[发明专利]提升斜拉索预应力效应的刚柔组合拉杆构造

说明书

本发明公开了一种刚柔组合拉杆构造，至少包括拉杆、拉索和拉索管道；拉索管道位于拉杆内，拉索位于拉索管道内；拉索管道包括第一管道、第二管道；第一管道、第二管道局部内、外套合叠置；拉杆包括第一段和第二段，拉杆还包括嵌补合拢段；拉索张拉时，拉索贯穿设置在未连接的第一段、第二段中；第一管道和第二管道可相对位移以自适应相对位置要求；拉索张拉完毕后，第一管道和第二管道予以封闭连接；嵌补合拢段嵌补在第一段与第二段之间；第一段、嵌补合拢段、第二段三者固定连接为一体形成拉杆。本发明在提高桥梁的整体刚度和耐久性的同时，还提高了刚性拉杆内的斜拉索对主桥箱梁的预应力效应。

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，尤其涉及斜拉桥。

背景技术

现有技术中，斜拉桥在其横向延伸的桥跨结构与其竖向延伸的桥塔结构之间需要倾斜设置拉索或拉杆，以将桥跨结构的绝大部分载荷传递给桥塔结构。

拉索是柔性结构，一般为圆形截面，主要采用高强度钢筋、钢丝或钢绞线制作。斜拉桥在正常使用过程中，柔性的拉索以承受拉力为主。

拉杆是刚性结构，一般为矩形截面，主要采用预应力钢筋混凝土制作。斜拉桥在正常使用过程中，刚性的拉杆除了承受拉力外，还能承受部分的压力和扭转作用。

在静态的受力方面，由于拉杆的拉伸刚度和扭转刚度比柔性的拉索大许多，而垂度比柔性的拉索小很多，因此刚性的拉杆相比柔性的拉索具有一定的优越性：

（1） 提高了整体结构的刚度

对于活载大而挠度限制严格的铁路桥梁，刚性拉杆由于拉伸刚度是柔性拉索的几倍到十几倍，可以大大减小活载挠度，带来梁高与跨度比值的进一步降低。

（2） 解决了柔性拉索的疲劳问题

刚性拉杆，其截面尺寸选择的原则是在尽量小的截面尺寸内布置合适的预应力筋，使之能够在最不利的荷载组合作用下不出现拉应力。同时，由于刚性拉杆内混凝土与预应力筋共同受力、变形，尽管活载很大，但是由于刚性拉杆截面比较大，其抗拉刚度往往是柔性拉索的几倍到十几倍，也可以根据需要调整到更大，因此拉杆内预应力筋和混凝土应力幅却很小。据初步的分析计算表明，当钢丝的应力达100MPa时，最大应力与最小应力之差小于50MPa。钢丝最小和最大应力比达到0.95，钢丝锚下控制应力完全可用到0.75R（R为钢丝抗拉强度标准值）。而柔性拉索的铁路斜拉桥在运营阶段的钢丝应力一般都小于0.4R。

（3） 解决了柔性拉索的耐火性问题

采用刚性拉杆的斜拉桥在发生火灾时，刚性拉杆由于其预应力钢绞线是被混凝土厚厚的包裹在内部，不会因外界温度迅速升高而抗拉强度急剧降低导致丧失抗拉能力；而采用柔性拉索的斜拉桥在发生火灾时，由于柔性拉索的PE套管的厚度和耐火都较差，相当于直接将钢绞线暴露在高温环境中，这样容易使钢绞线温度迅速升高而抗拉强度急剧降低导致丧失抗拉能力，造成桥梁破坏。

但是，刚性的拉杆也有缺点。由于刚性的拉杆采用预应力钢筋混凝土制作，受施工工序限制，施工时须先浇筑其中的混凝土部分并在混凝土达到设计强度后，才可斜拉位于混凝土内部的预应力钢筋，此时预应力钢筋对主桥箱梁产生的预应力效应要略低于直接采用柔性拉索的结构（因通过结构内部应变协调产生的预应力效应小于通过杆件间位移协调产生的预应力效应）。

以一座三跨斜拉桥为例，采用先最大悬臂、后中边跨合龙的施工方案时，施工方案一（先闭合刚性拉杆，再斜拉内部的柔性拉索）、施工方案二（先张拉内部斜拉索，再闭合刚性拉杆）的对比计算结果表明：施工方案二（先张拉内部的斜拉索、再闭合刚性拉杆），有助于减小主桥箱梁关键内力控制区域（中支承、中跨跨中）的自重内力值5~6%以上，减小中跨跨中自重向下挠度值约5%以上。

现有技术中，有采用柔性拉索的斜拉桥，也有采用刚性拉杆的斜拉桥，各自具有上述各自的优点和缺点，例如：