本发明涉及桥梁技术领域，具体涉及一种斜拉索与桥塔锚固构造及制造方法。
背景技术：
斜拉桥是一种缆索承重桥梁，主要由受轴力为主的主梁和桥塔、受拉的斜拉索三部分组成。在斜拉索的支承作用下，主梁可视为多跨连续梁，所承受弯矩显著降低，主梁截面高度可相应减小，结构自重降低，跨越能力可大幅度提高。斜拉桥受力合理、经济性好，适用性强、外形优美、施工技术成熟且具有良好的抗风性能，因此在世界桥梁建设中斜拉桥扮演越来越重要的角色。在斜拉桥中，桥塔及斜拉索锚固结构至关重要，特别是斜拉索与桥塔的锚固结构将斜拉索的集中力分散到桥塔塔柱的全截面。目前斜拉索与桥塔的锚固形式主要有以下几种：
1)预应力锚固体系形式：将斜拉索直接锚固在混凝土桥塔内壁的齿板上，在锚固区域施加环向或者“#”型预应力；这种锚固结构形式需在桥塔壁内设置大量预应力钢绞线及钢筋，施工复杂，预应力钢束或钢筋的长度很短，预应力损失很大，高空施工困难，预应力压浆很难密实，施工质量保证困难。
2)交叉锚固形式：交叉锚固是指在混凝土桥塔中预先埋设与斜拉索倾斜角度相同的索导管，斜拉索经过预埋的索导管穿过混凝土桥塔，锚固于桥塔另一侧的凸形牛腿中或齿板凹槽中。这种锚固方式预埋导索管较多，易与桥塔内钢筋发生冲突，且张拉斜拉索时需在桥塔相应位置安装施工平台，施工工艺复杂，模板安装等施工难度较大，且仅适用于工字型或实体矩形截面桥塔，随着斜拉桥跨径的增加，此种锚固形式的经济性越来越差。
3)钢锚梁式锚固形式：钢锚梁式锚固是将钢锚梁置于桥塔内壁的牛腿上，斜拉索锚固在钢锚梁端部的锚固件上，锚固件通过两侧的斜腹板将力传给钢锚梁，水平分力主要由钢锚梁承担，竖向分力通过支承垫板传给牛腿后再传给桥塔。钢锚梁主要由上下盖板、腹板、锚垫板、承压板、加劲板、横隔板、连接板等组成，钢锚梁与塔壁之间的连接方式分为刚性和非刚性，刚性连接是指钢锚梁与牛腿之间焊接或螺栓连接，钢锚梁与塔壁共同分担斜拉索的水平力，非刚性连接是指钢锚梁安装在塔壁内牛腿上的支承垫板，钢锚梁承担斜拉索水平分力，塔壁则承担牛腿传来的竖向分力。传统钢锚梁的牛腿均采用混凝土浇筑，工程实践表明在塔柱上吊装安装钢锚梁困难，后期牛腿容易开裂，不易养护，斜拉索安装更换不便，且一般不能用于空间索面斜拉桥，用钢量大。
4)钢锚箱式锚固形式：钢锚箱侧板位于斜拉索两侧，钢锚箱的横隔板形成一个张拉空间，钢锚箱之间上下连接。钢锚箱分为外露式和内置式两种，外露式钢锚箱是将塔壁分开，斜拉索的轴向力通过钢锚箱两侧连接件传递到塔壁。内置式钢锚箱是完整的箱型结构，封闭在塔壁中，斜拉索竖向分力由钢锚箱两端板的连接件传递到塔壁上，受力明确合理。这种锚固结构工厂化预制程度高、质量易保证、锚固点位置和角度可精准控制、施工快捷、监测维修更换拉索方便、安全性高，但用钢量大、成本高、吊装能力和安装精度要求高。
为适应不同结构形式及跨径斜拉桥的需求，常见的斜拉索和桥塔的锚固形式有以上提到的四种形式，各种锚固形式均有自身的优点，但又各自存在自身的局限性，主要体现在：斜拉索若直接锚固在混凝土中，因锚固处受力复杂，需设置大量的预应力钢绞线及加强钢筋，预应力钢绞线和加强钢筋极易与混凝土桥塔主筋冲突，施工过程中需大量切割主筋或在桥塔施工过程中预留好斜拉索的锚固空间，施工工序较为繁琐。若采用钢锚梁式锚固形式，斜拉索虽锚固于钢锚梁上，但钢锚梁需支撑于桥塔侧壁的混凝土牛腿上，混凝土牛腿后期容易开裂，锚固区养护更换较为困难且吊装钢锚梁需搭建施工操作平台，施工不便。目前大跨度斜拉桥常用的锚固形式是钢锚箱锚固，但传统钢锚箱因为焊接空间的原因，斜拉索的竖向间距最小不能小于1.5-2.0m，斜拉索在桥塔上的锚固段比较长，用钢量大，成本高，安装精度及吊装能力要求高。因此，需要寻求新型的索塔锚固方案，在确保桥塔各部位受力合理的前提下以提高现有斜拉桥索塔锚固施工便捷程度、改善经济效益。
