專利名稱：斜拉橋多層式錨固方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種土木工程技術(shù)領(lǐng)域的錨固方法，具體是一種斜拉橋多層式錨 固方法。
背景技術(shù)：
斜拉橋是一種拉索支撐體系。斜拉索與主梁和橋塔之間都需要連接，這種連 接稱為錨固，其連接區(qū)域稱為錨固區(qū)。斜拉橋通過錨固將主梁承受的力由拉索傳 遞到塔柱。反過來看，即依靠主梁和塔柱提供克服拉索拉力的反力。
現(xiàn)有的斜拉橋錨固方法，由于錨固結(jié)構(gòu)(錨固塊是其常見的一種形式)在與 主梁和塔柱的錨固中都只有一個單層的承壓面，其缺點是(1)錨固區(qū)體積大， 重量大，材料用量大。(2)錨固塊邊緣容易產(chǎn)生應(yīng)力集中。根據(jù)材料力學(xué)知識， 當(dāng)受力區(qū)域的形狀急劇變化，例如角度突然變化等處，變化的局部區(qū)域?qū)a(chǎn)生很 大的應(yīng)力。由于錨固結(jié)構(gòu)(以錨固塊為例)邊緣轉(zhuǎn)角處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，而產(chǎn) 生應(yīng)力集中的結(jié)果，在錨固結(jié)構(gòu)提供的總體反力足夠的情況下，可能由于局部應(yīng) 力太大而使該局部更容易破壞。要避免上述破壞，就要進(jìn)一步加大錨固塊尺寸， 或提高材料的強(qiáng)度，而這兩個情況都直接導(dǎo)致了成本的增加。所以，為了減小包 括錨固塊在內(nèi)的斜拉橋錨固區(qū)體積，進(jìn)而減小其成本，有必要發(fā)明新的錨固方法。
經(jīng)對現(xiàn)有文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，紹旭東等在《橋梁設(shè)計與計算》(人民交通出版社
2007年2月第一版，535頁)上關(guān)于"拉索的錨固" 一節(jié)，提出斜拉索與混凝土梁 的錨固方法，具體方法為在混凝土梁上設(shè)置錨固塊，由錨固塊的表面提供反力
平衡拉索拉力。其不足之處在于依靠錨固塊單層承壓面提供反力，錨固塊體積
大，材料用量大，也增加了主梁的自重，且錨固塊獨立于梁之外，高度較大，安 裝不便，這些最終都增加了造價。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有斜拉橋拉索與混凝土主梁和塔柱錨固技術(shù)的不足，旨在提供 一種斜拉橋多層式錨固方法，即采用多個承壓面同時提供反力來平衡拉索拉力，
使其克服了現(xiàn)有斜拉橋拉索錨固中的錨具體積大、重量大、材料用量大的缺點， 且安裝更為方便，從總體上提高了經(jīng)濟(jì)效益。這里"錨固區(qū)"是泛指拉索與主梁
或塔柱之間錨固的連接區(qū)域及其實際結(jié)構(gòu)物。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟-第一步，設(shè)計多層承壓面錨固物?；谠黾映袎好娴拿娣e的思想，所設(shè)計的 多層承壓面錨固物具有2層或2層以上承壓面。該多層承壓面錨固物為一個整體 結(jié)構(gòu)，其頂面和底面相互平行，中心有一個貫穿頂面和底面的孔，在頂面和底面 之間的外表面開槽，則槽的下表面構(gòu)成承壓面。與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以在相同體
積下大大增加承壓面的總面積，或者在相同承壓面面積下明顯減小體積。當(dāng)多層 錨固物體積與現(xiàn)有的單層錨固結(jié)構(gòu)相同時，各層承壓面面積的和大于單層承壓面
