CN203668827U - 一种适用于无锚跨自锚式悬索桥的外悬式主缆锚固构造 - Google Patents

Abstract

一种适用于无锚跨自锚式悬索桥的外悬式主缆锚固构造，包括主缆锚固梁段、边锚箱和加劲梁箱体，其中，边锚箱包括锚下支撑钢板、侧板、顶板和底板，以及由上述板构成的锚固室；且在所述锚固室中设有一倾斜设置且使主缆入射角减小到15.2°的铸钢锚碇；锚固板的锚固面整体铣平，且在锚固板锚头处设有调整索股角度的钢垫块；边锚箱和加劲梁箱体的隔板和顶板对应位置均开设供索股穿过的孔洞；所述散索套位于主缆边锚箱或加劲梁箱体的内部腔室中。本实用新型是通过使用内悬式散索套减小了入射角，从而降低压重数量和改善了主缆扩散传力，又通过锚固面向后悬出梁体来缩短锚固区长度，从而改善主缆和吊杆受力。

Description

一种适用于无锚跨自锚式悬索桥的外悬式主缆锚固构造

技术领域

本实用新型涉及自锚式悬索桥技术领域，具体地说是一种适用于无锚跨自锚式悬索桥的外悬式主缆锚固构造。

背景技术

自锚式悬索桥是悬索桥的一个特殊形式，同一般的悬索桥相比, 它不需要体积庞大的锚锭，而把主缆锚固于加劲梁的两端。梁上的锚固构造是将主缆的局部集中力安全、均匀地传递到加劲梁全断面的重要构造，其设计也是自锚式悬索桥设计构思的重中之重, 甚至一定程度上决定了总体设计布局。尤其是大跨度自锚式悬索桥，主缆拉力大，锚固构造复杂，锚下应力分布难以准确把握。主缆锚固构造应综合考虑结构受力、锚固构造、施工工艺等要求，使其达到传力可靠、安全耐久、易于维护等基本要求。

据统计，目前国内外已建成几十座自锚式悬索桥，绝大多数桥梁设置了锚跨，代表桥梁有长沙三汊矶湘江大桥、佛山平胜大桥、广州猎徳大桥、福州鼓山大桥、青岛海湾大沽河航道桥等，仅有日本此花大桥、韩国永宗大桥、宁波庆丰桥和杭州江东桥等少数桥未设置锚跨。其中日本此花大桥和韩国永宗大桥未找到其主缆锚固构造的相关资料，宁波庆丰桥采用了混凝土锚固方式，利用大体积混凝土的自重来平衡主缆上拔力；杭州江东桥采用了钢结构锚固，主缆在边跨未设置吊杆，呈直线状，与水平面夹角37°，主缆在锚固区设置散索鞍进行散索，散索后主缆中心线与水平面夹角42°。

宁波庆丰桥的混凝土锚固方式存在体量大，景观效果差，同时锚下应力相当复杂，混凝土结构存在开裂问题，影响结构耐久性；杭州江东桥的钢结构锚固由于主缆的入射角度大，其主缆力的竖向分力也很大，因此需要在主缆锚固区施加大量压重来平衡。

本实用新型针对上述问题旨在有效降低压重数量，并不影响主缆和吊杆的合理受力。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种适用于无锚跨自锚式悬索桥的外悬式主缆锚固构造，通过减小主缆入射角，降低主缆上拔力，并减小压重数量，从整体上优化锚固构造。

本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：一种适用于无锚跨自锚式悬索桥的外悬式主缆锚固构造，包括主缆锚固梁段、边锚箱和加劲梁箱体，主缆锚固梁段的两侧或中央为锚固区，且沿横向分为三部分，中间为梁体，与标准段加劲梁箱体贯通，同时提供锚固区的横向受力和压重，两侧为边锚箱，边锚箱同加劲梁箱体连为一体，并向副桥侧突出；且在所述主缆锚固梁段中设有压重区；

其特征在于，

所述边锚箱包括锚下支撑钢板、侧板、顶板和底板，以及由上述板构成的锚固室；且在所述锚固室中设有一倾斜设置且使主缆入射角减小到15.2°的铸钢锚碇；

所述铸钢锚碇采用铸焊结合结构，锚固端面900 mm长度范围内的锚固板、支撑钢板和传力钢板分别采用ZG275-485H铸钢铸造成型，且锚固板与其后的支承钢板和传力钢板之间采用坡口熔透对接焊连接；