技术实现要素：
本发明目的在于：针对目前斜拉索与桥塔的各种锚固形式均存在一定缺陷的问题，提供一种斜拉索与桥塔锚固构造及制造方法，该锚固构造既可克服传统侧壁式锚固形式及交叉锚固形式斜拉索导管预埋施工预埋复杂、容易与混凝土塔主筋及环向预应力钢筋冲突、钢锚梁施工时需较大的吊装空间且混凝土牛腿在斜拉索力作用下容易开裂、钢锚箱锚固用钢量大的缺点，同时又继承了传统钢锚箱的优点，充分发挥了钢材抗拉和混凝土抗压的材料性能，该锚固方案通过优化锚固形式及安装流程给斜拉索提供了更大的安装施工操作空间，采用了特殊的分段方式和一侧开孔锚固侧板优化锚固结构，缩小斜拉索锚固的竖向间距，降低塔高，节约用钢量。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种斜拉索与桥塔锚固构造，包括对称设置在桥塔内两侧的锚固结构和连接两个锚固结构的若干个连接板，每个所述锚固结构采用与斜拉索方向一致的倾斜段以及与连接板方向一致的平直段划分为若干个锚固节段，每个所述锚固节段包括两块相对设置的锚固侧板以及位于锚固侧板间且沿斜拉索方向间隔布置的若干对抗剪板，抗剪板的方向和斜拉索的轴向方向平行，斜拉索位于每对抗剪板之间且锚固于每对抗剪板端部的锚垫板上。
本发明通过在桥塔内两侧对称设置分离式锚固结构，并采用连接板进行连接，实现桥塔两侧斜拉索索力的水平分力绝大部分自平衡，减小混凝土桥塔塔壁的受力，由于采用与斜拉索方向一致的倾斜段以及与连接板方向一致的平直段分割线将锚固结构沿桥塔纵向划分为若干个锚固节段，可有效避免节段划分时切割抗剪板与连接板，且在一侧锚固侧板上开设与抗剪板方向一致数量相同的孔洞，焊工无需进入锚固节段内部进行焊接作业，可在锚固侧板外侧围焊锚固侧板与抗剪板的连接焊缝，大幅度降低焊缝施焊操作空间要求，可将传统钢锚箱的斜拉索锚固的竖向间距从2m缩减至0.6m，即实现斜拉索锚固的竖向小间距布置，大大减小斜拉索锚固区长度，减少钢板用量，并提高斜拉索的使用效率。当混凝土桥塔横桥向尺寸较大时，优选地在锚固结构处的混凝土塔壁设置混凝土槽型结构，锚固结构嵌入槽型结构中，将抗剪板横桥向尺寸缩减到最小，进一步节约抗剪板用钢量，同时使得整个锚固结构最小化，在相同吊装能力下可提高锚固节段制作长度，提高施工效率，节约工程造价，具有良好的工程经济性和施工便捷性。
作为本发明的优选方案，每个所述锚固节段中的任一侧锚固侧板上开设有与抗剪板方向一致的孔洞，所述孔洞的数量以及尺寸均与抗剪板适配。通过在锚固节段中的一侧锚固侧板上开设有与抗剪板方向一致且适配的孔洞，在进行锚固节段制造时，可以先将未开孔洞的锚固侧板与抗剪板、锚垫板和斜拉索套筒组合件焊接后，再将另一块带孔锚固侧板与抗剪板对孔后在锚固侧板外侧围焊施工其与抗剪板的连接焊缝，避免进入锚固节段内部进行焊接作业，便于锚固节段的制造，在锚固节段设计时无需预留焊接施工操作空间，斜拉索竖向锚固间距可布置得更小，也可缩小节段横桥向构造尺寸。
