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斜拉桥多层承压面锚固物

阅读：1126发布：2020-09-16

IPRDB可以提供斜拉桥多层承压面锚固物专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开一种土木工程技术领域的斜拉桥多层承压面锚固物，包括顶面、底面、两个以上的承压面、中间孔、槽、突齿，这些面和齿是一体化结构，顶面和底面相互平行，顶面也作为一个承压面，中间孔为圆孔，它贯通整个锚固物的上下，在顶面和底面之间的外圆周设有槽，槽深小于沿槽深方向截面尺寸的一半，槽的下表面构成承压面，槽的底面构成内接面，槽与槽之间以及槽与底面之间构成突齿。本发明多个承压面同时提供反力来平衡拉索拉力，使其克服了现有斜拉桥拉索锚固中仅靠锚具一个承压面提供反力、锚固区体积大、重量大、材料用量大的缺点。，下面是斜拉桥多层承压面锚固物专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种斜拉桥多层承压面锚固物，其特征在于，包括顶面、底面、两个以上的承压面、中间孔、槽、突齿，这些面和齿是一体化结构，顶面和底面相互平行，顶面也作为一个承压面，中间孔为圆孔，它贯通整个锚固物的上下，在顶面和底面之间的外圆周设有槽，槽深小于沿槽深方向截面尺寸的一半，槽的下表面构成承压面，槽的底面构成内接面，槽与槽之间以及槽与底面之间构成突齿。

2、根据权利要求1所述的斜拉桥多层承压面锚固物，其特征是，所述中间孔，其中心线与承压面垂直。

3、根据权利要求1或2所述的斜拉桥多层承压面锚固物，其特征是，所述中心孔的直径比拉索外径大，拉索从顶面通过中间孔穿入，从底面穿出。

4、根据权利要求1或2所述的斜拉桥多层承压面锚固物，其特征是，所述中心孔与顶面和底面之间的连接呈45°的倒角，倒角沿轴线方向高度为3mm-5 mm。

5、根据权利要求1所述的斜拉桥多层承压面锚固物，其特征是，所述两个以上的承压面，其截面形状是圆、矩形或多边形。

6、根据权利要求1所述的斜拉桥多层承压面锚固物，其特征是，所述内接面、外接面之间的连接是圆弧过渡，圆弧半径大于或者等于3mm。

7、根据权利要求1所述的斜拉桥多层承压面锚固物，其特征是，所述槽的最小高度大于或者等于3cm。

8、根据权利要求1或7所述的斜拉桥多层承压面锚固物，其特征是，所述槽内布置钢丝网或钢筋。

说明书全文

技术领域

本发明涉及一种土木工程技术领域的斜拉桥的锚固连接物，具体是一种斜拉桥多层承压面锚固物。

背景技术

斜拉桥是一种拉索支撑体系，斜拉桥跨越能力大，经济性能好；斜拉桥的主要承重构件是塔、拉索和主梁。斜拉索与主梁和桥塔之间都需要连接，这种连接称为锚固，其连接区域称为锚固区。斜拉桥拉索锚固所用的结构，或称锚具，其形式目前已有四种：热铸锚、镦头锚、冷铸镦头锚和夹片式群锚。前三种锚具都可以事先接装在拉索上，称为拉锚式锚具；装配夹片式群锚的拉索，张拉时千斤顶直接拉钢索，张拉结束后锚具才发挥作用，夹片式群锚又称为拉丝式锚具。用于斜拉桥拉索锚固的以上几种锚具结构提供反力的承压面只有一个，即单承压面，其面积相对较小，要克服巨大的索力，只能加大锚具体积，使得锚箱底板区厚度大，增大了锚具重量，这样既浪费材料，增加了锚具本身的成本，同时由于锚具体积大，使得锚固区结构复杂，给制造带和安装来麻烦，也增加了造价。
经对现有技术的文献检索发现，绍旭东等在《桥梁设计与计算》(人民交通出版社2007年2月第一版，535页)上关于“拉索的锚固”一节，该文中提出斜拉索在混凝土梁的锚固结构，具体为：在混凝土梁上设置锚固块，由锚固块的表面提供反力平衡拉索拉力。其不足在于：依靠锚固块单层承压面提供反力，锚固块体积大，材料用量大，也增加了主梁的自重，最终增加了造价。
现有拉索锚固技术的不足可以归纳为以下几方面：
(1)锚具制造成本高。这是因为锚具体积大、重量大，因此材料用量大，且其制造工艺复杂，甚至有些锚具需要高温处理工艺。
(2)在受力方面，传力路径复杂，锚具边缘有应力集中产生，需要特殊处理工艺，额外增加了成本。
(3)维护保养不方便，成本高，结构安全性得不到根本保障。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种斜拉桥多层承压面锚固物，替代现有的锚具，多个承压面同时提供反力来平衡拉索拉力，使其克服了现有斜拉桥拉索锚固中仅靠锚具一个承压面提供反力、锚固区体积大、重量大、材料用量大的缺点。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明所述的斜拉桥多层承压面锚固物是一个独立的金属构件，包括顶面、底面、两个以上的承压面、中间孔、槽、突齿，这些面和齿都是通过铸造而自然形成或机械加工形成的一体化结构，各个几何面之间没有其它连接构件。顶面和底面相互平行；中间孔为圆孔，它贯通整个锚固物上下，其直径大小能够保证拉索从中间穿过，其中心线通常与承压面垂直，但根据需要也可以不垂直。在顶面和底面之间外圆周开槽，槽深小于沿槽深方向截面尺寸的一半，以保证槽不至于贯通，则槽的下表面构成承压面，槽的底面构成内接面，槽与槽之间以及槽与底面之间构成突齿。
多层承压面的截面形状可以是圆，但也可以是矩形或多边形。使用时，多层承压面锚固物顶面在工作时也作为一个承压面。多层承压面锚固物埋置于混凝土梁或塔中，槽中也填满混凝土，其中有钢筋加强，由于混凝土有良好的可浇注性能，这是容易做到的。拉索从顶面通过中间孔穿入，从底面穿出后，由锚头固定，而拉索拉力通过锚固传递给多层承压面锚固物底面，在拉索拉力作用下各承压面都压紧混凝土，由此产生反力并平衡拉索的拉力。浇注混凝土之前将多层承压面锚固物按照工作位置固定于模板，使中间孔中心线与工作时的拉索轴线重合。混凝土浇注并硬化后，多层承压面锚固物即与混凝土梁或塔成为一体。拉索张拉后，所有承压面同时产生反力，总的反力与承压面的总面积成正比。
本发明中，突齿的厚度，在设计时可以根据抗剪强度来验算，如果需要提供的总反力并没有增加，承压面积的增加使得总反力分摊到单位承压面积上的力反而减小，在材料相同的条件下抗剪强度满足。
本发明的有益效果是：以多层承压面替代了锚具，在承担同样大小拉索拉力的条件下，体积、重量和材料用量显著减小，而安装更为简便，且不需经常性的维护保养，从而减小成本。

