一种开口式波形钢-混凝土组合桥塔及其受力分析方法与流程

本发明涉及组合桥塔，尤其涉及一种开口式波形钢-混凝土组合桥塔及其受力分析方法。

背景技术：

1、斜拉桥、悬索桥的桥塔通常采用混凝土结构，其横桥向混凝土腹板在顺桥向拉索作用下极易开裂。现有技术会在横桥向腹板中采用加大配筋或施加预应力来抵消拉索的作用力，但在实际工程中，由于混凝土结构抗压不抗拉的特性，混凝土横桥向腹板开裂的情况难以避免。混凝土开裂会影响桥塔结构的整体强度与耐久性能，对结构安全性危害极大，传统技术尚无有效的方法解决混凝土结构桥塔横桥向腹板开裂的问题。因此，需要设计一种开口式波形钢-混凝土组合桥塔及其受力分析方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种开口式波形钢-混凝土组合桥塔及其受力分析方法，解决现有混凝土结构抗压不抗拉的特性，混凝土横桥向腹板开裂的情况难以避免的技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种开口式波形钢-混凝土组合桥塔，包括若干块横桥向波形钢腹板、拉索和顺桥向混凝土腹板，若干块横桥向波形钢腹板设置在两块相对设置的顺桥向混凝土腹板上，横桥向波形钢腹板的两端与顺桥向混凝土腹板连接，拉索与顺桥向混凝土腹板连接，并向外倾斜设置。

4、进一步地，横桥向波形钢腹板设置为两列，两列横桥向波形钢腹板间隔并平行设置，每列横桥向波形钢腹板由若干块横桥向波形钢腹板组成，同一列的横桥向波形钢腹板等高度间隔设置。

5、进一步地，横桥向波形钢腹板嵌入顺桥向混凝土腹板的内部，并设置剪力钉与顺桥向混凝土腹板连接。

6、进一步地，拉索穿过顺桥向混凝土腹板设置，且拉索的穿过端设置有斜拉索锚头。

7、一种开口式波形钢-混凝土组合桥塔的受力分析方法，所述方法包括如下步骤：

8、步骤1：设计横桥向波形钢腹板(1)的截面厚度为t；

9、步骤2：设置两列横桥向波形钢腹板的间距为h；

10、步骤3：计算横桥向波形钢腹板与顺桥向混凝土腹板间剪力钉在拉索索力影响区间内的数量n；

11、步骤4：分析截面抗剪能力；

12、步骤5：分析截面抗弯能力；

13、步骤6：分析截面抗压能力满足设定的抗压能力。

14、进一步地，步骤1中，截面厚度为t满足下式：

15、

16、式中，t为波形钢腹板截面厚度，t为拉索拉力，α为拉索与水平方向的夹角，fy为钢材抗拉强度，d为顺桥向混凝土腹板厚度，θ为拉索拉力在混凝土中的应力扩散角，r为拉索锚头宽度。

17、进一步地，步骤2中，h＝2dtanθ+r

18、式中：h为两列横桥向波形钢腹板间距；

19、步骤3中，nfv≥tcosα；

20、式中：n为横桥向波形钢腹板与顺桥向混凝土腹板间剪力钉在拉索索力影响区间内的数量，fv为剪力钉的抗剪强度。

21、进一步地，步骤4中，

22、s钢fvd钢+s混凝土fvd混凝土≥v

23、式中：s钢为横桥向波形钢腹板的横截面面积，fvd钢为横桥向波形钢腹板的抗剪强度，s混凝土为顺桥向混凝土腹板的横截面面积，fvd混凝土为顺桥向混凝土腹板的抗剪强度，v为剪力设计值。

24、进一步地，步骤5中，

25、由于横桥向波形钢腹板抗弯刚度小于设定值，故只考虑两顺桥向混凝土腹板承受弯矩作用；

26、①顺桥向抗弯能力满足

27、w顺桥fct≥m顺桥

28、式中：w顺桥截面顺桥向抗弯截面抵抗矩，对于顺桥向，a为顺桥向截面长度，b为横桥向截面宽度，c为两顺桥向混凝土腹板距离；fct为混凝土抗拉强度，m顺桥为顺桥向弯矩设计值；

29、②横桥向抗弯能力满足

30、w横桥fct≥m横桥

31、式中：w横桥截面横桥向抗弯截面抵抗矩，对于横桥向，a为横桥向截面长度，b为横桥向截面宽度，c为两横桥向混凝土腹板距离；fct为混凝土抗拉强度，m横桥为横桥向弯矩设计值。