作为本发明的优选方案，每个所述锚固节段中的两块锚固侧板外侧均设置有若干个剪力钉。通过在锚固节段的两块锚固侧板外侧设置若干个剪力钉连接锚固侧板与混凝土桥塔的塔壁，斜拉索的索力通过锚固板及抗剪板传递给两侧锚固侧板，而锚固侧板又通过剪力钉将力传递至混凝土桥塔的塔壁。
作为本发明的优选方案，所述桥塔内两侧的锚固结构通过连接板相连，所述连接板与所述锚固结构采用螺栓连接或者焊接。
作为本发明的优选方案，当混凝土桥塔横桥向尺寸较小时，锚固结构通过剪力钉与混凝土塔壁连接；当混凝土桥塔横桥向尺寸较大时，在锚固结构处混凝土塔壁内浇设置混凝土槽型结构，锚固结构嵌入槽型结构中，锚固结构通过剪力钉与槽型结构连接，将抗剪板横桥向尺寸缩减至最小，可进一步节约用钢量。
本发明还提供一种斜拉索与桥塔锚固构造的制造方法，包括以下步骤：
步骤a、将斜拉索套筒和锚垫板焊接在一起，并与一对抗剪板焊接；
步骤b、将带有斜拉索套筒和锚垫板的抗剪板焊接在未开孔的锚固侧板上；
步骤c、重复步骤a、b焊接其余抗剪板与锚固侧板焊缝；
步骤d、将带有孔洞的锚固侧板与锚固节段上的抗剪板对孔安装，并在开孔锚固侧板外侧围焊抗剪板与锚固侧板的连接焊缝形成锚固节段；
步骤e、在锚固节段外侧焊接剪力钉。
本斜拉索与桥塔锚固构造的制造方法通过步骤a-e，在进行锚固节段制造时，可以先将未开孔洞的锚固侧板与若干对抗剪板、锚垫板和斜拉索套筒组合件焊接后，再将另一块带孔洞的锚固侧板与抗剪板对孔安装后在锚固侧板外侧施工其与抗剪板的连接焊缝，然后在两块锚固侧板外侧焊接剪力钉后形成锚固节段。锚固节段制造流程大幅度精简，简单易行，工程经济性和施工便捷性可大幅度提高。
作为本发明的优选方案，将焊接完成的锚固节段依次吊装至桥塔上，并采用螺栓或焊接将连接板与桥塔两侧锚固节段中的锚固侧板进行连接。
作为本发明的优选方案，锚固节段吊装完成后沿节段分割线对相邻节段进行焊接或者螺栓临时连接。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明通过在桥塔内两侧对称设置分离式锚固结构，并采用连接板进行连接，实现桥塔两侧斜拉索的部分自平衡，减小混凝土桥塔塔肢受力，由于采用与斜拉索方向一致的倾斜段以及与连接板方向一致的平直段分割线将锚固结构沿桥塔纵向划分为若干个锚固节段，可有效避免节段划分时切割抗剪板与连接板，且在一侧锚固侧板上开设与抗剪板方向一致数量相同的孔洞，优化锚固结构，焊工无需进入锚固节段内部进行焊接作业，可在锚固侧板外侧围焊锚固侧板与抗剪板的连接焊缝，大幅度降低施焊空间要求，可将传统钢锚箱的斜拉索竖向间距从2m缩减至0.6m，即实现斜拉索锚固的竖向小间距布置，大大减小斜拉索锚固区长度，减少斜拉索及钢板用量，提高斜拉索的利用率。当混凝土桥塔横桥向尺寸较大时，优选地在锚固结构处混凝土塔壁内设置混凝土槽型结构，锚固结构嵌入槽型结构中，将抗剪板横桥向尺寸缩减至最小，节约用钢量，同时使得整个锚固结构最小化，在相同吊装能力下可提高锚固节段制作长度，缩减吊装次数节约施工成本，具有良好的工程经济性和施工便捷性；
2、通过在锚固节段中的任一锚固侧板上开设有与抗剪板方向一致且适配的孔洞，在进行锚固节段制造时，可以先将未开孔洞的锚固侧板与抗剪板、锚垫板和斜拉索套筒组合件焊接后，再将另一块带孔的锚固侧板与抗剪板对孔安装后在锚固侧板外侧施工其与抗剪板的连接焊缝，避免在锚固节段内部进行焊接作业，便于锚固节段的制造，在锚固节段设计时无需预留焊接施工操作空间，斜拉索锚固的竖向间距可布置得更小，也可缩小锚固节段横桥向构造尺寸；
