專利名稱：斜拉橋多層承壓面錨固物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種土木工程技術(shù)領(lǐng)域的斜拉橋的錨固連接物，具體是一種斜拉 橋多層承壓面錨固物。
背景技術(shù)：
斜拉橋是一種拉索支撐體系，斜拉橋跨越能力大，經(jīng)濟(jì)性能好；斜拉橋的主 要承重構(gòu)件是塔、拉索和主梁。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)。斜拉橋拉索錨固所用的結(jié)構(gòu)，或稱錨具，其 形式目前已有四種熱鑄錨、鐓頭錨、冷鑄鐓頭錨和夾片式群錨。前三種錨具都 可以事先接裝在拉索上，稱為拉錨式錨具；裝配夾片式群錨的拉索，張拉時(shí)千斤 頂直接拉鋼索，張拉結(jié)束后錨具才發(fā)揮作用，夾片式群錨又稱為拉絲式錨具。用 于斜拉橋拉索錨固的以上幾種錨具結(jié)構(gòu)提供反力的承壓面只有一個(gè)，即單承壓 面，其面積相對(duì)較小，要克服巨大的索力，只能加大錨具體積，使得錨箱底板區(qū) 厚度大，增大了錨具重量，這樣既浪費(fèi)材料，增加了錨具本身的成本，同時(shí)由于 錨具體積大，使得錨固區(qū)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，給制造帶和安裝來麻煩，也增加了造價(jià)。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，紹旭東等在《橋梁設(shè)計(jì)與計(jì)算》(人民交通 出版社2007年2月第一版，535頁(yè))上關(guān)于"拉索的錨固" 一節(jié)，該文中提出 斜拉索在混凝土梁的錨固結(jié)構(gòu)，具體為在混凝土梁上設(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，最終增加了造價(jià)。
現(xiàn)有拉索錨固技術(shù)的不足可以歸納為以下幾方面
(1) 錨具制造成本高。這是因?yàn)殄^具體積大、重量大，因此材料用量大， 且其制造工藝復(fù)雜，甚至有些錨具需要高溫處理工藝。
(2) 在受力方面，傳力路徑復(fù)雜，錨具邊緣有應(yīng)力集中產(chǎn)生，需要特殊處 理工藝，額外增加了成本。
(3) 維護(hù)保養(yǎng)不方便，成本高，結(jié)構(gòu)安全性得不到根本保障。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種斜拉橋多層承壓面錨固物，替代現(xiàn)有 的錨具，多個(gè)承壓面同時(shí)提供反力來平衡拉索拉力，使其克服了現(xiàn)有斜拉橋拉索 錨固中僅靠錨具一個(gè)承壓面提供反力、錨固區(qū)體積大、重量大、材料用量大的缺點(diǎn)。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明所述的斜拉橋多層承壓面錨固物 是一個(gè)獨(dú)立的金屬構(gòu)件，包括頂面、底面、兩個(gè)以上的承壓面、中間孔、槽、突 齒，這些面和齒都是通過鑄造而自然形成或機(jī)械加工形成的一體化結(jié)構(gòu)，各個(gè)幾 何面之間沒有其它連接構(gòu)件。頂面和底面相互平行；中間孔為圓孔，它貫通整個(gè) 錨固物上下，其直徑大小能夠保證拉索從中間穿過，其中心線通常與承壓面垂直， 但根據(jù)需要也可以不垂直。在頂面和底面之間外圓周開槽，槽深小于沿槽深方向 截面尺寸的一半，以保證槽不至于貫通，則槽的下表面構(gòu)成承壓面，槽的底面構(gòu) 成內(nèi)接面，槽與槽之間以及槽與底面之間構(gòu)成突齒。
多層承壓面的截面形狀可以是圓，但也可以是矩形或多邊形。使用時(shí)，多層 承壓面錨固物頂面在工作時(shí)也作為一個(gè)承壓面。多層承壓面錨固物埋置于混凝土 梁或塔中，槽中也填滿混凝土，其中有鋼筋加強(qiáng)，由于混凝土有良好的可澆注性 能，這是容易做到的。拉索從頂面通過中間孔穿入，從底面穿出后，由錨頭固定， 而拉索拉力通過錨固傳遞給多層承壓面錨固物底面，在拉索拉力作用下各承壓面 都?jí)壕o混凝土，由此產(chǎn)生反力并平衡拉索的拉力。澆注混凝土之前將多層承壓面 錨固物按照工作位置固定于模板，使中間孔中心線與工作時(shí)的拉索軸線重合。混 凝土澆注并硬化后，多層承壓面錨固物即與混凝土梁或塔成為一體。拉索張拉后， 所有承壓面同時(shí)產(chǎn)生反力，總的反力與承壓面的總面積成正比。
