一种可更换悬索桥锚碇碳纤维锚固拉索构造及更换方法与流程

本发明涉及索锚固，特别是一种可更换悬索桥锚碇碳纤维锚固拉索构造及更换方法。

背景技术：

1、悬索桥锚固系统起到将主缆巨大的缆力传递给锚碇的作用，是悬索桥关键受力构件，目前大型悬索桥锚固系统多采用钢丝、钢绞线、钢棒、型钢等钢构件，但是锚碇后锚室一般埋入地下，受地下水侵蚀影响锚室内空气湿度大，而钢结构的耐腐蚀性能差，因此锚固系统的锈蚀病害一直困扰着桥梁界的工程技术人员，没有得到很好的解决。另外，常规锚固系统前端一般设置连接拉杆，用于索股张拉，导致锚固系统结构复杂，传力不直接，易弯折。近些年提出了锚固系统可更换理念，但是需设置大量的换索辅助构造，并且换索工艺复杂，周期长，更换锚固拉索期间影响桥梁运营。因此，亟需一种从材料角度出发根本上解决锚固拉索的腐蚀问题，并且构造简洁，易于更换的悬索桥锚碇锚固拉索技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对现有技术大型悬索桥锚固系统多采用钢丝、钢绞线、钢棒、型钢等钢构件，而存在耐腐蚀性能差的问题，提供一种可更换悬索桥锚碇碳纤维锚固拉索构造及更换方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种可更换悬索桥锚碇碳纤维锚固拉索构造，包括锚固拉索、主缆索股锚头和锚碇预埋管；

4、所述主缆索股锚头用于连接主缆与锚固拉索；

5、所述锚碇预埋管预埋于锚碇内，所述锚碇预埋管贯穿所述锚碇，所述锚碇预埋管和锚固拉索靠近所述主缆索股锚头的一端为前端、远离所述主缆索股锚头的一端为后端，所述锚碇预埋管的后端设置锚垫板，所述锚垫板位于所述锚碇的外侧壁；

6、所述锚固拉索为碳纤维复合材料拉索，所述锚固拉索穿设于所述锚碇预埋管内，所述锚固拉索前端通过第二锚头连接所述主缆索股锚头，所述锚固拉索后端的第一锚头为可张拉锚头，所述第一锚头所在处设有锁紧螺母和球面垫圈，所述第一锚头通过锁紧螺母挤压球面垫圈锁定在所述锚垫板，所述球面垫圈使所述锁紧螺母与所述锚垫板之间能够形成相对转动。

7、本方案中，锚碇预埋管预埋于锚碇内，其两端分别位于锚碇两侧，形成对锚碇的贯穿，使得锚固拉索穿设于所述锚碇预埋管内，能够便于后期的更换。

8、锚固拉索穿设于所述锚碇预埋管内，其前端通过第二锚头连接所述主缆索股锚头，实现传力，第二锚头可以为常规的技术。所述锚固拉索后端的第一锚头为可张拉式锚头，能够对锚固拉索进行张拉，提供所需的预紧力，第一锚头可以为常规的技术。在锚固拉索后端张拉后，通过锁紧螺母和球面垫圈锚固在锚垫板上，进而将作用力传递至锚碇，使锚固拉索达到相应的拉力。

9、本方案中，锚固拉索为碳纤维复合材料拉索，碳纤维复合材料耐腐蚀性极强，因此可以有效解决悬索桥锚固系统防腐问题，使用寿命更长，而且材料强度很高，材料利用率高，能够用于作为悬索桥的锚固拉索。本方案锚固拉索在后端锁紧螺母和锚垫板之间设置球面垫圈，使锁紧螺母与锚垫板之间能够形成相对转动，能够减小碳纤维复合材料拉索的自身弯折程度，提高碳纤维复合材料拉索使用寿命。

10、作为本发明的优选方案，所述球面垫圈设于所述锁紧螺母和所述锚垫板之间，所述球面垫圈包括外凸部和内凹部，所述外凸部和内凹部中一个靠近所述锁紧螺母设置、另一个靠近所述锚垫板设置，所述外凸部和内凹部相接触的面为球形面，所述球面垫圈靠近所述锁紧螺母的一侧为平面，所述球面垫圈靠近所述锚垫板的一侧为平面，所述外凸部的内孔直径小于所述内凹部的内孔直径。