所述锚固板的锚固面整体铣平，且在锚固板锚头处设有调整索股角度的钢垫块；所述边锚箱和加劲梁箱体的隔板和顶板对应位置均开设供索股穿过的孔洞；

所述加劲梁箱体与边锚箱对接，且所述锚固板的锚固面向后悬出主缆锚固梁段；

主缆经散索套发散成若干个索股后直接锚固在铸钢锚碇的锚固板端板上，且所述散索套位于主缆边锚箱或加劲梁箱体的内部腔室中。

进一步地，三十七个所述锚头在锚固板端板锚固面上按近似六边形排列。

进一步地，锚固中心距支座中心线6.5 m，距桥梁中心线18 m。

进一步地，锚固板位于钢锚碇端部，厚100 mm；根据索股排列方式在锚固板下面设置加劲板，为方便钢锚碇铸造加工，确保铸造质量，加劲板厚度自根部至自由端由60 mm渐变到40 mm；加劲板间距450 mm，高600 mm。

进一步地，支撑钢板长2000 mm，间距1050 mm，呈井字形结构，为端板提供支撑。

进一步地，传力钢板由内外侧腹板和上、下两道斜钢板构成，从钢锚碇端部延伸到梁体内部，是锚固力传递的主体结构，厚度由70  mm渐变至50 mm。

进一步地，所述所述主缆锚固梁段中的压重区采用双层构造进行压重。

本实用新型的关键点是通过使用内悬式散索套减小了入射角，从而降低压重数量和改善了主缆扩散传力，又通过锚固面向后悬出梁体来缩短锚固区长度，从而改善主缆和吊杆受力。因此采用内悬式散索套、外悬式锚固面的组合使用来达到了上述的目的。

本实用新型的有益效果是：

1.采用了钢结构锚固形式，外形简洁美观，避免了混凝土锚固块开裂的问题；

2.主缆采用散索套散索，使主缆入射角减小到15.2°，大大降低了主缆上拔力，从而减小压重数量；

3.散索套悬于锚固梁内，减小了锚固梁顶面的开孔尺寸，可以使主缆力扩散到钢梁全断面的途径更为顺畅；

4.锚固段采用双层构造进行压重，大大缩短了压重区长度，可改善主缆线形和吊杆受力；

5.由于主缆入射角小，因此锚固区水平长度较长，通过锚固面向后悬出梁体，可有效缩短锚固区长度。

附图说明

图1为本实用性的平面示意图。

图2为散索方案一的示意图。

图3为散索方案二的示意图。

图4为散索方案三的示意图。

图5 翼型锚固示意之一。

图6 翼型锚固示意之二。

图7为局部立体图。

图8为局部俯视图。

图9为图8的侧视图。

图10为G段俯视图。

图11为H段俯视图。

图12为I段俯视图。

图13为图9的局部示意图。

图14为铸钢锚碇锚固面示意图。

图15为散索套的立面图。

图16为图15中Ⅲ--Ⅲ向视图。

图17为图15中Ⅰ--Ⅰ和Ⅱ--Ⅱ向视图。

图中：1梁体，11双层钢箱梁，2加劲梁箱体，3边锚箱，4主缆，5散索套，5’散索鞍，51夹紧区段，52散开区段，31铸钢锚碇，32锚固室，311锚固板，312支撑钢板，313传力钢板，314加劲板，315锚头， 6孔洞。

具体实施方式

自锚式悬索桥大多设置锚跨，其可以减小梁端转角和平衡主缆锚固区上拔力，对于无锚跨的自锚式悬索桥，则需要增加额外的压重，

主缆锚固梁段一般采用两侧锚固的锚固区一般采用图1、图7、图8和图9所示形式，横向分为三部分，中间为梁体1，与标准段加劲梁箱体2贯通，同时提供锚固区的横向受力和压重，两侧为边锚箱3，负责承担主缆集中力并传递扩散到加劲梁的全断面。从平面上看，上图受力模式为双悬臂形式，主缆力作为作用力，力臂的大小为d。为减小主缆力所产生的弯矩，在作用力不变的情况下，应尽量减少d的大小，即后锚面的尺寸。有两个措施：一是减少主缆索股的数量，经过优化，每根主缆由48股127丝Φ5.0mm减为37股127丝Φ5.3mm；二是缩短每排锚头在锚面的间距。锚固面是直接承担主缆力的部位，一般采用厚钢板焊接而成格栅构造，由于各板件厚度很大，开坡口熔透焊需要较大的操作空间，因此格栅间距在600mm以上，如采用了铸钢件可将其间距缩至450mm。因此，本桥采用了铸钢件方案，如图14所示。