面積，所提供的總反力大于現(xiàn)有的單層式錨固方法所能提供的總反力；當(dāng)拉力只 需要與單層承壓面錨固方法相同時，則總承壓面面積與單層承壓面相同，但其體 積可以顯著減小。
第二步，在主梁或塔柱的錨固區(qū)設(shè)計與多層承壓面錨固物相適應(yīng)的形狀和尺 寸，以便多層承壓面鋪周物的安裝。在斜拉橋的混凝土主梁或塔柱上對應(yīng)于擬安 裝第一步所述多層承壓面錨固物的位置，按照多層承壓面錨固物尺寸預(yù)留其安裝 時的位置。此外，在多層承壓面上部及周邊混凝土中配置加強(qiáng)鋼筋。由于錨固物 完全或部分埋置于主梁或塔柱內(nèi)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其總的高度明顯減小了。此 外，由于多層承壓面取代了現(xiàn)有技術(shù)中的錨具，其體積較錨具小得多，因此用于 安裝錨固物(即錨固區(qū))的體積也明顯減小?，F(xiàn)有技術(shù)中，在塔內(nèi)安裝錨具需要 專門的金屬錨固橫梁，在梁內(nèi)安裝要設(shè)置頂板錨固塊、橫隔板、錨固橫梁等。
第三步，安裝模板、布置和綁扎鋼筋期間，安裝多層承壓面錨固物。先實施 其在模板中的定位，按照預(yù)埋件的施工工藝，將承壓面在用來澆注主梁或塔柱的 模板中定位。由于多層承壓面體積比現(xiàn)有技術(shù)中的錨具體積小得多，其作為預(yù)埋 件在模板中定位，比現(xiàn)有技術(shù)中的錨具定位更簡單易行。而涉及到現(xiàn)有技術(shù)的錨 具定位的過程要復(fù)雜得多，其在斜拉橋塔柱內(nèi)通常要制造和安裝錨固橫梁，在主 梁內(nèi)需要采用錨板等定位。
第四步，澆注混凝土、養(yǎng)護(hù)混凝土。這與現(xiàn)有技術(shù)中鋼筋混凝土澆注養(yǎng)護(hù)工 藝相同。
第五步，混凝土養(yǎng)護(hù)至設(shè)計強(qiáng)度，張拉拉索。拉索穿過主梁(或塔柱)與多
層承壓面錨固物的中心孔后，先緊固錨頭，再將拉索張拉至設(shè)計的拉力。與現(xiàn)有 技術(shù)相比，由于多層承壓面的錨固物(如錨固塊)埋置于主梁或塔柱，在安裝過
程中不需要吊裝，更為方便?，F(xiàn)有技術(shù)中采用錨具時的拉索張拉，通常需要以螺 紋、銷接、墊塊等多種方式來固定錨具的構(gòu)件，較為繁瑣。
第六步，張拉斜拉橋的所有拉索，調(diào)整拉力，即進(jìn)入正常工作狀態(tài)。
本發(fā)明適用于斜拉橋拉索與主梁或拉索與塔柱之間的錨固，這里所述的多層 承壓面錨固物是斜拉橋上與拉索兩端相連的梁或塔上固定拉索并承受拉力的各 種形式結(jié)構(gòu)的總稱，其具形式之一是但不限于錨固塊。
由于多層承壓面錨固物錨固提供的用于平衡拉索拉力的反力是各個承壓面 所提供的反力的總和，因此，在不增加尺寸的前提下多層式錨固方法能夠提供更 大的反力；或者，在提供同樣數(shù)值反力的條件下，可以減小多層承壓面錨固物的 體積，這同時也減小了多層承壓面錨固物重量和材料用量。具體通過減小多層承 壓面錨固物的直徑，或在相同直徑時減小多層承壓面錨固物高度，減小多層承壓 面錨固物體積。
本發(fā)明有以下優(yōu)點
1、 采用了多層承壓面以及將多層承壓面錨固物埋置于錨固區(qū)，取代了現(xiàn)有 技術(shù)中的錨具，從而大大減小了錨固結(jié)構(gòu)體積，進(jìn)而減小了錨固區(qū)體積，并由此
減小了材料用量和成本。
2、 承壓面積的大大增加，可以使錨固區(qū)能夠承受拉索的拉力顯著提高，即 錨固效率大大提高。
