新型鋼錨板式鋼-混組合索塔錨固體系傳力機(jī)理研究

采用模型試驗(yàn)研究了鋼錨板式鋼-混凝土界面粘結(jié)滑移性能，結(jié)果表明：1）當(dāng)荷載小于極限荷載的20%時(shí)鋼錨板與混凝土之間未發(fā)生滑移，當(dāng)荷載達(dá)到極限荷載的45%之前，荷載-滑移呈線性關(guān)系。當(dāng)荷載繼續(xù)增大，荷載-滑移曲線呈現(xiàn)非線性；2）加載端滑移量要大于中間位置，即表現(xiàn)為滑移由加載端向自由端的逐漸滲透的一個(gè)過程。加載初期，整個(gè)鋼錨板長度上均不產(chǎn)生任何滑移；隨著荷載繼續(xù)增加，加載端首先開始滑移，在距離加載端的一定區(qū)段內(nèi)出現(xiàn)滑移。隨著荷載繼續(xù)增加，加載端滑移值逐漸緩慢增加；3）鋼錨板應(yīng)變在加載階段從加載端到自由端接近指數(shù)分布。隨著荷載加大加載端趨于線性分布。荷載下降段的鋼錨板應(yīng)變更接近線性分布，接近自由端基本沒有殘余應(yīng)變；4）利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，提出了鋼錨板-混凝土界面的荷載-滑移關(guān)系式。 采用理論分析和數(shù)值模擬方法，進(jìn)行了混凝土強(qiáng)度、錨板厚度、橫隔板數(shù)量及位置、PBL剪力鍵列數(shù)及其穿孔鋼筋直徑等參數(shù)變化對鋼錨板式鋼-混組合索塔錨固體系鋼-混凝土界面粘結(jié)滑移的影響分析，結(jié)果表明：1）混凝土強(qiáng)度對鋼-混滑移性能影響不明顯；2）鋼板厚度對鋼-混滑移性能影響明顯。鋼板厚度由30mm變?yōu)?0mm時(shí)，加載端的滑移減小了40%，自由端的滑移量減小了34%。加載端應(yīng)力減小了40%，自由端應(yīng)力減小了41%；3）PBL鍵的數(shù)量對鋼-混滑移性能影響較為明顯。PBL鍵由原來的4根增加到12根時(shí)，加載端的滑移減小了29%。中間應(yīng)力減小了43%；4）隔板的數(shù)量對鋼-混滑移性能影響較為明顯。去掉原來的隔板后加載端的滑移平均增大了約60%，自由端的滑移量平均增大了約30%。對應(yīng)力影響較小。 采用數(shù)值模擬方法，通過分析影響PBL剪力鍵承載力的主要因素，提出了考慮PBL剪力鍵鍵群效應(yīng)影響的PBL剪力鍵極限承載力計(jì)算公式。 在同時(shí)考慮材料非線性、接觸非線性和鋼-混凝土界面粘結(jié)滑移非線性的影響的基礎(chǔ)上，研究了鋼錨板式鋼-混組合索塔錨固體系在對稱與單側(cè)索力作用下的的全過程傳力機(jī)理，得到了對稱及單側(cè)索力作用下錨固體系在加載全過程中的變形、應(yīng)力以及混凝土裂縫發(fā)展規(guī)律，得到了其極限荷載及破壞形式。 通過近三年的試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臄?shù)據(jù)測試，混凝土收縮、徐變效應(yīng)對傳力機(jī)理的影響進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，混凝土收縮徐變對鋼錨板式鋼-混組合索塔錨固體系的受力性能影響甚微。

新型鋼錨板式鋼-混組合索塔錨固體系是將鋼錨板與PBL剪力鍵包裹在混凝土索塔內(nèi)部，通過銷鉸將斜拉索錨固在鋼錨板外露耳板上的錨固形式。該錨固體系能充分發(fā)揮鋼材與混凝土的材料性能優(yōu)點(diǎn)，具有承載力高、施工快捷，后期換索方便等優(yōu)點(diǎn)，可以完全彌補(bǔ)斜拉索交叉錨固體系的不足。項(xiàng)目組將在傳統(tǒng)鋼-混組合結(jié)構(gòu)研究方法和研究成果的基礎(chǔ)上，采用模型試驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬方法，提出鋼板-側(cè)向受壓混凝土界面粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系模型、考慮側(cè)向壓力與PBL剪力鍵鍵群效應(yīng)影響的PBL剪力鍵極限承載力計(jì)算公式；在同時(shí)考慮材料非線性、接觸非線性和鋼-混凝土界面粘結(jié)滑移非線性的影響的基礎(chǔ)上，研究鋼錨板式鋼-混組合索塔錨固體系在對稱與單側(cè)索力作用下的的全過程傳力機(jī)理，并對設(shè)計(jì)參數(shù)變化與混凝土收縮、徐變效應(yīng)對傳力機(jī)理的影響進(jìn)行深入系統(tǒng)的分析；將鋼-混組合索塔錨固體系在工程應(yīng)用中進(jìn)行推廣，為今后類似結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供可靠依據(jù)。

