一种三腹板空间索面钢锚梁锚固结构的制作方法

本发明属于桥梁工程锚固技术领域，具体涉及一种三腹板空间索面钢锚梁锚固结构。

背景技术：

目前斜拉桥拉索塔端锚固方式(除实心塔的交叉锚固外)主要有三种：钢锚箱锚固、环向预应力锚固和钢锚梁锚固，分别如图1、图2、图3所示。

钢锚箱锚固受力机理为：塔柱两侧拉索的水平分力通过锚箱的竖直及水平钢板来平衡，部分不平衡水平力由塔柱承受，竖直分力通过锚箱两侧竖直钢板的剪力键传递到塔柱混凝土中。

钢锚箱锚固对吊装能力有一定要求，钢锚箱在浇筑上塔柱前采用焊接拼装，施工较为方便，但由于钢与混凝土二种不同的材料的共同作用，均不可避免会造成混凝土塔壁的开裂，影响结构的耐久性，而且钢锚箱用钢量大，成本高，在国外应用较多，如多多罗大桥、诺曼底大桥等，在国内也有应用，如苏通大桥、杭州湾大桥。

环向预应力锚固受力机理为：上塔柱锚固区段除参与全桥整体受力，将拉索锚固集中力传递至塔壁，为防止开裂，平衡塔壁的拉应力，在其周边施加环向平面预应力。

环向预应力锚固由于索塔尺寸限制，环向预应力弯曲半径小，长度较短，预应力损失大，为减小预应力损失，需要多次张拉预应力，或采用低回缩锚具，施工困难，而且小半径预应力管道压浆效果检测困难；而且环向预应力管道对塔壁空间占用较大，混凝土浇筑要求高，但由于其造价较低，因而应用较为广泛，如杨浦大桥、南京二桥、温州大桥等。

钢锚梁锚固受力机理为：锚固钢横梁本身是独立的构件，支撑于塔柱内侧牛腿上，平衡两侧拉索的大部分水平分力，部分不平衡水平分力通过横梁下支撑的摩阻力和水平限位装置传递至塔壁。拉索的竖直分力传递至塔柱内侧牛腿。

钢锚梁锚固受力明确，平衡水平力由锚梁承受，不平衡水平力由一侧塔柱壁承受，塔壁受力较小，混凝土塔柱壁不会开裂，结构耐久性好，且造价比钢锚箱低。传统钢锚梁一般都是锚固一对拉索(如图3所示)，而在金塘大桥设计时相关工程人员创新性地提出了锚固空间索面(4向拉索)的钢锚梁，如图4所示，其由位于中间的双腹板受拉锚梁和分布四周的锚固构造组成，两侧斜拉索面内的平衡水平分力由钢锚梁承受，不平衡水平分力通过梁端顶座传递到预埋钢板，由索塔承受；竖向分力通过牛腿传到塔身，由索塔承受；空间索在面外的水平分力由钢锚梁自身平衡。但由于此结构锚梁属于面外受力，因此板件应力水平较高，构件尺寸较大，用钢量较大；此外，该结构钢牛腿与索塔之间采用设置剪力钉的钢壁板与混凝土连接，两者之间容易脱开。

技术实现要素：

鉴于上述，本发明提供了一种空间紧凑、结构及受力合理、传力明确、用钢量小、施工简便快速、并适用于空间索面布置的三腹板空间索面钢锚梁锚固结构。

一种三腹板空间索面钢锚梁锚固结构，包括：两个钢牛腿和一个钢锚梁，两个钢牛腿分别安装在两个索塔的内侧，钢锚梁则横跨架设在两个钢牛腿之上；所述钢锚梁包括底板、顶板以及沿纵向垂直焊接在底板上的三道腹板b1～b3，边腹板b1与中腹板b2之间对立设有两个锚箱，中腹板b2与边腹板b3之间同样对立设有两个锚箱，顶板焊接于相邻腹板且对立锚箱之间。

进一步地，所述边腹板b1和b3外侧设有加劲肋。

进一步地，所述锚箱包括承压板和垫板，垫板设置于承压板之上且两者均开有索孔并通过索孔对齐，承压板另一侧垂直焊接有两道顶底板，两道顶底板之间通过两块腹板连接，锚箱顶底板外侧设有加劲肋。

预制钢锚梁锚固结构时可以通过调整锚箱的倾角使得锚固结构与拉索倾角相适应。

进一步地，所述钢牛腿包括顶板，顶板下垂直焊接有多道腹板，两侧腹板的外侧设有加劲肋，每块腹板对应焊接有开孔板连接件，所述开孔板连接件内嵌于索塔塔壁内侧壁板中，开孔板连接件上设有两排开孔，一排开孔供锚固区索塔塔柱箍筋穿过，另一排开孔供锚固钢筋穿过；通过在钢牛腿与索塔壁板之间设置开孔板连接件，并于箍筋和锚筋相连，保证了钢牛腿与索塔塔壁的连接，避免了钢锚梁牛腿壁板与塔壁之间容易脱开的问题。