32、进一步地，步骤6中，由于横桥向波形钢腹板抗压能力小于设定值，只考虑两顺桥向混凝土腹板承受压力作用；

33、假设共有s根拉索，各拉索拉力分别为fi，与水平方向的夹角分别为αi，只考虑波形钢-混凝土组合桥塔底部截面的抗压能力；

34、式中：s混凝土为两横桥向混凝土腹板面积之和，fc为混凝土抗压强度，g混凝土为桥塔混凝土部分自重，g钢为桥塔波形钢部分自重。

35、本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

36、(2)本发明将顺桥向混凝土桥塔腹板设计成波形钢腹板，可充分发挥波形钢抗拉、抗剪能力强的特点，有效解决了传统混凝土桥塔顺桥向腹板开裂的问题。

37、(3)采用波形钢-混凝土桥塔的设计，极大减小了桥塔整体自重，可有效减少桥塔截面面积，降低材料造价成本。

38、(4)波形钢腹板可采用预制吊装工艺施工，可提高施工效率。

39、(5)桥塔设计成开口式，缩短两横桥向波形钢腹板的间距，可有效减小顺桥向混凝土腹板的挠度，同时减小波形钢与混凝土锚固区所承受的弯矩。

40、(5)将端部带有剪力钉的波形钢与混凝土腹板锚固连接，提升了锚固区的抗弯刚度，避免锚固区发生受弯失效。

技术特征：

1.一种开口式波形钢-混凝土组合桥塔，其特征在于：包括若干块横桥向波形钢腹板(1)、拉索(2)和顺桥向混凝土腹板(3)，若干块横桥向波形钢腹板(1)设置在两块相对设置的顺桥向混凝土腹板(3)上，横桥向波形钢腹板(1)的两端与顺桥向混凝土腹板(3)连接，拉索(2)与顺桥向混凝土腹板(3)连接，并向外倾斜设置。

2.根据权利要求1所述的一种开口式波形钢-混凝土组合桥塔，其特征在于：横桥向波形钢腹板(1)设置为两列，两列横桥向波形钢腹板(1)间隔并平行设置，每列横桥向波形钢腹板(1)由若干块横桥向波形钢腹板(1)组成，同一列的横桥向波形钢腹板(1)等高度间隔设置。

3.根据权利要求2所述的一种开口式波形钢-混凝土组合桥塔，其特征在于：横桥向波形钢腹板(1)嵌入顺桥向混凝土腹板(3)的内部，并设置剪力钉(5)与顺桥向混凝土腹板(3)连接。

4.根据权利要求3所述的一种开口式波形钢-混凝土组合桥塔，其特征在于：拉索(2)穿过顺桥向混凝土腹板(3)设置，且拉索(2)的穿过端设置有斜拉索锚头(4)。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种开口式波形钢-混凝土组合桥塔的受力分析方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种开口式波形钢-混凝土组合桥塔的受力分析方法，其特征在于：步骤1中，截面厚度为t满足下式：

7.根据权利要求5所述的一种开口式波形钢-混凝土组合桥塔的受力分析方法，其特征在于：步骤2中，h＝2dtanθ+r

8.根据权利要求5所述的一种开口式波形钢-混凝土组合桥塔的受力分析方法，其特征在于：步骤4中，

9.根据权利要求5所述的一种开口式波形钢-混凝土组合桥塔的受力分析方法，其特征在于：步骤5中，

10.根据权利要求5所述的一种开口式波形钢-混凝土组合桥塔的受力分析方法，其特征在于：步骤6中，由于横桥向波形钢腹板抗压能力小于设定值，只考虑两顺桥向混凝土腹板承受压力作用；

技术总结本发明提供一种开口式波形钢‑混凝土组合桥塔及其受力分析方法，属于组合桥塔技术领域，组合桥塔包括若干块横桥向波形钢腹板、拉索和顺桥向混凝土腹板，若干块横桥向波形钢腹板设置在两块相对设置的顺桥向混凝土腹板上，横桥向波形钢腹板的两端与顺桥向混凝土腹板连接，拉索与顺桥向混凝土腹板连接，并向外倾斜设置。本发明将顺桥向混凝土桥塔腹板设计成波形钢腹板，可充分发挥波形钢抗拉、抗剪能力强的特点，有效解决了传统混凝土桥塔顺桥向腹板开裂的问题。技术研发人员：宁杰钧,陈齐风,郝天之,夏雨,徐赵东,戴军,陆利丰,陈洁,朱剑宏,李明珊,罗资清受保护的技术使用者：广西北投公路桥梁工程有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29