锚固区梁高的确定，本桥跨径较大，为保证施工阶段和正常运营阶段主缆锚固梁段处支座不出现上拔力，单侧压重重量为27500 kN。较好的压重布置方式是其重心在支点附近，且长度不宜过长。如按锚固区满布1.2m高度的压重，其纵向长度达30m，影响临近的吊杆内力和主缆线形。因此本桥将锚固区支点附近高度增加至6.5m，采用双层钢箱，下层全作为压重区，而上层钢箱的底部压重，纵向长度减为12.8m，保证了压重的效力。

为了与中间梁体外形一致，同时也是主缆锚固的需要，边锚箱梁高也取为6.5m。

主缆4在梁端经发散后, 进入主缆锚固区, 分散锚固在相应的锚固构造上，目前常用的有散索鞍和散索套两种方式。

散索鞍设置于锚锭前段的散索鞍支墩上，通过各个鞍槽将主缆索股在竖直方向和水平方向散开，引入各个锚固点。散索套功能上类似散索鞍，但在结构构造上更类似于悬索桥的索夹，它总体上分为两个功能区，其小端区域应设为夹紧区段51，以提供足够的夹紧力和抗滑摩阻力；夹紧区段的轴向下方为散开区段52，其作用是约束主缆索股的散开方向，并将各个索股平顺的引入各自的锚固点。

根据本桥的特点，拟定了三种散索方案进行比选：

方案一：散索套设于边锚箱内部：

把散索套5置于边锚箱3内部, 锚箱顶面设开孔, 主缆从开孔处进入锚箱体，然后散索，散索套不设转角，悬于锚箱体内部。(见图2)

方案二：散索套设于边锚箱之上：

把散索套5置于边锚箱3之上, 锚箱顶面设开孔, 主缆散索后从开孔处进入锚箱体，然后散索，散索套不设转角，悬于锚箱体外部。(见图3)

方案三：散索鞍5’设于边锚箱之上：

把散索鞍置于锚箱之上, 锚箱顶面设开孔, 主缆在散索鞍处转一定角度并散索后从开孔处进入锚箱体。(见图4)

如前所述，散索方案一会由于主缆入射角过小而导致主缆锚固区长度过长，外侧首根吊杆与支座的距离较大而导致其吊杆力增大，为解决该问题，本桥提出了如下改进措施：

如图5和图6所示，原方案中梁端距主缆4与边锚箱3顶面交点的距离为L，如将锚固面相对于梁体向后外悬出L1的距离，则梁端距主缆与锚箱顶面交点的距离为L2，L2=L-L1，因此L2会显著减小。由于锚固区长度与L、L2有正相关性，因此锚固区长度亦会减小，由此解决了锚固区过长的问题。最终锚固区的立面图及三维立体图见图9和图7。

由于该锚固区的外形类似于飞鸟的翅膀，因此该锚固型式定名为“翼”型锚固体系。 

主缆锚固段构造设计，主缆锚固梁段长25840 mm，分为G段(9145 mm)、H段(7500 mm)、I段(9195 mm)三个施工梁段，梁高分别为3.5 m、3.5～6.5 m、6.5 m，钢箱梁采用Q345D钢。主缆4锚固段受力集中、构造复杂，包括两侧主缆边锚箱和加劲梁箱体。边锚箱3主要由铸钢锚碇31、锚下支撑钢板、侧板、顶板、底板等构件组成。加劲梁箱体主要构件有顶板、底板、纵隔板、横隔板等。主缆锚固段结构示意见图8至图12。

其中，锚固室32位于主桥两侧锚固箱内，同加劲梁箱体2连为一体，并向副（引）桥侧突出，锚固中心距支座中心线6.5 m，距桥梁中心线18 m，边跨两根主缆4经散索套发散成37个索股后直接锚固在铸钢锚碇31上，锚头315在锚固面上按近似六边形排列，锚固中心间距450 mm。铸钢锚碇31主要由锚固板311、支撑钢板312和传力钢板313三部分组成。锚固板311位于钢锚碇端部，厚100 mm；根据索股排列方式在锚固板下面设置加劲板314，为方便钢锚碇铸造加工，确保铸造质量，加劲板314厚度由60 mm（根部）渐变到40 mm（自由端）；加劲板314间距450 mm，高600 mm。支撑钢板312长2000 mm，间距1050 mm，呈井字形结构，为端板提供支撑。传力钢板313由内外侧腹板和上、下两道斜钢板构成，从钢锚碇端部延伸到梁体内部，是锚固力传递的主体结构，厚度由70  mm渐变至50 mm。