3、 多層承壓面錨固物埋置于主梁或塔柱內(nèi)，使得安裝更為方便。 本發(fā)明具備以上優(yōu)點的基本原理是采用了多層式承壓面，因此，在不增加
錨固區(qū)外形尺寸的前提下能夠獲得更大的承壓總面積，能夠提供更大的反力；或 者，在提供同樣數(shù)值反力的條件下，可以減小錨固結(jié)構(gòu)尺寸，從而減小了錨固區(qū)， 這同時也減小了重量和材料用量。多層式錨固方法，在制造上可以是預(yù)先制造的 金屬的錨固塊等形式的錨固結(jié)構(gòu)，預(yù)埋在混凝土梁或混凝土塔中，作為提供反力 的結(jié)構(gòu)物。
本發(fā)明的有益效果是采用了多層式承壓面，在承擔(dān)同樣大小拉索拉力的條 件下，能夠使拉索與混凝土梁或混凝土塔的錨固區(qū)中錨固結(jié)構(gòu)體積、重量和材料 用量減小50%，錨固區(qū)高度可減小49%,安裝更為方便，從而能夠減小制造和
施工成本約50%。


圖1斜拉橋拉索與梁的現(xiàn)有單層錨固方法示意圖。
圖2現(xiàn)有錨固中的一種錨固結(jié)構(gòu)一錨固塊示意圖。
圖3本發(fā)明實施例中采用的多層承壓面錨固塊示意圖。
圖4本發(fā)明實施例的多層式錨固方法示意圖。
圖5為本發(fā)明在跨徑為450米的斜拉橋的具體應(yīng)用示意圖。
圖中拉索l，單層錨固方法承受的拉力2，拉索錨頭3，錨固結(jié)構(gòu)4，梁5， 錨固結(jié)構(gòu)4與梁5錨固處總的高度6，單層錨固方法承壓面7，多層承壓面錨固 塊8，多層承壓面錨固塊的頂面9，多層承壓面錨固塊的底面10，多層承壓面錨 固塊的中心孔ll，多層承壓面錨固塊的一個承壓面12，槽13，槽的上表面14， 槽的下表面15，突齒16和17，多層式錨固承受拉索拉力18，錨固塊與梁上錨 固區(qū)高度的總和19，主梁20，塔柱21，多層承壓面錨固物22。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù) 范圍不限于下述的實施例。
如圖1-2所示，拉索1承受拉力2。拉力2通過拉索錨頭3和錨固結(jié)構(gòu)4傳 遞到梁5，得到平衡。此時錨固結(jié)構(gòu)4與梁5錨固處總的高度為6。錨固結(jié)構(gòu)4 與梁5之間的力傳遞是通過圖2所示的承壓面7實現(xiàn)的，此時承壓面7提供反力。 如果錨固結(jié)構(gòu)的材料是鋼，其抗壓強(qiáng)度大于混凝土，如果力2太大，則與承壓面 7相接觸的混凝土就被壓碎。所以當(dāng)梁5的混凝土材料一定時，承壓面7的面積 決定了力2的極限最大值；或者說，當(dāng)力2—定時，承壓面7不能小于一個極限 最小值?；炷量箟簭?qiáng)度一定時，增大承壓面積可以提高極限最大拉力2。這里 所述的錨固結(jié)構(gòu)形式之一是但不限于錨固塊。(下同)
如圖3所示，本實施例拉索與混凝土主梁錨固
首先設(shè)計多層承壓面錨固塊8，由整體鑄造而成，共有3層承壓面。該多層 承壓面錨固塊的頂面9也是承壓面，參與工作。底面10是非承壓面。中心孔ll 貫通頂面9和底面10，供拉索穿過并將在底面10下由錨頭限制而抵抗拉力。
第二步，在混凝土主梁的設(shè)計中預(yù)留與錨固塊8形狀與大小相適應(yīng)的位置，此時的位置是在主梁下側(cè)，錨固塊8底面10伸出梁底。
第三步，在澆注混凝土之前將此多層承壓面錨固塊8在模板和布設(shè)的鋼筋中 定位，即預(yù)埋于即將澆注的混凝土中。在此預(yù)埋階段，中心孔ll軸線的方向可 作為定位的參照。為了分散壓力，在頂面9離中心較遠(yuǎn)處設(shè)置臺階狀，形成另一 個承壓面12。在頂面9和底面10之間開槽，形成槽13，其所形成槽的上表面 14和下表面15，其中下表面15又構(gòu)成一個承壓面?？梢?，頂面9、承壓面12、 槽下表面15—起構(gòu)成多層承壓面，其面積是各承壓面面積的總和，且較之單層 承壓面大大增加。