3、通过在锚固节段的两块锚固侧板外侧设置若干个剪力钉，增加了锚固侧板外侧与桥塔混凝土的锚固能力，斜拉索受力通过锚固板及抗剪板传递给两侧锚固侧板，而锚固侧板又通过剪力钉将力传递至混凝土桥塔上；
4、本斜拉索与桥塔锚固构造的制造方法通过步骤a-e，在进行锚固节段制造时，可以先将未开孔洞的锚固侧板与抗剪板、锚垫板和斜拉索套筒组合件焊接后，再将另一块带孔的锚固侧板与抗剪板对孔后在锚固侧板外侧施工其与抗剪板的连接焊缝，然后在两块锚固侧板外侧焊接剪力钉后形成锚固节段，锚固节段制造流程大幅度精简，简单易行，工程经济性和施工便捷性可大幅度提高。
附图说明
图1为本发明中的斜拉索与桥塔锚固构造示意图。
图2为本发明中的锚固节段结构示意图。
图3为本发明中锚固构造与混凝土桥塔塔壁连接断面示意图-适用于混凝土桥塔横向尺寸较小工况。
图4为本发明中锚固构造与混凝土桥塔塔壁连接断面示意图-适用于混凝土桥塔横向尺寸较大工况。
图5为本发明中的锚固节段制造顺序示意图。
图中标记：1-锚固结构，2-连接板，3-螺栓，4-锚固节段分割线，5-锚固侧板，51-孔洞，52-剪力钉，6-抗剪板，7-斜拉索套筒，8-锚垫板，9-混凝土塔壁，91-塔壁内混凝土槽型结构。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例提供一种斜拉索与桥塔锚固构造；
如图1-3所示，本实施例中的斜拉索与桥塔锚固构造，包括对称设置在桥塔两侧的锚固结构1和连接两个锚固结构1的若干个连接板2，每个所述锚固结构1沿桥塔轴向以锚固节段分割线4划分为若干个锚固节段，各锚固节段之间具体采用与斜拉索套筒7方向一致的倾斜段以及与连接板2方向一致的平直段分割线进行划分，每个所述锚固节段包括两块相对设置的锚固侧板5以及位于两块锚固侧板5之间且沿斜拉索套筒7方向布置的若干对抗剪板6，并且若干对抗剪板6沿桥塔轴向间隔布置，每对抗剪板6包括相对间隔设置的两块抗剪板，斜拉索套筒7位于每对抗剪板6之间且锚固于每对抗剪板6端部的锚垫板8上。
本实施例中，每个所述锚固节段中的任一侧锚固侧板5上开设有与抗剪板6方向一致的孔洞51，所述孔洞51的数量以及尺寸均与抗剪板6适配。
本实施例中，每个所述锚固节段中的两块锚固侧板5外侧均设置有若干个剪力钉52。通过在锚固节段的两块锚固侧板外侧设置若干个剪力钉，增加了锚固侧板外侧与桥塔混凝土的锚固能力，斜拉索受力通过锚垫板及抗剪板传递给两侧锚固侧板，锚固侧板通过剪力钉将力传递至混凝土桥塔上。
本实施例中，所述连接板2与所述锚固结构1采用螺栓3进行连接。连接板与桥塔两侧的锚固结构采用螺栓连接，便于锚固结构的施工。为了承受斜拉索的拉力，优选地采用高强螺栓来连接锚固结构与连接板。
当混凝土桥塔横桥向尺寸较大时，优选地在锚固结构1处混凝土塔壁内设置混凝土槽型结构91，锚固结构嵌入槽型结构中，锚固结构通过剪力钉与槽型结构91侧壁连接，如图4所示。设置槽型结构91可以避免将抗剪板延伸至混凝土塔壁外侧，缩减抗剪板横桥向尺寸至最小，进一步节约抗剪板用钢量，同时使得整个锚固结构最小化，在相同吊装能力下可提高锚固节段制作长度，提高施工效率，节约工程造价，具有良好的工程经济性和施工便捷性。
实施例2
本实施例提供一种如实施例1中斜拉索与桥塔锚固构造的制造方法；
如图5所示，本实施例中的斜拉索与桥塔锚固构造的制造方法，包括以下步骤：
步骤a、将斜拉索套筒7和锚垫板8焊接在一起，并与一对抗剪板6焊接；
步骤b、将带有斜拉索套筒7和锚垫板8的抗剪板6焊接在未开孔洞的锚固侧板5上；
