桥梁钢箱主梁双挑式索梁锚固结构

摘要

本发明公开了一种桥梁钢箱主梁双挑式索梁锚固结构，包括主要由顶板、边板、边纵腹板、底板和横隔板构成的钢箱主梁，其特征在于：它还包括用于将斜拉索索力传递给钢箱主梁的锚箱，所述锚箱的拉索套筒贯穿顶板，锚箱的箱体位于钢箱主梁内，且锚箱的箱体两侧分别固定连接边板和边纵腹板。本发明提高了钢箱主梁的索梁锚固结构的受力安全性、传力可靠性和抗疲劳性。很好克服了目前常用索梁锚固结构的应力集中、局部应力和疲劳应力幅过大甚至超限的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁结构技术领域，具体涉及一种桥梁钢箱主梁双挑式索 梁锚固结构。

技术背景

钢箱主梁斜拉桥的斜拉索与钢主梁的连接结构（即索梁锚固结构）， 作为直接承受和传递斜拉索索力的结构，是钢箱梁最为关键且受力最 复杂的区域之一。

根据结构形式，钢箱主梁的索梁锚固结构一般分为耳板式、锚拉板和 锚箱三类。耳板式锚固结构是在主梁的边纵腹板向上伸出一块耳板C， 拉索D锚固在耳板上，采用销铰连接方式，索力直接由耳板C传给主梁 的腹板E，如图1所示。

锚拉板式锚固结构一般由锚垫板、锚拉管和锚拉板及其两侧的加劲板 构成，锚拉板式锚固结构一般由两种做法：一种是将锚拉板直接与钢 桥面板焊接（与边中腹板中心对齐），二是锚拉板穿过钢桥面板，使 其直接与边纵腹板相连，索力通过锚拉板传给主梁的腹板和面板。

锚箱式锚固结构是在箱梁的边纵腹板外侧按斜拉索方向焊接锚箱，锚 箱由承压板、中间开圆孔的底板、加劲板及加劲肋构成，索力通过锚 箱向箱梁边纵腹板传递。

耳板式锚固结构是将索力直接通过耳板传递给边纵腹板，边纵腹板和 耳板受力较大，特别是耳板销孔在销轴的挤压下产生巨大的局部应力 和疲劳应力幅，其静力强度和疲劳强度不易满足设计要求。锚拉板式 锚固结构是通过锚拉板结构将索力传递给边纵腹板，边纵腹板和锚拉 板均受力较大，特别是锚拉板与桥面板焊接处、锚拉板 与锚拉管焊缝处、锚拉板开孔的圆角处，其应力集中和疲劳问题均很 突出，往往控制设计。锚箱式锚固结构是通过锚箱与边纵腹板的焊缝 受剪将索力传递给边纵腹板，锚箱和边纵腹板的连接焊缝处局部应力 、疲劳应力福和局部变形均较大。

前述三种钢箱主梁的索梁锚固结构有一个共同点：强大的斜拉索索力 直接施加于耳板、锚拉板或锚箱后，再通过耳板、锚拉板与边纵腹板 的单面连接，或锚箱与边纵腹板单侧焊缝来传递并分散索力。正由于 上述单侧或单面传力的特点，锚固结构及钢箱主梁的边纵腹板的局部 变形、静载应力和疲劳应力幅均较大，往往是斜拉桥的设计难点之一 ，特别是大跨斜拉桥，和通行铁路列车或公路货车的重载斜拉桥，问 题尤为突出。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种结构受力安全、传力可 靠、抗疲劳性能优越的桥梁钢箱主梁双挑式索梁锚固结构。

为实现此目的，本发明所设计的桥梁钢箱主梁双挑式索梁锚固结构， 包括主要由顶板、边板、边纵腹板、底板和横隔板构成的钢箱主梁， 其特征在于：它还包括用于将斜拉索索力传递给钢箱主梁的锚箱，所 述锚箱的拉索套筒贯穿顶板，锚箱的箱体位于钢箱主梁内，且锚箱的 箱体两侧分别固定连接边板和边纵腹板。

所述锚箱包括锚垫板、承压板、横向支承板、多个纵向支承板、穿过 顶板的拉索套筒，所述拉索套筒伸入钢箱主梁的部分为嵌入段，所述 嵌入段的底端固定承压板，承压板的底面固定锚垫板，嵌入段上还固 定有多个纵向支承板，所述每个纵向支承板的底边均与承压板固定连 接，最左边和最右边的纵向支承板的上部均固定有横向支承板，所述 横向支承板和承压板之间固定有第一加劲板；所述承压板的两侧分别 固定连接边板和边纵腹板，所述纵向支承板的两侧也分别固定连接边 板和边纵腹板。