斜拉橋索塔上塔柱錨固區(qū)采用鋼（錨箱）混（凝土）組合結(jié)構(gòu)，并讓鋼錨箱能夠承受斜拉索的全部水平分力，使得結(jié)構(gòu)受力更明確。

蘇通大橋采用鋼錨箱作為斜拉索的錨固結(jié)構(gòu)，在中國國內(nèi)尚屬首次。由于鋼錨箱具有安裝速度快、定位精確的特點(diǎn)，從而保證了斜拉索的安裝精度。為了將蘇通大橋鋼錨箱安裝的經(jīng)驗(yàn)推而廣之，經(jīng)總結(jié)和提煉，制定了《斜拉橋索塔鋼錨箱安裝施工工法》，為2005年后類似結(jié)構(gòu)施工提供參考或借鑒。

斜拉橋索塔鋼錨箱安裝施工工法適用范圍

《斜拉橋索塔鋼錨箱安裝施工工法》適用于斜拉橋索塔鋼錨箱安裝施工，對于類似的鋼塔安裝也可借鑒采用。

斜拉橋索塔鋼錨箱安裝施工工法工藝原理

《斜拉橋索塔鋼錨箱安裝施工工法》的工藝原理敘述如下：

鋼錨箱采取分批安裝，通過分析自然環(huán)境（風(fēng)、日照等）和主體結(jié)構(gòu)（鋼筋、混凝土等）的影響，確定每批鋼錨箱安裝的自由高度。對首節(jié)鋼錨箱（基準(zhǔn)節(jié)段）進(jìn)行精確調(diào)位并固定后，分節(jié)吊裝首批其他節(jié)段鋼錨箱，當(dāng)澆筑完成相應(yīng)節(jié)段混凝土后，即可進(jìn)行下批鋼錨箱安裝。

鋼錨箱安裝誤差采取分批調(diào)整，通過監(jiān)測已裝鋼錨箱的實(shí)際位置，分析安裝誤差影響，確定下批鋼錨箱安裝時(shí)是否需要進(jìn)行傾斜度調(diào)整以及調(diào)整量（若需要調(diào)整）。

斜拉橋索塔鋼錨箱安裝施工工法施工工藝

• 工藝流程

《斜拉橋索塔鋼錨箱安裝施工工法》的工藝流程如下：

鋼錨箱分為首節(jié)鋼錨箱安裝和其他節(jié)段鋼錨箱安裝（鋼錨箱標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段結(jié)構(gòu)參見圖1）。

鋼錨箱安裝與節(jié)段混凝土施工異步進(jìn)行，即先安裝一批鋼錨箱（3~4節(jié)段），然后澆筑一定高度的混凝土（2~3節(jié)段）。

鋼錨箱安裝總體施工工藝流程見圖2，鋼錨箱布置參見示意圖3。

• 操作要點(diǎn)

《斜拉橋索塔鋼錨箱安裝施工工法》的操作要點(diǎn)如下：

一、施工準(zhǔn)備

1.鋼錨箱進(jìn)場驗(yàn)收

鋼錨箱運(yùn)抵現(xiàn)場后，進(jìn)行檢查驗(yàn)收，內(nèi)容主要包括：

1）鋼錨箱相關(guān)制造和工廠驗(yàn)收技術(shù)資料；

2）鋼錨箱外觀檢查，外形尺寸復(fù)查；

3）重要部位如節(jié)段間匹配件檢查等。

2.鋼錨箱吊裝前的準(zhǔn)備工作

1）了解氣象情況，由于風(fēng)、雨、霧等惡劣天氣影響吊裝，必須隨時(shí)掌握天氣趨勢和現(xiàn)狀；

2）吊裝工作應(yīng)選擇作業(yè)點(diǎn)風(fēng)速10米/秒以下，無雨霧天氣，且溫差變化較小的時(shí)段內(nèi)進(jìn)行；

3）起吊設(shè)備例行檢查調(diào)整，特別是制動系統(tǒng)調(diào)整；

4）機(jī)具準(zhǔn)備，主要是指用于吊裝及定位調(diào)節(jié)的吊具、索具、葫蘆、千斤頂，以及沖釘、高強(qiáng)螺栓、高強(qiáng)螺栓施擰（檢查）工具的檢查校正等工作；