本發(fā)明中，突齒的厚度，在設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)抗剪強(qiáng)度來驗(yàn)算，如果需要提供 的總反力并沒有增加，承壓面積的增加使得總反力分?jǐn)偟絾挝怀袎好娣e上的力反 而減小，在材料相同的條件下抗剪強(qiáng)度滿足。
本發(fā)明的有益效果是以多層承壓面替代了錨具，在承擔(dān)同樣大小拉索拉力 的條件下，體積、重量和材料用量顯著減小，而安裝更為簡(jiǎn)便，且不需經(jīng)常性的 維護(hù)保養(yǎng)，從而減小成本。


圖1斜拉橋拉索與梁的錨固采用現(xiàn)有錨固形式的示意圖。
圖2單層錨固塊示意圖。
圖3本發(fā)明所述的斜拉橋多層承壓面錨固物結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4采用本發(fā)明所述的多層承壓面的斜拉橋錨固示意。 圖5為本發(fā)明具體應(yīng)用實(shí)例， 一個(gè)跨徑450米的斜拉橋示意圖。 圖中拉索l，拉力2，拉索錨頭3，錨固塊4，梁5，單層錨固塊4與梁5 錨固處總的高度6，單層承壓面7，多層承壓面8，頂面9，底面IO，中心孔ll, 多層承壓面中的一個(gè)承壓面12，槽13，槽上表面14，槽下表面15，突齒16和 17，內(nèi)接面18，突齒的外接面19，倒角20和21，采用多層承壓面時(shí)拉索最大 拉力22，多層承壓面錨固塊與梁上錨固區(qū)高度的總和23，主梁24，多層承壓面 錨固塊25。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)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(shí)施例。
如圖1-2所示，拉索1承受拉力2。拉力通過拉索錨頭3和錨固塊4傳遞到 梁5，得到平衡。此時(shí)錨固塊4與梁5錨固處總的高度為6。錨固塊4與梁5之 間的力傳遞是通過圖2所示的單層承壓面7實(shí)現(xiàn)的，此時(shí)承壓面7提供反力。如 果錨固塊的材料是鋼，其抗壓強(qiáng)度大于混凝土，如果力2太大，則與單層承壓面 7相接觸的混凝土就被壓碎。所以梁的混凝土材料一定時(shí)，單層承壓面7的面積 決定了力2的極限最大值；或者說，當(dāng)力2—定時(shí)，承壓面7不能小于一個(gè)極限 最小值。混凝土抗壓強(qiáng)度一定時(shí)，增大承壓面積可以提高極限最大拉力2。
圖3所示是采用本發(fā)明所述的多層承壓面錨固物8。多層承壓面錨固物是一 個(gè)整體結(jié)構(gòu)，其外形可以是圓、矩形或其它形狀。除中心孔11的圓周面外，各 部分形狀通過鑄造得到。
多層承壓面錨固物頂面9也是一個(gè)承壓面參與工作。這里承壓面是指工作狀 態(tài)下作為主要承受拉索拉力且受力方向與拉索拉力相反的受力面。多層承壓面錨 固物底面10是非承壓面，但在工作狀態(tài)下承受拉索錨頭3的壓力。多層承壓面 錨固物中心孔11從頂面9到底面10貫通，供拉索1穿過并將在底面下有錨頭限 制而抵抗拉力。中心孔11的直徑比拉索外徑略大，其圓周面是在鑄造形成后再 機(jī)械加工，以保證良好的精度。 在主體結(jié)構(gòu)(即梁或塔)澆注混凝土之前，將此多層承壓面在模板和布設(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(tái)階狀，形 成另一個(gè)承壓面12。在鑄造前的模具制造階段，在頂面9和底面10之間的外圓 周開槽，形成槽13，其所形成的上表面14和下表面15，其中下表面15又構(gòu)成 一個(gè)承壓面。槽的上下表面互相平行，而截面形狀可以是圓、矩形或多邊形，通 常與外形形狀相同。可見，頂面9、承壓面12、槽下表面15—起構(gòu)成了多層承 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。當(dāng)拉索張拉 后所有承壓面同時(shí)提供反力來克服拉索拉力。