11、本方案通过在锁紧螺母和锚垫板之间设置球面垫圈，所述球面垫圈靠近所述锁紧螺母的一侧和靠近所述锚垫板的一侧均为平面，能够保证锁紧螺母锁紧的稳定性，所述球面垫圈的外凸部和内凹部的相接触的面为球形面，且所述外凸部的内孔直径小于所述内凹部的内孔直径，能够形成更大的相对转动，进而能够更好的减小碳纤维复合材料拉索的自身弯折程度，满足相应的弯折需求，提高使用寿命。

12、作为本发明的优选方案，所述锚碇预埋管前端设置封堵块，所述封堵块用于封堵所述锚固拉索和所述锚碇预埋管之间的间隙。

13、作为本发明的优选方案，所述封堵块为环状的橡胶封堵，所述橡胶封堵分别与所述锚碇预埋管内壁和所述锚固拉索外壁之间涂胶，避免杂物及水汽进入，进而避免对锚固拉索的更换和使用寿命造成影响。

14、作为本发明的优选方案，所述碳纤维复合材料拉索外侧设置双层防护层，所述双层防护层包括缠包带和挤塑层，以便在施工及运营期更好的保护碳纤维复合材料拉索。

15、作为本发明的优选方案，所述锚垫板位于所述锚碇内的一侧设有螺旋钢筋，所述螺旋钢筋的轴向与所述锚碇预埋管的轴向相同，所述螺旋钢筋位于所述锚碇预埋管外侧，用于分摊锚固拉索传递的巨大压应力。螺旋钢筋和双层防护层可以同时存在。

16、作为本发明的优选方案，所述第二锚头为销接式锚头，所述第二锚头包括连接关节轴承，所述销接式锚头的连接销轴的轴向为横桥向，所述连接关节轴承能够绕所述连接销轴转动，使得锚固拉索的前端能够形成绕横桥向轴向的转动，减小碳纤维复合材料拉索自身的弯折程度。

17、作为本发明的优选方案，所述主缆索股锚头两侧均设置有两个耳板，所述主缆索股锚头每侧的两个所述耳板相对设置，所述主缆索股锚头每侧设置至少两个所述锚固拉索，每个所述耳板设有对应侧所述锚固拉索数量的销孔，所有所述锚固拉索分别通过所述销接式锚头连接于所述主缆索股锚头对应侧相对设置的两个所述耳板之间。

18、其取消了现有技术前端与主缆连接的锚固拉杆，主缆索股锚头做了改造，可与锚固拉索直接连接，使得受力路径更加简单和清晰，进而使得一个索股可以从以前对应一根锚索变成对应至少4根锚固拉索，且设置于主缆索股锚头两侧，降低了每根锚固拉索的受力，使得锚固拉索能够设置直径更小，有利于穿设和抽出锚碇预埋管，提高换索效率；且在换索时可以同时拆除两侧的部分锚固拉索，而不用任何的其他措施，使得剩余的锚固拉索代替受力，其换索效率更高，操作更加简单。

19、作为本发明的优选方案，所述主缆索股锚头每侧设置两个所述锚固拉索，所述主缆索股锚头两侧的所述锚固拉索对称设置，相比于6个和8个等，其数量少，安装更加方便。

20、一种受损拉索更换方法，用于更换可更换悬索桥锚碇碳纤维锚固拉索构造的受损的锚固拉索，包括以下步骤：

21、s100：针对有损伤的锚固拉索，拆除锚碇预埋管前端的封堵块后，拧松锚固拉索后端锁紧螺母，直至锚固拉索松弛；

22、s200：拆除有损伤的锚固拉索前端的第二锚头的连接销轴，然后采用绳索与第二锚头连接，再利用有损伤的锚固拉索的自重逐步下放第二锚头，在绳索牵引下，使得锚固拉索在锚碇预埋管内自然下滑；