进一步地，所述钢锚梁底板与钢牛腿顶板之间设置不锈钢板摩擦副，且钢锚梁底板与钢牛腿顶板之间通过高强螺栓拧紧，形成固结连接。

进一步地，所述索塔塔壁内侧壁板加设有焊钉。

进一步地，四向空间拉索通过索塔上的索孔进入钢锚梁并分别锚固于四个锚箱的垫板上。

本发明拉索索力的传递途径为：四向空间拉索锚固于锚箱垫板上，通过锚箱结构传递至锚梁中腹板和锚梁边腹板，锚梁顶板、锚梁底板、锚梁中腹板、锚梁边腹板、锚梁加劲肋作为整体承担了锚箱结构传递来的拉索索力；其中，拉索的平衡水平分力大部分由锚梁结构承担，少部分不平衡索力通过锚梁与钢牛腿之间的高强螺栓连接传递到塔壁内侧壁板，由索塔承受；拉索竖直分力通过钢牛腿传递至塔身，全部由索塔承受；空间索在面外的水平分力由锚梁自身平衡。

本发明新型三腹板空间索面钢锚梁锚固结构开创性地采用了三腹板结构的钢锚梁，将两对空间索面锚固在中腹板和边腹板内部，锚梁的三个腹板和拉索锚板一起形成了框架结构，大大减小了拉索对钢锚梁的面外弯矩，使得传力简单、直接，从而优化了受力，大幅降低了结构应力水平；此外，构件尺寸大大减小保证了塔内的工作空间；同时，为了保证钢牛腿与索塔之间的连接，避免两者之间开裂脱开，本发明采用了设置开孔板连接件的牛腿壁板，有效保证了两者的连接。

与传统几种索塔锚固结构相比，本发明锚固结构具有以下几点优势：

(1)由于只有不平衡索力由塔壁承受，塔壁受力较小，采用普通钢筋混凝土即可保证塔壁不会开裂，结构耐久性好。

(2)与钢锚箱相比，本发明锚固结构与混凝土塔柱间受力明确，避免了混凝土塔壁的开裂问题，且钢材用量省。

(3)重量轻，用钢量低，对起吊设备的要求低，经济性较好；

(4)采用钢牛腿方便了滑模施工，使索塔混凝土施工速度可以大幅度提高。

(5)安装精度容易得到保证。

附图说明

图1为钢锚箱锚固的结构示意图。

图2为环向预应力锚固的结构示意图。

图3为钢锚梁锚固的结构示意图。

图4为金塘大桥空间索面钢锚梁的结构示意图。

图5(a)为本发明三腹板空间索面钢锚梁锚固结构的立面示意图。

图5(b)为本发明三腹板空间索面钢锚梁锚固结构的平面示意图。

图6为本发明锚箱结构的三维示意图。

图7为本发明钢牛腿结构的三维示意图。

图8为本发明钢牛腿在索塔塔壁内侧壁板上的安装结构示意图。

图9为本发明三腹板空间索面钢锚梁结构的三维示意图。

图中：n1—锚箱承压板，n2—锚箱垫板，n3—锚箱顶底板，n4—锚箱腹板，n5—锚箱加劲肋，n6—钢牛腿顶板，n7—钢牛腿腹板，n8—钢牛腿加劲肋，n9—钢牛腿开孔板连接件，n10—锚梁顶板，n11—锚梁底板，n12—锚梁中腹板，n13—锚梁边腹板，n14—锚梁加劲肋，n15—塔壁内侧壁板。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

如图5(a)、图5(b)、图6、图7、图8、图9所示，本发明三腹板空间索面钢锚梁锚固结构的组件包括锚箱承压板n1、锚箱垫板n2、锚箱顶底板n3、锚箱腹板n4、锚箱加劲肋n5、钢牛腿顶板n6、钢牛腿腹板n7、钢牛腿加劲肋n8、钢牛腿开孔板连接件n9、锚梁顶板n10、锚梁底板n11、锚梁中腹板n12、锚梁边腹板n13、锚梁加劲肋n14、塔壁内侧壁板n15，所有构件均采用钢结构。

锚箱(包含n1～n5)与锚梁顶板n10、锚梁底板n11、锚梁中腹板n12、锚梁边腹板n13、锚梁加劲肋n14之间的所有板件通过焊接的形式连接。预制钢锚梁锚固结构时可以通过调整锚箱的倾角使得锚固结构与拉索倾角相适应。