所述最左边和最右边的纵向支承板之间固定第二加劲板。

所述拉索套筒与顶板之间设有套筒加劲板。

所述顶板的中部和底板的中部之间固定边纵腹板，顶板的一侧和底板 的一侧之间固定边板，顶板的另一侧和底板的另一侧之间固定横隔板 。

所述顶板另一侧的底面设有顶板T型加劲肋，底板另一侧的顶面设有底 板T型加劲肋。

所述顶板另一侧的底面和边纵腹板之间固定有第三加劲板。

所述边纵腹板的一侧为承压板和纵向支承板的固定面，边纵腹板的另 一侧设有多个边腹板条形加劲肋，所述所有的边腹板条形加劲肋相互 平行布置，所述横隔板和第三加劲板上均设有与边腹板条形加劲肋配 合的卡口。

所述横向支承板两侧分别固定连接边板和边纵腹板。

本发明通过斜拉索锚具将索力以面荷载施加于锚垫板，锚垫板以面受 压形式将索力传递到承压板，承压板再传递至横向支承板、纵向支承 板、第一加劲板和第二加劲板，最后通过锚箱与钢箱主梁边板、边纵 腹板的熔透焊缝的剪切受力将索力传递到边板和边纵腹板进而扩散到 整个钢箱主梁。上述结构带来的传力方式，提高了钢箱主梁的索梁锚 固结构的受力安全性、传力可靠性和抗疲劳性。很好克服了目前常用 索梁锚固结构的应力集中、局部应力和疲劳应力幅过大甚至超限的问 题。

附图说明

图1为现有耳板式索梁锚固结构的示意图；

图2为本发明中除去边板部分的结构示意图；

图3为本发明中锚箱部分的一个方向上的结构示意图；

图4为本发明中锚箱部分的另一个方向上的结构示意图；

图5为本发明的结构示意图；

图6为本发明中钢箱主梁与锚箱连接的结构示意图；

图7为本发明组装流程一的结构示意图；

图8为本发明组装流程二的结构示意图；

图9为本发明组装流程三的结构示意图；

图10为本发明组装流程四的结构示意图；

图11为本发明组装流程五的结构示意图；

其中，1—顶板、2—边板、3—边纵腹板、4—横隔板、5—锚垫板、6 —承压板、7—横向支承板、8—纵向支承板、9—拉索套筒、10—第一 加劲板、11—第二加劲板、12—套筒加劲板、13—底板、14—顶板T型 加劲肋、15—底板T型加劲肋、16—第三加劲板、17—边腹板条形加劲 肋、18—卡口、A—钢箱主梁、B—锚箱、C—耳板、D—拉索、E—腹板 。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明：

如图2~6所示的桥梁钢箱主梁双挑式索梁锚固结构，包括主要由顶板1 、边板2、边纵腹板3、底板13和横隔板4构成的钢箱主梁A，它还包括 用于将斜拉索索力传递给钢箱主梁A的锚箱B，所述锚箱B的拉索套筒9 贯穿顶板1，锚箱B的箱体位于钢箱主梁A内，且锚箱B的箱体两侧分别 与边板2和边纵腹板3焊接。

上述技术方案中，锚箱B包括锚垫板5、承压板6、横向支承板7、多个 纵向支承板8、穿过顶板1的拉索套筒9，拉索套筒9伸入钢箱主梁A的部 分为嵌入段，嵌入段的底端固定承压板6，承压板6的底面焊接锚垫板 5，嵌入段上还焊接有多个纵向支承板8，每个纵向支承板8的底边均与 承压板6焊接，最左边和最右边的纵向支承板8的上部均焊接有横向支 承板7，横向支承板7和承压板6之间焊接有第一加劲板10；承压板6的 两侧分别与边板2和边纵腹板3焊接，纵向支承板8的两侧也分别与边板 2和边纵腹板3焊接。横向支承板7两侧分别与边板2和边纵腹板3焊接。 上述结构中通过承压板6与边板2和边纵腹板3之间的焊缝、纵向支承板 8与边板2和边纵腹板3之间的焊缝、横向支承板7与边板2和边纵腹板3 之 间的焊缝将强大的斜拉索索力迅速传递到钢箱主梁A的边板2和边纵腹 板3进而扩散到整个钢箱主梁A。上述锚箱B两侧焊接于钢箱主梁A的边 板2和边纵腹板3，通过两侧焊缝传力的结构形式，表现为双挑式结构 ，而非传统钢锚箱的单侧传力即悬臂式结构，这样能显著提高索梁锚 固结构的受力安全性。

