CN101831867A - 钢主塔或钢主拱的钢-混凝土结合段的结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢主塔或钢主拱的钢-混凝土结合段的结构，包括钢主塔和混凝土结构，钢主塔的接头端部与混凝土结构的接头端部之间设置有剪力栓钉，钢主塔的接头端部设置有钢主塔承压钢板，钢主塔上靠近接头端的一段内设置有填芯混凝土，从而形成一从钢主塔过渡到混凝土结构的过渡段，钢主塔的接头端部的断面形状小于混凝土结构的接头端部的断面形状，钢主塔有一段埋入到混凝土结构内，在埋入段的钢主塔上设有沿其断面形状向外延伸的伸出肢，伸出肢为矩形或梯形的加劲钢板，伸出肢上设置有剪力栓钉。本发明在显著提高钢-混凝土结合段的受力性能的基础上使钢主塔埋入混凝土结构的深度合理，解决了现有技术中钢-混凝土结合段抗疲劳性差的技术问题。

Description

钢主塔或钢主拱的钢-混凝土结合段的结构

技术领域

本发明涉及一种钢-混凝土结合段的结构，尤其涉及一种斜拉桥、悬索桥钢主塔或拱桥钢主拱的钢-混凝土结合段的结构。

背景技术

当斜拉桥、悬索桥主塔采用钢主塔，拱桥主拱采用钢主拱时，斜拉桥、悬索桥钢主塔与混凝土塔靴或混凝土承台连接接头段、或拱桥钢主拱与混凝土拱座连接接头段，既为钢-混凝土结合段。对于全钢的主塔，钢主塔直接与基础的混凝土结构连接，由于钢-混凝土结合段两侧材料性质的不同，刚度、强度在此发生突变，结合段如何传递强大的轴力和剪力、实现结构刚柔的平顺过渡，是结合段至关重要的关键技术。因此钢-混凝土结合段应能流畅的传递各种荷载产生的内力(轴力、剪力和弯矩)和变形，并具有良好的抗疲劳和耐久性。钢主塔钢-混凝土结合段常用的连接方式有螺栓锚固法和钢主塔埋入法或者两种方法的组合。这两种方式的传力机理略有不同，螺栓锚固法主要是通过承压板将钢主塔的压应力较为均匀地传递给混凝土结构；而埋入法则主要通过钢主塔钢板与混凝土的相互作用将钢主塔应力以混凝土受剪切的形式传力，这种方式中常常采用剪力连接器。

目前，钢主塔埋入法的钢-混凝土结合段的主要型式如图1和图2所示，是一种全截面连接填充混凝土的技术方案。为了把钢主塔1的力传递给整个混凝土结构(位于图中分界界面的下方处)的截面，在整个钢主塔1的断面范围内填充混凝土3，并在钢主塔1内设置剪力栓钉4，利用该全截面连接填充混凝土技术方案其应力传递明确，但刚度变化急剧，剪力传递依靠钢主塔1内设置的剪力栓钉4，由于钢主塔截面内能够布置剪力栓钉的位置有限，因此，剪力栓钉4的个数较少(图1和图2中附图标记4示出了剪力栓钉的分布情况)，抗剪能力较低，需要依靠增加钢主塔埋入混凝土结构的深度增强其抗剪能力，而无限制的增加埋入深度是不合理也是不经济的。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种钢主塔或钢主拱的钢-混凝土结合段的结构。本发明通过在钢主塔侧设置伸出肢和增加剪力栓钉，在显著提高钢-混凝土结合段的受力性能的基础上使钢主塔埋入混凝土结构的深度合理，从而解决了现有技术中钢-混凝土结合段抗疲劳性差的技术问题，并为今后类似结构的设计奠定了技术基础，本发明具有非常重要的现实意义。本发明中所提及到的“伸出肢”是指：位于钢-混凝土结合段的混凝土结构内，扩大钢主塔与混凝土结构接触面的加劲构造。

为了解决上述技术问题，本发明予以实现的技术方案是：钢主塔或钢主拱的钢-混凝土结合段的结构包括钢主塔和混凝土结构，所述钢主塔的接头端部与所述混凝土结构的接头端部之间设置有连接件，所述钢主塔的接头端部设置有钢主塔承压钢板，所述连接件包括剪力栓钉，所述钢主塔上靠近接头端的一段内设置有填芯混凝土，从而形成一从钢主塔过渡到混凝土结构的过渡段，所述钢主塔的接头端部的断面形状小于所述混凝土结构的接头端部的断面形状，所述钢主塔有一段埋入到所述混凝土结构内，在埋入段的钢主塔上设有沿其断面形状向外延伸的伸出肢，所述伸出肢为矩形或梯形的加劲钢板，所述伸出肢上设置有剪力栓钉。

