之间通过熔透焊接连接，所述两块上 锚拉板（2)之间形成所述槽口（12)。
7. 根据权利要求6所述的桥梁钢主梁剪压承载式锚拉板结构，其特征在于：所述两块 上锚拉板（2)与下锚拉板（3)共面。
8. 根据权利要求6所述的桥梁钢主梁剪压承载式锚拉板结构，其特征在于：所述锚拉 管（4)外壁熔透焊接在两块上锚拉板（2)之间的槽口内壁上。
9. 根据权利要求1所述的桥梁钢主梁剪压承载式锚拉板结构，其特征在于：所述锚拉 管（4)外壁设有多个加劲板（11)，所述加劲板（11)垂直于锚拉管（4)外壁，加劲板（11)沿 锚拉管中轴线方向设置，所述多个加劲板在锚拉管外壁沿其圆周方向均匀布置，所述加劲 板（11)顶部与上档板（7)下表面连接。
10. 根据权利要求1所述的桥梁钢主梁剪压承载式锚拉板结构，其特征在于：所述槽口 (12)上端边缘（12. 1)与下端边缘（12. 2)之间的衔接部位为与槽口下端边缘相切的圆弧段 (12. 3)，所述圆弧段（12. 3)半径为50mm-125mm。
11. 根据权利要求10所述的桥梁钢主梁剪压承载式锚拉板结构，其特征在于：所述承 压板（6)的上表面与圆弧段（12.3)上端点之间的距离（D1)为100-150mm。
12. 根据权利要求10所述的桥梁钢主梁剪压承载式锚拉板结构，其特征在于：所述锚 垫板（5)的上表面与圆弧段（12. 3)上端点之间的距离（D2)为150-350mm。
13. 根据权利要求10所述的桥梁钢主梁剪压承载式锚拉板结构，其特征在于：所述承 压板（6)的厚度（D3)为30-60mm。
【文档编号】E01D19/14GK104452588SQ201410690493
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月25日 优先权日:2014年11月25日
【发明者】刘智春, 薛照钧, 罗世东, 金福海, 曾甲华, 陈裕民, 刘天培, 聂利芳 申请人:中铁第四勘察设计院集团有限公司