上述技术方案中，最左边和最右边的纵向支承板8之间固定第二加劲板 11。第二加劲板11用来提高锚箱B的承载能力。

上述技术方案中，拉索套筒9与顶板1之间设有套筒加劲板12。套筒加 劲板12用来提高拉索套筒9与顶板1之间的连接强度。

上述技术方案中，顶板1的中部和底板13的中部之间固定边纵腹板3， 顶板1的一侧和底板13的一侧之间固定边板2，顶板1的另一侧和底板1 3的另一侧之间固定横隔板4。该底板13为斜底板。上述结构中边板2、 边纵腹板3、顶板1和斜底板围封并内焊钢锚箱构成风嘴组件，共同作 为关键的受力结构，同时兼作风嘴以改善钢箱主梁A的气动特性。

上述技术方案中，顶板1另一侧的底面设有顶板T型加劲肋14，底板13 另一侧的顶面设有底板T型加劲肋15。T型加劲肋用来提高顶板1和底板 13的强度。

上述技术方案中，所述顶板1另一侧的底面和边纵腹板3之间固定有第 三加劲板16。第三加劲板16用来对边纵腹板3进行补强来承受边纵腹板 3的偏心弯矩效应。

上述技术方案中，边纵腹板3的一侧为承压板6和纵向支承板8的固定面 ，边纵腹板3的另一侧设有多个边腹板条形加劲肋17，所有的边腹板条 形加劲肋17相互平行布置，横隔板4和第三加劲板16上均设有与边腹板 条形加劲肋17配合的卡口18。边腹板条形加劲肋17用于进一步加强整 个钢箱主梁A的强度。

上述结构设计，使得双挑式索梁钢锚箱可以显著减小在强大的斜拉索 索力作用下的索梁锚固区的局部变形、静载应力和疲劳应力幅，结构 传力可靠，受力安全，疲劳性能优越，同时以边板2、边纵腹板 3、一定宽度的斜底板和顶板1以及相关加劲肋组拼并内焊钢锚箱构成 的风嘴组件为单元件，根据结构特点采用较佳的焊接组装流程，亦能 很好保证焊接、制造加工和板件组装的质量。

本发明开展了基于有限元的局部应力分析及疲劳强度检算和基于疲劳 荷载模型试验的疲劳性能研究，以论证双挑式索梁钢锚箱结构的受力 安全和疲劳性能可靠性。下表1列出了双挑式钢锚箱基于有限元的局部 应力分析及疲劳强度检算结果。

表1 双挑式钢锚箱基于有限元的局部应力分析及疲劳强度检算结果

由表可见，双挑式索梁钢锚箱的总体静载应力和疲劳应力幅均不高， 应力突出部位的数值较为合理，均满足规范要求。

疲劳荷载模型试验也表明双挑式钢锚箱受力合理安全、疲劳性能优良 。

根据双挑式索梁钢锚箱的构造特点和制造条件，其组装和焊接工艺流 程建议如下：先整体制造钢锚箱（部分板件分块或后装），然后将边 板、边纵腹板、一定宽度的斜底板以及相关加劲肋组拼成风嘴组件的 外封，再将已组装的钢锚箱吊入风嘴内腔进行拼装并安装风嘴组件剩 余板件（如风嘴范围的横隔板和顶板等），在工厂完成制造风嘴组件 后，汽车运输至桥位工厂与钢箱主梁剩余组件组装成钢箱梁节段。内 焊索梁钢锚箱的风嘴组件是钢箱梁控制设计的关键部件之一，其在工 厂内可翻转实现平焊（船位焊），因而焊接、制造和组拼的质量均能 得到很好保证。

本发明的组装流程为，流程一：如图7所示制造、组装钢箱主梁A（不 含锚箱B所在腔室背塔侧横隔板4和顶板1）；流程二：如图8所示整体 制造锚箱B，将锚垫板5、承压板6、多个纵向支承板8和各个加劲板在 专用的平台上焊接成整体；流程三：如图9所示将锚箱B装入钢箱主梁 A内，并将承压板6的两侧分别与边板2和边纵腹板3焊接，纵向支承板 8的两侧也分别与边板2和边纵腹板3焊接；流程四：如图10在锚箱B上 安装横向支承板7，并将横向支承板7两侧分别与边板2和边纵腹板3焊 接；流程五：如图11安装顶板1和锚箱B所在腔室背塔侧横隔板4，拼接 拉索套筒9和套筒加劲板12。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技 术。