[發(fā)明專利]一種CFRP片材型拉索矮塔斜拉橋

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910178013.0
• 申請(qǐng)日: 2019-03-08
• 公開（公告）號(hào): CN109826083A
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉越;歐志攀;許坤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): E01D11/04
• 分類號(hào): E01D11/04;E01D19/16
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發(fā)明公開了一種CFRP片材型拉索矮塔斜拉橋，包括：CFRP片材型斜拉索、矮塔、橋墩、混凝土主梁，CFRP片材型拉索穿過(guò)矮塔，只錨固在混凝土主梁上，而不錨固在塔上。所述CFRP片材型拉索代替了傳統(tǒng)的鋼斜拉索，充分利用了CFRP材料輕質(zhì)高強(qiáng)、耐疲勞性好，抗腐蝕能力強(qiáng)的特點(diǎn)，提升了斜拉索的承載利用率，解決了當(dāng)前鋼斜拉索在自然環(huán)境下極易銹蝕的問(wèn)題，將極大提高矮塔斜拉橋的耐久性，降低矮塔斜拉橋的全壽命周期成本，帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。鑒于CFRP錨固較為困難，所述CFRP片材型拉索穿過(guò)矮塔鞍座而不錨固在矮塔上，相當(dāng)于混凝土主梁的體外預(yù)應(yīng)力，減少了CFRP片材型拉索的錨固次數(shù)，亦可提高經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種新型拉索材料的矮塔斜拉橋。

背景技術(shù)

矮塔斜拉橋又稱部分斜拉橋，是一種新穎的橋型，結(jié)合了斜拉橋與連續(xù)梁橋的優(yōu)點(diǎn)，具有較低的橋塔高度，造型優(yōu)美、氣勢(shì)雄渾，跨越能力較大，已成為200米至300米跨徑橋梁的重要選擇。

傳統(tǒng)鋼拉索存在較為嚴(yán)重的環(huán)境腐蝕和應(yīng)力腐蝕問(wèn)題，這將極大地影響矮塔斜拉橋的耐久性；其次傳統(tǒng)鋼拉索的自重過(guò)大，纜索材料的自重應(yīng)力會(huì)在容許應(yīng)力中占大部分比例，使得承載效率降低；此外隨著結(jié)構(gòu)自重的增加，也會(huì)提高結(jié)構(gòu)的造價(jià)，增大施工難度。

CFRP片材型斜拉索具有輕質(zhì)、高強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，在矮塔斜拉橋中，相對(duì)傳統(tǒng)的鋼拉索而言，無(wú)論是在承載能力、極限跨徑都具有相當(dāng)大的競(jìng)爭(zhēng)力。

與傳統(tǒng)的鋼拉索相比，CFRP材料耐腐蝕性好，且具有優(yōu)異的抗疲勞性，可以有效抵抗環(huán)境腐蝕和應(yīng)力腐蝕，這也使得矮塔斜拉橋的維護(hù)費(fèi)用和維護(hù)周期都將大大降低。

FRP片材型拉索與CFRP絲束型拉索相比有一大優(yōu)勢(shì)，即在鞍座處的彎曲應(yīng)力會(huì)小很多。拉索在鞍座處的彎曲應(yīng)力σ_b可由下式計(jì)算：

式中：E為拉索絲束或片材的彈性模量；d為絲束的直徑或片材的厚度；R是索鞍上表面圓弧半徑。

由式(1)可知，在E和R一定的情況下，σ_b和d成正比，d越大則彎曲應(yīng)力越大。為了控制拉索的彎曲應(yīng)力，而鞍座半徑往往無(wú)法隨意增大(因?yàn)槔鞯膸缀尾贾煤蜆蛩孛娉叽鐭o(wú)法隨意變更)，應(yīng)盡量采用d較小的材料制成拉索。例如，某CFRP絲束型拉索，彈性模量E＝167GPa，絲束直徑d＝5mm；某CFRP片材型拉索，彈性模量E＝170GPa，片材厚度d＝2mm；當(dāng)索鞍圓弧半徑R＝2m時(shí)，CFRP絲束型拉索的彎曲應(yīng)力σ_b＝209MPa，CFRP片材型拉索的彎曲應(yīng)力σ_b＝85MPa，絲束型拉索的彎曲應(yīng)力是片材型拉索彎曲應(yīng)力的兩倍多。

可以看出，由于CFRP絲束型拉索的絲束直徑遠(yuǎn)大于CFRP片材型拉索的片材厚度，造成了其彎曲應(yīng)力及彎曲應(yīng)力占容許應(yīng)力的比值均遠(yuǎn)大于CFRP片材型拉索。這說(shuō)明CFRP片材型拉索的抗彎折能力好于CFRP絲束型拉索，在本發(fā)明提出的CFRP拉索矮塔斜拉橋中采用片材型拉索能有效地減小彎曲應(yīng)力，節(jié)約CFRP用量，提高經(jīng)濟(jì)性。

發(fā)明內(nèi)容

為解決當(dāng)前矮塔斜拉橋鋼拉索在自然環(huán)境中容易銹蝕，極大影響矮塔斜拉橋耐久性的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種以新型材料CFRP作為拉索的矮塔斜拉橋。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種CFRP片材型拉索矮塔斜拉橋，包括CFRP片材型斜拉索1、矮塔2、橋墩3和混凝土主梁4，所述CFRP片材型斜拉索1穿過(guò)矮塔2的鞍座，但不錨固在矮塔2上；CFRP片材型斜拉索1只通過(guò)波形齒夾片錨在混凝土主梁4上進(jìn)行錨固，所形成的上部結(jié)構(gòu)置于所述橋墩3上方，利用橋墩3將荷載傳至基礎(chǔ)。

其中，采用CFRP片材型斜拉索1代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼斜拉索，由于CFRP材料輕質(zhì)高強(qiáng)，抗疲勞、抗腐蝕性能優(yōu)異的特點(diǎn)，很好地解決了目前鋼斜拉索承載效率低、耐久性差等問(wèn)題。