步骤c、重复步骤a、b焊接其余抗剪板6与锚固侧板5焊缝；
步骤d、将带有孔洞51的锚固侧板5与锚固节段上的抗剪板6对孔安装，并在开孔锚固侧板外侧围焊抗剪板与锚固侧板的连接焊缝形成锚固节段；
步骤e、在锚固节段外侧焊接剪力钉52。
本斜拉索与桥塔锚固构造的制造方法通过步骤a-e，在进行锚固节段制造时，可以先将未开孔洞的锚固侧板与若干对抗剪板、斜拉索的锚垫板和套筒组合件焊接后，再将另一块带孔洞的锚固侧板与抗剪板对孔安装后在锚固侧板外侧施工其与抗剪板的连接焊缝，然后在两块锚固侧板外侧焊接剪力钉后形成锚固节段，锚固结构制造流程可大幅度精简，简单易行，工程经济性和施工便捷性可大幅度提高。
本实施例中，将焊接完成后的锚固节段依次吊装至桥塔上，并采用螺栓或焊接将连接板与桥塔两侧锚固节段中的锚固侧板进行连接。锚固节段吊装完成后沿节段分割线对相邻节段进行焊接或者临时螺栓连接。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原理之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种斜拉索与桥塔锚固构造，其特征在于，包括对称设置在桥塔内两侧的锚固结构和连接两个锚固结构的若干个连接板，每个所述锚固结构采用与斜拉索方向一致的倾斜段以及与连接板方向一致的平直段划分为若干个锚固节段，每个所述锚固节段包括两块相对设置的锚固侧板以及位于锚固侧板间且沿斜拉索方向间隔布置的若干对抗剪板，抗剪板的方向和斜拉索的轴向方向平行，斜拉索位于每对抗剪板之间且锚固于每对抗剪板端部的锚垫板上。
2.根据权利要求1所述的斜拉索与桥塔锚固构造，其特征在于，每个所述锚固节段中的任一侧锚固侧板上开设有与抗剪板方向一致的孔洞，所述孔洞的数量以及尺寸均与抗剪板适配。
3.根据权利要求2所述的斜拉索与桥塔锚固构造，其特征在于，每个所述锚固节段中的两块锚固侧板外侧均设置有若干个剪力钉。
4.根据权利要求3所述的斜拉索与桥塔锚固构造，其特征在于，所述桥塔内两侧的锚固结构通过连接板相连，所述连接板与所述锚固结构采用螺栓连接或者焊接。
5.根据权利要求1-4之一所述的斜拉索与桥塔锚固构造，其特征在于，当混凝土桥塔横桥向尺寸较小时，锚固结构通过剪力钉与混凝土塔壁连接；当混凝土桥塔横桥向尺寸较大时，在锚固结构处的混凝土塔壁内设置混凝土槽型结构，锚固结构嵌入槽型结构中，锚固结构通过剪力钉与槽型结构侧壁连接。
6.一种如权利要求3所述的斜拉索与桥塔锚固构造的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a、将斜拉索套筒和锚垫板焊接在一起，并与一对抗剪板焊接；
步骤b、将带有斜拉索套筒和锚垫板的抗剪板焊接在未开孔洞的锚固侧板上；
步骤c、重复步骤a、b焊接其余抗剪板与锚固侧板焊缝；
步骤d、将带有孔洞的锚固侧板与锚固节段上的抗剪板对孔安装，并在开孔锚固侧板外侧围焊抗剪板与锚固侧板的连接焊缝形成锚固节段；
步骤e、在锚固节段外侧焊接剪力钉。
7.根据权利要求6所述的斜拉索与桥塔锚固构造的制造方法，其特征在于，将焊接完成后的锚固节段依次吊装至桥塔上，并采用螺栓或焊接将连接板与桥塔两侧锚固节段中的锚固侧板进行连接。
8.根据权利要求6所述的斜拉索与桥塔锚固构造的制造方法，其特征在于，锚固节段吊装完成后沿节段分割线对相邻节段进行焊接或者临时螺栓连接。
技术总结