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)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 都壓緊混凝土，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?；炷量箟簭?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?？梢姡斆?、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?；炷翝沧⒉B(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?；蛘?，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E01D19/00GK101338549SQ20081004070
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, 易美英 申請人:上海交通大學(xué)