铸钢锚碇采用铸焊结合结构，锚固端面900 mm长度范围内的锚固板311、锚下支撑钢板312和传力钢板313采用整体铸造，铸钢件重量约260 kN；铸钢件采用ZG275-485H铸钢（参照GB7659-87<焊接结构用碳素钢铸件>中的ZG275-485H），与其后的支承钢板和传力钢板之间采用坡口熔透对接焊连接。端板锚固面要求进行整体铣平处理，索股锚头通过钢垫块调整角度。主缆锚箱的顶板和隔板均开设孔洞6供索股穿过。

压重设计，为保证施工阶段和正常运营阶段主缆锚固梁段处支座不出现上拔力，在主缆锚固梁段加劲梁箱体端部采用双层钢箱梁11施加压重，单侧压重重量为27500 kN，全桥压重总重量为55000 kN。压重分2次施加，各施加50%压重。

现浇混凝土压重位置示意见图8中阴影部分。双层钢箱梁11中的下层压重混凝土长度为10.810 m，上层压重混凝土长度为12.810 m，为避免压重区与非压重区的箱梁底板刚度变化过大，上层压重采用两级厚度，靠近端部的8.810 m梁段压重混凝土高度为1.2 m，其余4 m梁段压重混凝土高度为0.5 m，压重混凝土采用现浇C40微膨胀混凝土，容重为25 kN/ m3；为加强现浇混凝土与箱体钢板的连接，在钢板上布置φ22×200圆柱头焊钉（焊钉在钢结构制作加工厂内焊接完成），并在焊钉与焊钉之间或焊钉与钢板之间焊接钢筋网。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

Claims (7)

1. 一种适用于无锚跨自锚式悬索桥的外悬式主缆锚固构造，包括主缆锚固梁段、边锚箱和加劲梁箱体，主缆锚固梁段的两侧或中央为锚固区，且沿横向分为三部分，中间为梁体，与标准段加劲梁箱体贯通，同时提供锚固区的横向受力和压重，两侧为边锚箱，边锚箱同加劲梁箱体连为一体，并向副桥侧突出；且在所述主缆锚固梁段中设有压重区；其特征在于，

所述边锚箱包括锚下支撑钢板、侧板、顶板和底板，以及由上述板构成的锚固室；且在所述锚固室中设有一倾斜设置且使主缆入射角减小到15.2°的铸钢锚碇；

所述铸钢锚碇采用铸焊结合结构，锚固端面900 mm长度范围内的锚固板、支撑钢板和传力钢板分别采用ZG275-485H铸钢铸造成型，且锚固板与其后的支承钢板和传力钢板之间采用坡口熔透对接焊连接；

所述锚固板的锚固面整体铣平，且在锚固板锚头处设有调整索股角度的钢垫块；所述边锚箱和加劲梁箱体的隔板和顶板对应位置均开设供索股穿过的孔洞；

所述加劲梁箱体与边锚箱对接，且所述锚固板的锚固面向后悬出主缆锚固梁段；

主缆经散索套发散成若干个索股后直接锚固在铸钢锚碇的锚固板端板上，且所述散索套位于主缆边锚箱或加劲梁箱体的内部腔室中。

2.根据权利要求1所述的一种适用于无锚跨自锚式悬索桥的外悬式主缆锚固构造，其特征是，三十七个锚头在锚固板端板锚固面上按近似六边形排列。

3.根据权利要求1所述的一种适用于无锚跨自锚式悬索桥的外悬式主缆锚固构造，其特征是，主缆锚固中心距离支座中心线6.5 m，距桥梁中心线18 m。

4.根据权利要求1所述的一种适用于无锚跨自锚式悬索桥的外悬式主缆锚固构造，其特征是，所述锚固板位于钢锚碇端部，厚100 mm；在锚固板下面设置加劲板，且加劲板厚度自根部至自由端由60 mm渐变到40 mm；加劲板间距450 mm，高600 mm。

5.根据权利要求1所述的一种适用于无锚跨自锚式悬索桥的外悬式主缆锚固构造，其特征是，所述支撑钢板长2000 mm，间距1050 mm，呈井字形结构。

6.根据权利要求1所述的一种适用于无锚跨自锚式悬索桥的外悬式主缆锚固构造，其特征是，所述传力钢板由内、外侧腹板和上、下两道斜钢板构成，且从钢锚碇端部延伸到梁体内部，厚度由70  mm渐变至50 mm。

7.根据权利要求1所述的一种适用于无锚跨自锚式悬索桥的外悬式主缆锚固构造，其特征是，所述主缆锚固梁段中的压重区采用双层构造。

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