在梁或塔建造過程的布置鋼筋階段，多層承壓面錨固物的槽13內(nèi)也布設(shè)鋼 筋，構(gòu)成鋼筋混凝土。此外，開槽后自然形成齒狀的突出部分，即突齒16和17。 開槽還形成內(nèi)接面18、突齒的外接面19，其中內(nèi)接面18是指槽13從外向里最 深處構(gòu)成的平面，外接面19是指最外表面開槽13后自然形成的突齒上的部分。 突齒的上表面即為槽13的下表面，也可以是頂面或頂面的臺(tái)階平面，它構(gòu)成承 壓面。
澆注混凝土后，由于槽13內(nèi)充滿混凝土，內(nèi)接面18是混凝土深入槽13內(nèi) 的界面，而外接面19是多層承壓面深入混凝土中的最大尺寸邊界界面。槽13 和突齒16、 17保證了多層承壓面與混凝土之間的良好錨固作用。各個(gè)面之間的 連接，除中心孔11與頂面9和底面10之間的連接外，都是圓弧過渡，圓弧半徑 不小于3隨，這些圓弧過渡可有效避免應(yīng)力集中。中心孔11與頂面9和底面10 之間的連接45°的倒角20和21，倒角沿軸線方向高度為3-5腿，這些倒角的 作用是一方面避免應(yīng)力集中，另一方面易于穿索，且避免穿索時(shí)對(duì)拉索的摩擦損 傷。
槽13內(nèi)布置鋼絲網(wǎng)或鋼筋。澆注混凝土后，槽13內(nèi)充滿鋼筋混凝土，而突 齒16和17則深入混凝土中。混凝土澆注并養(yǎng)護(hù)28天后，其強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度 的95%左右，此時(shí)，這些槽13、突齒16和17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，也可以說錨固作用保證了拉索的拉力，用以克服斜拉橋主梁上所受到的荷載。
此外，開槽的位置以及槽13的最大高度，是根據(jù)開槽后留存的厚度最小的 突齒的根部的抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算來確定，而槽13的最小高度要適于布置鋼絲網(wǎng)或鋼
筋，通常不小于3cm。由于多層承壓面錨固物8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(shí)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 物的直徑可以顯著減小，體積、材料也顯著減小。
圖4為本實(shí)施例所述的多層承壓面錨固塊工作示意圖。錨固塊8僅是多層承 壓面錨固結(jié)構(gòu)物的一種具體例子之一。與圖1所示的現(xiàn)有單層承壓面錨固結(jié)構(gòu)相 比，多層承壓面在最大外形尺寸與單層承壓面錨固塊相同的條件下，則可以提供 的反力(即可以承受的拉索拉力)22是單層承壓面錨固塊所能夠提供反力2的 1.96—2.96倍，即提高了 96—196%。以上假設(shè)兩種錨固塊的材料相同。而如果 采用不同材料，由于多層承壓面錨固塊比單層承壓面錨固塊最大應(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22不變，即承受拉索拉力22等于圖1中的拉 力2，如果采用本發(fā)明的多層承壓面錨固塊，則在錨固塊高度不變的條件下，直 徑可以減小31%，即為單層承壓面錨固塊的79%;體積減小了49%，即為單層 承壓面錨固塊體積的51%,由此重量也減小49%，即為單層承壓面錨固塊重量 的51%。如果多層承壓面錨固塊直徑同單層承壓面錨固塊，改變高度，則總高 度23可以減小49%，即為單層承壓面錨固塊的51%。以上兩種情況下，重量和材 料用量減小約50%，極大地降低了成本。
圖4，多層承壓面錨固示意圖。多層承壓面錨固塊與梁上錨固區(qū)高度的總和 23相比圖1所示的單層承壓面錨固塊的相應(yīng)尺寸2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)于多層承壓面錨固塊高度的50% 。