第四步，澆注主梁，并實施混凝土養(yǎng)護(hù)。
第五步，混凝土養(yǎng)護(hù)至設(shè)計強(qiáng)度后，張拉拉索。拉索穿過主梁或塔柱與多層 承壓面錨固塊8的中心孔后，先緊固錨頭，再將拉索張拉至設(shè)計的拉力。開槽后 自然形成齒狀的突出部分，即突齒16和17。這些槽13和突齒與混凝土之間形 成良好的錨固作用，即形成錨固區(qū)，它提供的錨固力用以克服拉索拉力，而根據(jù) 作用與反作用原理，也可以說錨固作用提供了拉索的拉力，用以克服斜拉橋主梁 上所受到的荷載。由于多層承壓面面積的總和比單層承壓面面積大，所以在混凝 土抗壓強(qiáng)度一定時所提供的反力也比單層承壓面所能提供的反力大。或者，如果 僅需要提供與單層承壓面相同的反力，則多層承壓面錨固塊的直徑可以顯著減 小，體積、材料也顯著減小。
第六步，張拉斜拉橋的所有拉索，調(diào)整拉力，即進(jìn)入正常工作狀態(tài)。 如圖4所示，多層式錨固方法示意，錨固塊8是多層承壓面錨固結(jié)構(gòu)的一種
具體例子之一。與圖l所示的現(xiàn)有單層式錨固方法相比，多層式錨固方法在最大 外形尺寸與單層承壓面錨固方法相同的條件下，可以提供的反力(即可以承受的
拉索拉力)18是單層式錨固所能夠提供反力2的1.96—2.96倍，即提高了 96 —196%。以上假設(shè)兩種錨固結(jié)構(gòu)的材料相同。而如果采用不同材料，由于多層式 錨固方法比單層式錨固方法最大應(yīng)力減小了74.8%，因此，假如外形尺寸不變， 則理論上可以采用的材料強(qiáng)度可以減小74.8%，其結(jié)果就是顯著降低了材料成本。
如果需要承受的拉索最大拉力18不變，即承受拉索拉力18等于圖1中的拉 力2，如果采用本實施例的多層式錨固方法，則在多層承壓面錨固物高度不變的 條件下，直徑可以減小約31%，即為單層承壓面錨固方法的79%;體積減小了
49%，即為單層承壓面錨固體積的51%，由此重量也減小49%，即為單層承壓 面錨固方法重量的51%。如果多層承壓面錨固物直徑同單層式錨固，改變高度， 并且由于多層承壓面錨固物埋置于主梁或塔柱之中，則高度可以減小49%，即為 單層承壓面錨固的51%。以上兩種情況下，重量和材料用量減小約50%，減小制 造成本50%;安裝更為方便，從而能夠減小施工成本約20%,經(jīng)濟(jì)效益顯著。
如圖4所示的多層式錨固方法，錨固塊與梁上錨固區(qū)高度的總和19相比圖 1所示的單層承壓面錨固方法的相應(yīng)尺寸6減小，根據(jù)多層承壓面錨固塊8在梁 3中的埋入深度，可以減小相當(dāng)于多層承壓面錨固物高度的50%。
如圖5所示，跨徑為450米的斜拉橋的具體應(yīng)用
拉索系統(tǒng)由多根拉索1組成，雙面雙塔共88根斜拉索。拉索l的兩端與主 梁20及塔柱21可采用本發(fā)明所述的多層式錨固方法。雖然每根拉索與主梁20 的相交的角度不同，但由于多層承壓面錨固物22本身的重量與拉索拉力相比很 小，可以忽略不計，因此只要將拉索轉(zhuǎn)動一個角度，成為鉛垂方向，則受力圖都 是與上述圖l和圖4相同的。即使每根拉索的索力不同，上述尺寸和重量之間的 比例關(guān)系仍然成立。每根拉索與水平主梁之間都靠錨固連接，多層承壓面錨固物 即在此區(qū)域。由于錨固原理是相同的，所以本發(fā)明可以推廣應(yīng)用到所有的拉索與 斜拉橋主梁和塔柱的錨固中。這里多層承壓面錨固物形式之一是但不限于錨固 塊。采用本發(fā)明的多層式錨固方法，材料成本減少約50%，安裝成本減少約20 % ，如果每個錨固現(xiàn)有制造和安裝成本分別為1. 2萬元和0. 2萬元，總共88根 拉索，兩端共176個錨固，共降低成本112.642萬元。