23、s300：待有损伤的锚固拉索抽出后，将新的锚固拉索从锚碇预埋管前端插入，然后利用新的锚固拉索的重力使其自然下滑，直到达到设计位置；

24、s400：安装新的锚固拉索的第二锚头，并将第二锚头与主缆索股锚头通过连接销轴连接，然后从锚固拉索后端通过第一锚头进行张拉，并通过锁紧螺母和球面垫圈锁紧；

25、s500：张拉到位后，安装锚碇预埋管前端的封堵块进行封堵，受损的锚固拉索更换完成。

26、采用上述受损拉索更换方法，能够利用锚固拉索的自重快速对受损的锚固拉索进行更换，且利用钢丝绳与第二锚头连接进行牵引，能够保证换索的安全性，且整个过程所需工具少，施工更加方便。

27、作为本发明的优选方案，可更换悬索桥锚碇碳纤维锚固拉索构造具有两根以上受损的锚固拉索；当每次更换受损的锚固拉索时，所述主缆索股锚头每侧至少保留一半的锚固拉索处于受力状态。

28、可更换悬索桥锚碇碳纤维锚固拉索构造的设计安全系数都是大于2的，所述主缆索股锚头每侧至少保留一半的锚固拉索处于受力状态，能够保证换索时安全系数大于1，满足换索时对应的受力需求，使得不需要额外的工具。

29、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

30、1、本发明所述一种可更换悬索桥锚碇碳纤维锚固拉索构造，锚碇预埋管预埋于锚碇内，其两端分别位于锚碇两侧，形成对锚碇的贯穿，使得锚固拉索穿设于所述锚碇预埋管内，能够便于后期的更换；锚固拉索穿设于锚碇预埋管，锚固拉索前端通过第二锚头连接所述主缆索股锚头，所述主缆索股锚头连接主缆，所述锚固拉索后端的第一锚头为可张拉式锚头，在锚固拉索后端对锚固拉索张拉后，通过锁紧螺母和球面垫圈锚固在锚碇的外侧壁上的锚垫板上，进而将作用力传递至锚碇，使得锚固拉索达到相应的拉力。锚固拉索为碳纤维复合材料拉索，碳纤维复合材料耐腐蚀性极强，因此可以有效解决腐蚀问题，使用寿命更长，而且材料强度高，材料利用率高，能够用于作为悬索桥的锚固拉索，本方案锚固拉索在后端锁紧螺母和锚垫板之间设置球面垫圈，使锁紧螺母与锚垫板之间能够形成相对转动，能够减小碳纤维复合材料拉索的自身弯折程度，提高碳纤维复合材料拉索使用寿命。

31、2、本发明所述一种可更换悬索桥锚碇碳纤维锚固拉索构造，所述球面垫圈靠近所述锁紧螺母的一侧和靠近所述锚垫板的一侧均为平面，能够保证锁紧螺母锁紧的稳定性，所述球面垫圈的外凸部和内凹部的相接触的面为球形面，且所述外凸部的内孔直径小于所述内凹部的内孔直径，能够形成更大的相对转动，进而能够更好的减小碳纤维复合材料拉索的自身弯折程度，满足相应的弯折需求，提高使用寿命。

32、3、本发明所述一种可更换悬索桥锚碇碳纤维锚固拉索构造，取消了现有技术前端与主缆连接的锚固拉杆，主缆索股锚头做了改造，可与锚固拉索直接连接，使得受力路径更加简单和清晰，进而使得一个索股可以从以前对应一根锚索变成对应至少4根锚固拉索，且设置于主缆索股锚头两侧，降低了每根锚固拉索的受力，使得锚固拉索能够设置直径更小，有利于穿设和抽出锚碇预埋管，提高换索效率；且在换索时可以同时拆除两侧的部分锚固拉索，而不用任何的其他措施，使得剩余的锚固拉索代替受力，其换索效率更高，操作更加简单。

33、4、本发明所述受损拉索更换方法，能够利用锚固拉索的自重快速对受损的锚固拉索进行更换，且利用钢丝绳与第二锚头连接进行牵引，能够保证换索的安全性，且整个过程所需工具少，施工更加方便。且可更换悬索桥锚碇碳纤维锚固拉索构造的设计安全系数都是大于2的，所述主缆索股锚头每侧至少保留一半的锚固拉索处于受力状态，能够保证换索时安全系数大于1，满足换索时对应的受力需求，使得不需要额外的工具。