本发明钢主塔或钢主拱的钢-混凝土结合段的结构，其中，所述钢主塔为斜拉桥、悬索桥钢主塔或拱桥钢主拱；所述混凝土结构为混凝土塔靴、混凝土承台或混凝土拱座。

本发明的一个最佳技术方案是：与所述剪力栓钉交叉的设置有X、Y方向分布的PBL，分布所述PBL的面积大于钢主塔上所述剪力栓钉的分布面积。沿所述钢主塔的接头端部和所述混凝土结构的接头端部纵向设置有预应力钢束和/或精轧螺纹钢筋，所述预应力钢束和/或精轧螺纹钢筋贯穿于所述过渡段和所述混凝土结构的接头端部，所述预应力钢束和/或精轧螺纹钢筋一端锚固在所述钢主塔承压钢板上，另一端锚固在所述混凝土结构内。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)由于本发明钢-混凝土结合段结构中的钢主塔接头端部的钢主塔承压钢板采用厚钢板，因此，可以有效地保证轴向力传递均匀及预应力钢束和/或精轧螺纹钢筋锚固的要求；

(2)本发明钢-混凝土结合段的连接件采用剪力栓钉+PBL的组合形式，采用该结构的连接件进行剪力传递，可以提高结合段的抗剪强度；

(3)本发明钢-混凝土结合段，其中的钢主塔设置有向塔外的伸出肢，该伸出肢上采用剪力栓钉+PBL的组合形式进行剪力传递，增加了钢主塔截面剪力栓钉及PBL的数量，增大了剪力栓钉与混凝土的结合面，不仅更进一步增强了抗剪能力，使混凝土防裂能力得到了提高，使结构的可靠性显著增强，而且可以减小钢主塔埋入混凝土结构的深度，使该方案更具合理性；

(4)本发明钢-混凝土结合段，其中，沿轴向并贯穿于所述钢主塔接头端部和所述混凝土接头端部设置有预应力钢束和/或精轧螺纹钢筋，采用强大的预应力钢束与精轧螺纹钢筋配合使用，可以有效地抵抗活载产生的弯矩。

综上，本发明钢-混凝土结合段可以广泛应用于各种斜拉桥、悬索桥的钢主塔与混凝土结构(即：混凝土塔靴或混凝土承台)，以及拱桥钢拱圈与混凝土拱脚的结合段，解决了现有技术中钢-混凝土结合段抗疲劳性差的技术难题，可以显著提高结合段的受力性能。

附图说明

图1是现有技术中一种钢-混凝土结合型式的纵向结构示意图；

图2是图1所示钢-混凝土结合段的断面结构示意图；

图3是本发明钢-混凝土结合段的一最佳实施方案的纵向结构示意图；

图4是图3所示钢-混凝土结合段的断面结构示意图。

图中：

1——钢主塔     2——混凝土结构     3——填芯混凝土    4、71——剪力栓钉

5——预应力钢束和/或精轧螺纹钢筋    6——PBL           7——伸出肢

8——钢主塔承压钢板                 9——过渡段

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

如图3和图4所示，本发明一种钢主塔或钢主拱的钢-混凝土结合段的结构，包括钢主塔1和混凝土结构2，所述钢主塔1为斜拉桥、悬索桥钢主塔或拱桥钢主拱；所述混凝土结构2根据桥型的不同是混凝土塔靴、混凝土承台或混凝土拱座。所述钢主塔1的接头端部与所述混凝土结构2的接头端部之间设置有连接件，所述钢主塔1的接头端部设置有钢主塔承压钢板8，该钢主塔承压钢板8采用厚钢板制成，其厚度为60至100mm，可以有效地保证轴向力传递均匀及预应力钢束和/或精轧螺纹钢筋锚固的要求；所述连接件包括剪力栓钉4和/或PBL6，所述钢主塔1上靠近接头端的一段内设置有填芯混凝土3，从而形成一从钢主塔过渡到混凝土结构的过渡段9，所述钢主塔1的接头端部的断面形状小于所述混凝土结构2的接头端部的断面形状，所述钢主塔1有一段埋入到所述混凝土结构2内，在埋入段的钢主塔1上设有沿其断面形状向外延伸的伸出肢7，所述伸出肢7为矩形或梯形的加劲钢板，所述伸出肢7上设置有剪力栓钉71。

本发明的一个最佳实施方案，如图4所示，该伸出肢7上采用剪力栓钉+PBL的组合形式进行剪力传递，即：与所述剪力栓钉4、71交叉的设置有X、Y方向分布的PBL6，分布所述PBL6的面积大于钢主塔1上所述剪力栓钉4、71的分布面积，从而增加了钢主塔截面剪力栓钉及PBL的数量，增大了剪力栓钉与混凝土的结合面，不仅更进一步增强了抗剪能力，使混凝土防裂能力得到了提高，其结构的可靠性显著增强，而且可以减小钢主塔埋入混凝土结构的深度，因此，该方案更具合理性；