附图说明

图1斜拉桥拉索与梁的锚固采用现有锚固形式的示意图。
图2单层锚固块示意图。
图3本发明所述的斜拉桥多层承压面锚固物结构示意图。
图4采用本发明所述的多层承压面的斜拉桥锚固示意。
图5为本发明具体应用实例，一个跨径450米的斜拉桥示意图。
图中：拉索1，拉力2，拉索锚头3，锚固块4，梁5，单层锚固块4与梁5 锚固处总的高度6，单层承压面7，多层承压面8，顶面9，底面10，中心孔11，多层承压面中的一个承压面12，槽13，槽上表面14，槽下表面15，突齿16和 17，内接面18，突齿的外接面19，倒角20和21，采用多层承压面时拉索最大拉力22，多层承压面锚固块与梁上锚固区高度的总和23，主梁24，多层承压面锚固块25。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1-2所示，拉索1承受拉力2。拉力通过拉索锚头3和锚固块4传递到梁5，得到平衡。此时锚固块4与梁5锚固处总的高度为6。锚固块4与梁5之间的力传递是通过图2所示的单层承压面7实现的，此时承压面7提供反力。如果锚固块的材料是钢，其抗压强度大于混凝土，如果力2太大，则与单层承压面 7相接触的混凝土就被压碎。所以梁的混凝土材料一定时，单层承压面7的面积决定了力2的极限最大值；或者说，当力2一定时，承压面7不能小于一个极限最小值。混凝土抗压强度一定时，增大承压面积可以提高极限最大拉力2。
图3所示是采用本发明所述的多层承压面锚固物8。多层承压面锚固物是一个整体结构，其外形可以是圆、矩形或其它形状。除中心孔11的圆周面外，各部分形状通过铸造得到。
多层承压面锚固物顶面9也是一个承压面参与工作。这里承压面是指工作状态下作为主要承受拉索拉力且受力方向与拉索拉力相反的受力面。多层承压面锚固物底面10是非承压面，但在工作状态下承受拉索锚头3的压力。多层承压面锚固物中心孔11从顶面9到底面10贯通，供拉索1穿过并将在底面下有锚头限制而抵抗拉力。中心孔11的直径比拉索外径略大，其圆周面是在铸造形成后再机械加工，以保证良好的精度。
在主体结构(即梁或塔)浇注混凝土之前，将此多层承压面在模板和布设的钢筋中定位，即预埋于即将浇注的混凝土中。在此预埋阶段，中心孔11轴线的方向可作为定位的参照。为了分散压力，在顶面9离中心较远处设置台阶状，形成另一个承压面12。在铸造前的模具制造阶段，在顶面9和底面10之间的外圆周开槽，形成槽13，其所形成的上表面14和下表面15，其中下表面15又构成一个承压面。槽的上下表面互相平行，而截面形状可以是圆、矩形或多边形，通常与外形形状相同。可见，顶面9、承压面12、槽下表面15一起构成了多层承压面，其面积是各承压面面积的总和，且较之单层承压面大大增加。当拉索张拉后所有承压面同时提供反力来克服拉索拉力。
在梁或塔建造过程的布置钢筋阶段，多层承压面锚固物的槽13内也布设钢筋，构成钢筋混凝土。此外，开槽后自然形成齿状的突出部分，即突齿16和17。开槽还形成内接面18、突齿的外接面19，其中内接面18是指槽13从外向里最深处构成的平面，外接面19是指最外表面开槽13后自然形成的突齿上的部分。突齿的上表面即为槽13的下表面，也可以是顶面或顶面的台阶平面，它构成承压面。