權(quán)利要求
1.一種斜拉橋多層式錨固方法，其特征在于包括以下步驟第一步，設(shè)計多層承壓面錨固物設(shè)計的多層承壓面錨固物具有2層或2層以上承壓面，該多層承壓面錨固物為一個整體結(jié)構(gòu)，其頂面和底面相互平行，中心有一個貫穿頂面和底面的孔，在頂面和底面之間的外表面開槽，則槽的下表面構(gòu)成承壓面；第二步，在主梁或塔柱的錨固區(qū)設(shè)計與多層承壓面錨固物相適應(yīng)的形狀和尺寸在斜拉橋的混凝土主梁或塔柱上對應(yīng)于擬安裝第一步所述多層承壓面錨固物的位置，按照多層承壓面錨固物尺寸預(yù)留其安裝時的位置，此外，在多層承壓面上部及周邊混凝土中配置加強(qiáng)鋼筋；第三步，安裝模板、布置和綁扎鋼筋期間，安裝多層承壓面錨固物先實施多層承壓面錨固物在模板中的定位，按照預(yù)埋件的施工工藝，將承壓面在澆注主梁或塔柱的模板中定位；第四步，澆注混凝土、養(yǎng)護(hù)混凝土；第五步，混凝土養(yǎng)護(hù)至設(shè)計強(qiáng)度，張拉拉索，拉索穿過主梁或塔柱與多層承壓面錨固物的中心孔后，先緊固錨頭，再將拉索張拉至設(shè)計的拉力；第六步，張拉斜拉橋的所有拉索，調(diào)整拉力，即進(jìn)入正常工作狀態(tài)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的斜拉橋多層式錨固方法，其特征是在提供同樣數(shù) 值用拉索拉力的條件下，減小多層承壓面錨固物體積采用減小多層承壓面錨固物 的直徑，或在相同直徑時減小多層承壓面錨固物高度的方法。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的斜拉橋多層式錨固方法，其特征是所述多層承壓 面錨固物為多層承壓面錨固塊，其頂面也是承壓面，參與工作。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的斜拉橋多層式錨固方法，其特征是所述多層式錨 固方法適用于斜拉橋拉索與主梁及拉索與塔柱的錨固。
全文摘要
本發(fā)明公開一種土木工程技術(shù)領(lǐng)域的斜拉橋多層式錨固方法，首先設(shè)計多層承壓面錨固物，多層承壓面錨固物具有2層或2層以上承壓面，其上下表面相互平行，中心有一個貫穿上下表面的孔，在上下表面之間的外表面開槽，則槽的下表面構(gòu)成承壓面；然后在主梁或塔柱的錨固區(qū)設(shè)計與多層承壓面錨固物相適應(yīng)的形狀和尺寸，按照多層承壓面錨固物尺寸預(yù)留其安裝時的位置，在多層承壓面上部及周邊混凝土中配置加強(qiáng)鋼筋；再安裝多層承壓面錨固物；澆注混凝土、養(yǎng)護(hù)混凝土至設(shè)計強(qiáng)度，張拉拉索，調(diào)整拉力，即進(jìn)入正常工作狀態(tài)。本發(fā)明采用多個承壓面同時提供反力來平衡拉索拉力，克服了現(xiàn)有斜拉橋拉索錨固中的錨具體積大、重量大、材料用量大的缺點。
文檔編號E01D19/14GK101338548SQ20081004070
公開日2009年1月7日 申請日期2008年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月17日
發(fā)明者方從啟 申請人:上海交通大學(xué)