本发明中沿所述钢主塔1的接头端部和所述混凝土结构2的接头端部纵向设置有预应力钢束和/或精轧螺纹钢筋5，所述预应力钢束和/或精轧螺纹钢筋5贯穿于所述过渡段9和所述混凝土结构2的接头端部，所述预应力钢束和/或精轧螺纹钢筋5一端锚固在所述钢主塔承压钢板8上，另一端锚固在所述混凝土结构2内。采用强大的预应力钢束与精轧螺纹钢筋配合使用，可以有效地抵抗活载产生的弯矩。

下面是利用本发明最佳实施方案对一座双塔双索面钢斜拉桥的设计方案。

该桥的跨径布置为150+450+150m，桥宽37m。主塔采用钢主塔，钢主塔与基础混凝土承台连接方式采用本发明中最佳实施例的技术方案，具体形式为：钢主塔柱伸入下塔墩4m，并在钢主塔柱内下塔墩以上4m范围内灌注C50混凝土。在钢主塔柱埋入段的壁板及腹板上开φ60mm圆孔，穿φ25mm HRB335钢筋与进入该孔的混凝土形成PBL剪力键，在下塔墩以上4m范围内的的钢主塔柱内表面按20cm×20cm间隔设置Φ22×170mm圆柱头焊钉，由两者共同把主塔受压时产生的剪力以混凝土受压的形式均匀的传递到基础上。由于钢主塔倾斜而塔底在同一水平面上，导致其埋入下塔墩部分并不均匀，为使受力更均匀，设计中PBL剪力键采用扇形布置形式。主塔受拉或受弯时产生的拉应力，则由锚固在主墩承台及钢主塔柱之间的预应力钢束承受，同时加设精轧螺纹钢筋以减少预压力的不均匀性。布置形式为：一个下塔墩内对称均匀布置预应力钢束和精轧螺纹钢筋共22排，每排6根。其中在钢主塔顶底缘各设置3排19φs15.20预应力钢束，中间的16排为精轧螺纹钢筋。预应力钢束及精轧螺纹钢筋均平行于钢主塔中心线，既保证预加力使塔身均匀受压，又利于PBL剪力键在其间的均匀布置。预应力钢筋及精轧螺纹钢筋锚固端交错设置于承台底面以上1.5m的水平面上，张拉端设置于塔柱内距下塔墩顶面4m的平面上。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种钢主塔或钢主拱的钢-混凝土结合段的结构，包括钢主塔(1)和混凝土结构(2)，所述钢主塔(1)的接头端部与所述混凝土结构(2)的接头端部之间设置有连接件，所述钢主塔(1)的接头端部设置有钢主塔承压钢板(8)，所述连接件包括剪力栓钉(4)，所述钢主塔(1)上靠近接头端的一段内设置有填芯混凝土(3)，从而形成一从钢主塔过渡到混凝土结构的过渡段(9)，所述钢主塔(1)的接头端部的断面形状小于所述混凝土结构(2)的接头端部的断面形状，其特征在于，所述钢主塔(1)有一段埋入到所述混凝土结构(2)内，在埋入段的钢主塔上设有沿其断面形状向外延伸的伸出肢(7)，所述伸出肢(7)为矩形或梯形的加劲钢板，所述伸出肢(7)上设置有剪力栓钉(71)。

2.根据权利要求1所述钢主塔或钢主拱的钢-混凝土结合段的结构，其特征在于：所述钢主塔(1)为斜拉桥、悬索桥钢主塔或拱桥钢主拱；所述混凝土结构(2)为混凝土塔靴、混凝土承台或混凝土拱座。

3.根据权利要求1所述钢主塔或钢主拱的钢-混凝土结合段的结构，其特征在于：与所述剪力栓钉(4、71)交叉的设置有X、Y方向分布的PBL(6)，分布所述PBL(6)的面积大于钢主塔(1)上所述剪力栓钉(4、71)的分布面积。

4.根据权利要求1或2或3所述钢主塔或钢主拱的钢-混凝土结合段的结构，其特征在于：沿所述钢主塔(1)的接头端部和所述混凝土结构(2)的接头端部纵向设置有预应力钢束和/或精轧螺纹钢筋(5)，所述预应力钢束和/或精轧螺纹钢筋(5)贯穿于所述过渡段(9)和所述混凝土结构(2)的接头端部，所述预应力钢束和/或精轧螺纹钢筋(5)一端锚固在所述钢主塔承压钢板(8)上，另一端锚固在所述混凝土结构(2)内。

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