一种改善混凝土折线型桥塔力学性能的方法与流程

本发明涉及折线型桥梁工程技术领域，尤其涉及一种改善混凝土折线型桥塔力学性能的方法。

背景技术：

斜拉桥的重要结构组成部分是主梁、主塔和斜拉索，其中主梁所承受的大部分恒载和活载都是通过斜拉索传递到主塔上，并最终通过主塔传递到地基基础上，因此主塔除了承受结构自重、温度变化、不均匀沉降、风荷载、地震力、混凝土收缩、徐变等荷载外，还主要负责承受上述由斜拉索传递的巨大的索力，因此主塔结构总体上既要承受巨大的轴力又要承受一定不平衡荷载下的弯矩。

预应力混凝土折线塔斜拉桥的主塔除了具备上述常规斜拉桥主塔的受力特点外，还存在以下两个不同的受力特点：一是直塔斜拉桥的主塔自身重量对主塔自身不产生弯矩，而预应力混凝土折线型主塔的塔身自重对主塔自身产生弯矩；二是由于斜拉桥的主塔本身以传递巨大的竖向力为主，但由于主塔存在折角，在主塔轴线发生变化的折角处巨大的竖向力传递方向发生了变化，因此折角处将产生一较大水平向拉力。如果主塔采用钢结构，折角处的应力问题容易解决，但对于混凝土折线主塔来说，该处的受力将十分复杂。中跨及边跨侧塔壁轴向力在折角处将产生横向分力，导致塔壁产生面外弯曲。该效应对中跨侧塔壁影响较大，使得中跨侧塔壁截面应力梯度增大。预应力混凝土折线塔斜拉桥以上两个不同于常规直塔斜拉桥的特点将直接导致混凝土折线塔斜拉桥除了在外形上与常规直塔斜拉桥不同以外，而且还将导致所有斜拉索的索力规律以及主塔局部构造等方面与常规直塔斜拉桥有很大的不同。因此如何解决混凝土折线塔折角处应力集中问题将成为预应力混凝土折线塔斜拉桥设计的关键问题之一。

由于折线型混凝土主塔的特殊造型，导致预应力混凝土折线塔斜拉桥有以下几个不同于直塔斜拉桥的受力特点：在恒载作用下主跨与边跨斜拉索索力不相等；主塔折角处存在较大水平拉力。说明对于混凝土折线型桥塔力学性能如何改善有待进一步的研究。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种改善混凝土折线型桥塔力学特性的方法，该方法有效提高了混凝土折线型桥塔的物理力学性能。

一种改善混凝土折线型桥塔力学性能的方法，包括以下步骤：

步骤1、设置加劲板；

在混凝土折线型桥塔折角处设置加劲板，所述加劲板内部由竖向主拉钢筋和表面防裂钢筋网构成，所述加劲板的腋角尺寸控制在50×50cm以内；

步骤2、布置平面预应力钢束；

在混凝土折线型桥塔锚固区横断面布置预应力钢束，布置方法为：沿桥纵向布置3根预应力钢筋，编号为：n1，n2，n3；沿桥横向环向布置3根预应力钢筋，编号为：n4，n5，n6；，预应力钢筋的张拉方式为两端张拉，张拉顺序为：n4、n5、里侧n1/n2/n3、外侧n1/n2/n3、n6，并且相邻钢筋不得同时张拉；

步骤3、防腐处理；

对张拉后的平面预应力钢束进行防腐处理，施工即告完成。

与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：

(1)本发明通过在主塔折角处设置加劲板和在塔壁布置平面预应力钢筋来抵抗水平力，可有效提高主塔塔壁的力学性能。

(2)本发明在塔壁布置预应力，受力明确，定位方便，适用于预应力混凝土折线塔斜拉桥施工。

(3)本发明施工操作简单方便，施工后期结构便于日常维护。

附图说明

图1为本发明具体实施例中主塔折角处加劲板立面图；

图2为本发明具体实施例中主塔折角处加劲板平面图；

图3为本发明具体实施例中主塔横断面预应力筋布置图；

图4为本发明具体实施例中混凝土折线型桥塔的总体结构图；

图5为本发明具体实施例中4号墩桥塔测试截面应力测点布置示意图；

图中：1-中跨侧折角，2-加劲板中线，3-边跨侧折角，4-加劲板腋角，5-加劲板，6-锚具，7-预应力钢筋n4，8-预应力钢筋n5，9-预应力钢筋n6，10-预应力钢筋n1(n2和n3与n1同水平)，11-斜拉索，12-牛腿段，13-4号墩，14-5号墩。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本实施例中的混凝土折线型桥塔为单索面预应力混凝土斜拉桥，如图4所示，主桥长度为420m，跨径布置为(89+242+89)m，4号桥墩处主塔、主梁、桥墩三者固结，5号桥墩处主塔与主梁固结、桥墩与主梁分离。主塔采用c50混凝土，箱形截面，主塔高67.5m，主塔折角位于桥面以上33.9m处，下段塔身与水平夹角为75°，上段塔身与下段塔身夹角为7.5°；根部断面尺寸8.145×3.5m，前、后壁厚1.4m，侧壁厚0.7m。索塔上索距分别为1.4、3、4、4.5m4种。

该桥在施工时为防止混凝土折线型桥塔日后出现应力集中而发生裂缝的现象，采用了本发明具体实施例的方法改善力学特性，有效提高了混凝土折线型桥塔的物理力学特性。

改善主塔力学特性的结构如图1至图3所示，在混凝土折线型桥塔施工时在折角处设置加劲板，采用整体浇筑的方法设置加劲板。在塔壁内布置平面预应力钢束，纵、横向均采用精轧螺纹钢筋，用预应力钢束产生的外力来平衡斜拉索水平分力产生于塔壁内的内力。

上述改善混凝土折线型桥塔力学性能的方法的具体步骤如下：

步骤1、设置加劲板

在混凝土折线型桥塔折角处设置加劲板，加劲板内部由竖向主拉钢筋和表面防裂钢筋网构成，其腋角尺寸控制在50×50cm以内，加劲板是在斜拉桥主塔施工阶段整体建筑上去。

步骤2、布置平面预应力钢束

斜拉桥主塔锚固区横断面预应力筋布置图，见图3。布置方法为：沿桥纵向布置3根预应力钢筋，编号为：n1，n2，n3；沿桥横向环向布置3根预应力钢筋，编号为：n4，n5，n6；n4～n6预应力钢筋。预应力钢筋均为冷拉精轧螺纹钢筋，抗拉强度为ry＝750mpa。预应力钢绞线张拉控制应力为1395mpa，锚具采用vsl15-9型锚具，预应力钢筋两端张拉，张拉顺序为：n4、n5、里侧n1(n2、n3)、外侧n1(n2、n3)、n6，相邻钢筋不得同时张拉。

步骤3、防腐处理

对张拉后的平面预应力钢束进行防腐处理，表面附着水溶性阻锈剂，可以对预应力钢束进行长期的防锈蚀保护，之后施工即告完成。

对本实施例的改善混凝土折线型桥塔力学性能的方法进行相关荷载工况测试，截面应力测点布置见图5，试验结果见表1所示，表2还提供了未设置加劲板的模型桥塔的试验结果。

表14号墩塔柱折角截面应力(单位：mpa)

表2模型桥塔4号墩塔柱折角截面应力(单位：mpa)

表1和表2的数据显示，该混凝土折线型桥塔经设置上述结构后，主塔折角处应力集中的现象明显下降，有效改善了混凝土折线型桥塔力学特性，达到预期效果。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。