锚梁底板n11和钢牛腿顶板n6之间设置不锈钢板摩擦副。安装斜拉索时，锚梁底板n11的一端与对应侧的钢牛腿顶板n6固结，以避免施工中发生两侧挂索不同步时，造成钢锚梁位置的失控而冲击塔壁。成桥后，将锚梁底板n11与钢牛腿顶板n6间的高强螺栓拧紧，形成固结连接。

锚固区索塔塔壁内侧壁板n15加焊钉，除焊钉外，在塔壁内侧壁板n15的内侧，与每道牛腿腹板n7相对应的位置，设置钢牛腿开孔板连接件n9。钢牛腿开孔板连接件n9设置两排开孔，锚固区索塔塔柱箍筋从第一排开孔中穿过，第二排开孔设置锚固钢筋。通过在钢牛腿的壁板与索塔之间设置钢牛腿开孔板连接件n9，并于箍筋和锚筋相连，保证了钢牛腿与索塔塔壁的连接，避免了钢锚梁牛腿壁板与塔壁之间容易脱开的问题。

锚固结构的整体尺寸、高强螺栓的型号和布置间距、开孔板连接件开孔间距和布置、锚固钢筋直径等可按具体索力大小、角度等进行设计。

本实施方式中四向空间拉索锚固于锚箱垫板n2上，通过锚箱(包含n1～n5)结构传递至锚梁中腹板n12和锚梁边腹板n13，锚梁顶板n10、锚梁底板n11、锚梁中腹板n12、锚梁边腹板n13、锚梁加劲肋n14作为整体承担了锚箱结构传递来的拉索索力。其中，拉索的平衡水平分力大部分由锚梁(包含n10～n14)结构承担，少部分不平衡索力通过锚梁与钢牛腿(包含n6～n9)之间的高强螺栓连接传递到塔壁内侧壁板n15，由索塔承受；拉索竖直分力通过钢牛腿传递至塔身，全部由索塔承受；空间索在面外的水平分力由锚梁自身平衡。

本发明三腹板空间索面钢锚梁锚固结构的安装施工步骤如下：

步骤1：按设计要求预制并焊接锚箱(包含n1～n5)、锚梁顶板n10、锚梁底板n11、锚梁中腹板n12、锚梁边腹板n13、锚梁加劲肋n14，形成整体的钢锚梁结构。

步骤2：按设计要求预制并焊接钢牛腿顶板n6、钢牛腿腹板n7、钢牛腿加劲肋n8、钢牛腿开孔板连接件n9、塔壁内侧壁板n15，形成整体的钢牛腿结构。

步骤3：在索塔浇筑至钢锚梁相关节段时，吊装相应的钢牛腿和钢锚梁(包含n1～n15)，锚梁底板n11和钢牛腿顶板n6之间采用高强螺栓锁定，定位后安装就位。随后进行索塔节段混凝土浇筑，将三腹板空间索面钢锚梁-钢牛腿体系与索塔连接在一起。

步骤4：安装斜拉索时，锚梁底板n11的一端与对应侧的钢牛腿顶板n6采用高强螺栓固结，另一端允许滑动，随后进行斜拉索的对称张拉。

步骤5：成桥后，将两端锚梁底板n11与钢牛腿顶板n6间的高强螺栓拧紧，形成固结连接。

通过计算和对比分析，与金塘大桥提出的钢锚梁和钢牛腿组合结构相比较，本发明有以下几点优势：

(1)受力更加明确流畅，板件的应力水平都有所下降，结构的整体稳定性也更加优越。

(2)应力水平的下降避免了过多超厚板件的使用，其整体用钢量大幅下降，对施工的要求也相应降低。

(3)空间利用更加紧凑合理，保证了塔内的工作空间。

(4)本发明采用了三腹板钢锚梁体系，腹板与斜拉索锚板形成框架结构，传力更加顺畅，避免了金塘大桥空间钢锚梁巨大的面外应力；同时结构更加的紧凑，不论是结构受力、结构尺寸、用钢量，都较金塘大桥的空间钢锚梁有更大的优势。

(5)本发明通过在钢牛腿的壁板与索塔之间设置钢牛腿开孔板连接件(即pbl连接件)，保证了钢牛腿与索塔塔壁的连接，避免了钢锚梁牛腿壁板与塔壁之间容易脱开的问题。

此外，本发明已在温州七都北汊桥中设计使用，设计过程中经过了详尽的杆系单元整体计算和三维模型局部计算，计算和分析结果均表明了本发明具有上述优点；目前七都北汊桥已在施工过程中。

上述对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。