浇注混凝土后，由于槽13内充满混凝土，内接面18是混凝土深入槽13内的界面，而外接面19是多层承压面深入混凝土中的最大尺寸边界界面。槽13 和突齿16、17保证了多层承压面与混凝土之间的良好锚固作用。各个面之间的连接，除中心孔11与顶面9和底面10之间的连接外，都是圆弧过渡，圆弧半径不小于3mm，这些圆弧过渡可有效避免应力集中。中心孔11与顶面9和底面10 之间的连接45°的倒角20和21，倒角沿轴线方向高度为3-5mm，这些倒角的作用是一方面避免应力集中，另一方面易于穿索，且避免穿索时对拉索的摩擦损伤。
槽13内布置钢丝网或钢筋。浇注混凝土后，槽13内充满钢筋混凝土，而突齿16和17则深入混凝土中。混凝土浇注并养护28天后，其强度达到设计强度的95％左右，此时，这些槽13、突齿16和17与混凝土之间形成良好的锚固作用，即形成锚固区，它提供的锚固力用以克服拉索拉力，而根据作用与反作用原理，也可以说锚固作用保证了拉索的拉力，用以克服斜拉桥主梁上所受到的荷载。
此外，开槽的位置以及槽13的最大高度，是根据开槽后留存的厚度最小的突齿的根部的抗剪强度验算来确定，而槽13的最小高度要适于布置钢丝网或钢筋，通常不小于3cm。由于多层承压面锚固物8承压面面积的总和比单层承压面面积大，所以在混凝土抗压强度一定时所提供的反力也比单层承压面所能提供的反力大。或者，如果仅需要提供与单层承压面相同的反力，则多层承压面锚固物的直径可以显著减小，体积、材料也显著减小。
图4为本实施例所述的多层承压面锚固块工作示意图。锚固块8仅是多层承压面锚固结构物的一种具体例子之一。与图1所示的现有单层承压面锚固结构相比，多层承压面在最大外形尺寸与单层承压面锚固块相同的条件下，则可以提供的反力(即可以承受的拉索拉力)22是单层承压面锚固块所能够提供反力2的 1.96-2.96倍，即提高了96-196％。以上假设两种锚固块的材料相同。而如果采用不同材料，由于多层承压面锚固块比单层承压面锚固块最大应力减小了 74.8％，因此，假如外形尺寸不变，则理论上可以采用的材料强度可以减小74.8％，其结果就是显著降低了材料成本。
如果需要承受的拉索最大拉力22不变，即承受拉索拉力22等于图1中的拉力2，如果采用本发明的多层承压面锚固块，则在锚固块高度不变的条件下，直径可以减小31％，即为单层承压面锚固块的79％；体积减小了49％，即为单层承压面锚固块体积的51％，由此重量也减小49％，即为单层承压面锚固块重量的51％。如果多层承压面锚固块直径同单层承压面锚固块，改变高度，则总高度23可以减小49％，即为单层承压面锚固块的51％。以上两种情况下，重量和材料用量减小约50％，极大地降低了成本。
图4，多层承压面锚固示意图。多层承压面锚固块与梁上锚固区高度的总和 23相比图1所示的单层承压面锚固块的相应尺寸2减小，根据多层承压面锚固块8在梁3中的埋入深度，可以减小相当于多层承压面锚固块高度的50％。
图5为具体应用实例，一个跨径450米的斜拉桥示意图。拉索系统有多根拉索1组成。虽然每根拉索与主梁24的相交的角度不同，但由于多层承压面锚固块25本身的重量与拉索拉力相比很小，可以忽略不计，因此只要将拉索转动一个角度，成为铅垂方向，则受力图都是与上述图1和图4相同的。即使每根拉索的索力不同，上述尺寸和重量之间的比例关系仍然成立。每根拉索与水平主梁之间都靠锚固连接，锚固块即在此区域。拉索共88根，两端共176个锚固。采用本发明的多层承压面锚固，材料成本减少约50％，制造成本减小70％，如果每个现有锚具材料和制造成本分别为0.4万元和1.2万元，总共88根拉索，两端共176个锚固，共降低成本183.04万元。

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