圖5為具體應(yīng)用實(shí)例， 一個(gè)跨徑450米的斜拉橋示意圖。拉索系統(tǒng)有多根拉 索1組成。雖然每根拉索與主梁24的相交的角度不同，但由于多層承壓面錨固 塊25本身的重量與拉索拉力相比很小，可以忽略不計(jì)，因此只要將拉索轉(zhuǎn)動(dòng)一 個(gè)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，錨固塊即在此區(qū)域。拉索共88根，兩端共176個(gè)錨固。采用本發(fā)明的多層承壓面錨固，材料成本減少約50%，制造成本減小70%,如果每 個(gè)現(xiàn)有錨具材料和制造成本分別為0. 4萬元和1. 2萬元，總共88根拉索，兩端 共176個(gè)錨固，共降低成本183.04萬元。
權(quán)利要求
1.一種斜拉橋多層承壓面錨固物，其特征在于，包括頂面、底面、兩個(gè)以上的承壓面、中間孔、槽、突齒，這些面和齒是一體化結(jié)構(gòu)，頂面和底面相互平行，頂面也作為一個(gè)承壓面，中間孔為圓孔，它貫通整個(gè)錨固物的上下，在頂面和底面之間的外圓周設(shè)有槽，槽深小于沿槽深方向截面尺寸的一半，槽的下表面構(gòu)成承壓面，槽的底面構(gòu)成內(nèi)接面，槽與槽之間以及槽與底面之間構(gòu)成突齒。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的斜拉橋多層承壓面錨固物，其特征是，所述中間孔，其中心線與承壓面垂直。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的斜拉橋多層承壓面錨固物，其特征是，所述 中心孔的直徑比拉索外徑大，拉索從頂面通過中間孔穿入，從底面穿出。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的斜拉橋多層承壓面錨固物，其特征是，所述 中心孔與頂面和底面之間的連接呈45。的倒角，倒角沿軸線方向高度為3mm-5 腿。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的斜拉橋多層承壓面錨固物，其特征是，所述兩個(gè) 以上的承壓面，其截面形狀是圓、矩形或多邊形。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的斜拉橋多層承壓面錨固物，其特征是，所述內(nèi)接 面、外接面之間的連接是圓弧過渡，圓弧半徑大于或者等于3 ■。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的斜拉橋多層承壓面錨固物，其特征是，所述槽的 最小高度大于或者等于3 cm。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的斜拉橋多層承壓面錨固物，其特征是，所述 槽內(nèi)布置鋼絲網(wǎng)或鋼筋。
全文摘要
本發(fā)明公開一種土木工程技術(shù)領(lǐng)域的斜拉橋多層承壓面錨固物，包括頂面、底面、兩個(gè)以上的承壓面、中間孔、槽、突齒，這些面和齒是一體化結(jié)構(gòu)，頂面和底面相互平行，頂面也作為一個(gè)承壓面，中間孔為圓孔，它貫通整個(gè)錨固物的上下，在頂面和底面之間的外圓周設(shè)有槽，槽深小于沿槽深方向截面尺寸的一半，槽的下表面構(gòu)成承壓面，槽的底面構(gòu)成內(nèi)接面，槽與槽之間以及槽與底面之間構(gòu)成突齒。本發(fā)明多個(gè)承壓面同時(shí)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僅靠錨具一個(gè)承壓面提供反力、錨固區(qū)體積大、重量大、材料用量大的缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)E01D19/00GK101338549SQ20081004070
公開日2009年1月7日 申請(qǐng)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, 易美英 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)