[發明專利]提升斜拉索預應力效應的剛柔組合拉桿構造

有效

• 申請號: 202110690046.0
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113356017B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 傅梅;陸元春;吳沖;徐優;朱鵬志
• 申請（專利權）人: 上海市城市建設設計研究總院（集團）有限公司
• 主分類號: E01D11/04
• 分類號: E01D11/04;E01D19/00;E01D19/16;E01D2/04
• 代理公司: 上海知義律師事務所 31304
• 代理人: 劉峰

本發明公開了一種剛柔組合拉桿構造，至少包括拉桿、拉索和拉索管道；拉索管道位于拉桿內，拉索位于拉索管道內；拉索管道包括第一管道、第二管道；第一管道、第二管道局部內、外套合疊置；拉桿包括第一段和第二段，拉桿還包括嵌補合攏段；拉索張拉時，拉索貫穿設置在未連接的第一段、第二段中；第一管道和第二管道可相對位移以自適應相對位置要求；拉索張拉完畢后，第一管道和第二管道予以封閉連接；嵌補合攏段嵌補在第一段與第二段之間；第一段、嵌補合攏段、第二段三者固定連接為一體形成拉桿。本發明在提高橋梁的整體剛度和耐久性的同時，還提高了剛性拉桿內的斜拉索對主橋箱梁的預應力效應。

技術領域

本發明涉及橋梁工程技術領域，尤其涉及斜拉橋。

背景技術

現有技術中，斜拉橋在其橫向延伸的橋跨結構與其豎向延伸的橋塔結構之間需要傾斜設置拉索或拉桿，以將橋跨結構的絕大部分載荷傳遞給橋塔結構。

拉索是柔性結構，一般為圓形截面，主要采用高強度鋼筋、鋼絲或鋼絞線制作。斜拉橋在正常使用過程中，柔性的拉索以承受拉力為主。

拉桿是剛性結構，一般為矩形截面，主要采用預應力鋼筋混凝土制作。斜拉橋在正常使用過程中，剛性的拉桿除了承受拉力外，還能承受部分的壓力和扭轉作用。

在靜態的受力方面，由于拉桿的拉伸剛度和扭轉剛度比柔性的拉索大許多，而垂度比柔性的拉索小很多，因此剛性的拉桿相比柔性的拉索具有一定的優越性：

（1） 提高了整體結構的剛度

對于活載大而撓度限制嚴格的鐵路橋梁，剛性拉桿由于拉伸剛度是柔性拉索的幾倍到十幾倍，可以大大減小活載撓度，帶來梁高與跨度比值的進一步降低。

（2） 解決了柔性拉索的疲勞問題

剛性拉桿，其截面尺寸選擇的原則是在盡量小的截面尺寸內布置合適的預應力筋，使之能夠在最不利的荷載組合作用下不出現拉應力。同時，由于剛性拉桿內混凝土與預應力筋共同受力、變形，盡管活載很大，但是由于剛性拉桿截面比較大，其抗拉剛度往往是柔性拉索的幾倍到十幾倍，也可以根據需要調整到更大，因此拉桿內預應力筋和混凝土應力幅卻很小。據初步的分析計算表明，當鋼絲的應力達100MPa時，最大應力與最小應力之差小于50MPa。鋼絲最小和最大應力比達到0.95，鋼絲錨下控制應力完全可用到0.75R（R為鋼絲抗拉強度標準值）。而柔性拉索的鐵路斜拉橋在運營階段的鋼絲應力一般都小于0.4R。

（3） 解決了柔性拉索的耐火性問題

采用剛性拉桿的斜拉橋在發生火災時，剛性拉桿由于其預應力鋼絞線是被混凝土厚厚的包裹在內部，不會因外界溫度迅速升高而抗拉強度急劇降低導致喪失抗拉能力；而采用柔性拉索的斜拉橋在發生火災時，由于柔性拉索的PE套管的厚度和耐火都較差，相當于直接將鋼絞線暴露在高溫環境中，這樣容易使鋼絞線溫度迅速升高而抗拉強度急劇降低導致喪失抗拉能力，造成橋梁破壞。

但是，剛性的拉桿也有缺點。由于剛性的拉桿采用預應力鋼筋混凝土制作，受施工工序限制，施工時須先澆筑其中的混凝土部分并在混凝土達到設計強度后，才可斜拉位于混凝土內部的預應力鋼筋，此時預應力鋼筋對主橋箱梁產生的預應力效應要略低于直接采用柔性拉索的結構（因通過結構內部應變協調產生的預應力效應小于通過桿件間位移協調產生的預應力效應）。

以一座三跨斜拉橋為例，采用先最大懸臂、后中邊跨合龍的施工方案時，施工方案一（先閉合剛性拉桿，再斜拉內部的柔性拉索）、施工方案二（先張拉內部斜拉索，再閉合剛性拉桿）的對比計算結果表明：施工方案二（先張拉內部的斜拉索、再閉合剛性拉桿），有助于減小主橋箱梁關鍵內力控制區域（中支承、中跨跨中）的自重內力值5~6%以上，減小中跨跨中自重向下撓度值約5%以上。

現有技術中，有采用柔性拉索的斜拉橋，也有采用剛性拉桿的斜拉橋，各自具有上述各自的優點和缺點，例如：