5）檢查工作面配備的照明設(shè)備、電源線以及錨箱牽引繩、手拉葫蘆是否到位；

6）工作平臺的安裝及檢查。

二、首節(jié)鋼錨箱安裝

作為鋼錨箱安裝的基準(zhǔn)段，首節(jié)鋼錨箱的準(zhǔn)確安裝尤為重要，其施工工藝流程見圖4。

1.底座墊塊混凝土施工、承重板安裝

施工底座墊塊混凝土?xí)r，預(yù)埋承重板調(diào)節(jié)螺栓及錨箱錨固螺栓預(yù)留孔（圖5）。

考慮到首節(jié)鋼錨箱安裝調(diào)位需要，鋼錨箱底座混凝土墊塊根據(jù)具體施工需要比設(shè)計(jì)少澆筑一定高度（一般約5~6厘米左右），待首節(jié)錨箱安裝就位后再灌漿。

2.首節(jié)鋼錨箱吊裝及初定位

首節(jié)鋼錨箱利用塔吊吊裝并通過手拉葫蘆及纜風(fēng)繩初定位，采用臨時(shí)限位裝置初步限位。

選擇陰天或凌晨氣溫變化不大的時(shí)段，測量放線，并在承重鋼板上標(biāo)記錨箱邊線及中心線。當(dāng)風(fēng)速較小時(shí)，掛好手拉葫蘆及纜風(fēng)繩。起吊首節(jié)鋼錨箱，緩慢下落，放置于承重鋼板上，初步定位后用臨時(shí)限位裝置限位。

3.首節(jié)錨箱精確調(diào)位、臨時(shí)固定

首節(jié)鋼錨箱采用三向調(diào)位千斤頂精確調(diào)整錨箱平面位置和標(biāo)高，調(diào)整時(shí)，先頂起鋼錨箱，在測量控制下，依次反復(fù)調(diào)整錨箱的平面位置及標(biāo)高，當(dāng)調(diào)位精度滿足要求后，將鋼錨箱底板與承重板墊實(shí)并臨時(shí)焊接固定，并安裝錨固螺栓。

4.鋼錨箱底灌漿

1）漿液配制程序

性能指標(biāo)的確定→漿液配合比設(shè)計(jì)→模擬灌漿試驗(yàn)。

2）漿液技術(shù)性能指標(biāo)確定

鋼錨箱底灌漿存在頂面封閉、灌漿面積大漿液流動空間狹小、混凝土毛面等不利因素，因此，要求灌漿液除具有高強(qiáng)度的基本要求外，還須具有良好的流動性、穩(wěn)定性、自密實(shí)性、膨脹性和耐久性等特殊要求。

3）漿液配制采取的主要措施

（1）摻加風(fēng)選低鈣I級粉煤灰、硅灰、聚羧酸系列減水劑和漿液穩(wěn)定劑；

（2）盡量降低水膠比；

（3）對不同減水劑、漿液穩(wěn)定劑及膨脹劑摻量進(jìn)行對比試驗(yàn)。

4）灌漿施工要點(diǎn)

（1）投料順序如圖6所示。

（2）灌漿前，用空壓機(jī)除灰，使灌漿處潔凈潮濕；

（3）漿液從一個(gè)灌漿口倒入，并控制速度，用10號鐵絲伸入其中進(jìn)行適當(dāng)插搗、引流；

（4）灌漿要連續(xù)；

（5）必須覆蓋保濕養(yǎng)護(hù)。

三、其他節(jié)段鋼錨箱安裝

其他節(jié)段鋼錨箱根據(jù)起吊設(shè)備的能力（吊重、吊高）采取單節(jié)或多節(jié)吊裝，其安裝施工工藝流程見圖7。

1.其他節(jié)段鋼錨箱吊裝要點(diǎn)

根據(jù)錨箱上吊耳的位置，在吊架上選擇相適應(yīng)的位置連接吊索。當(dāng)具備起重條件時(shí)，塔吊起吊錨箱節(jié)段。

當(dāng)節(jié)段起吊超過已安節(jié)段頂面后，旋轉(zhuǎn)塔吊，移至安裝位置將節(jié)段下部帶扣的牽引繩與已安裝在鋼錨箱上的手拉葫蘆連接，配合塔吊的操作，使節(jié)段緩慢下降。

在距最終位置2~8厘米上方處停止下放節(jié)段，確認(rèn)端面情況，然后繼續(xù)緩慢下降節(jié)段，并在錨箱水平接縫四個(gè)角點(diǎn)高強(qiáng)螺栓孔內(nèi)插打定位沖釘實(shí)現(xiàn)精確定位，當(dāng)待安錨箱完全落在已裝錨箱上后，安裝臨時(shí)連接螺栓，塔吊松鉤。

2.高強(qiáng)螺栓施工

鋼錨箱之間的連接用高強(qiáng)螺栓，高強(qiáng)度螺栓連接副的擰緊分初擰、復(fù)擰和終擰，分別用專用扳手進(jìn)行。高強(qiáng)螺栓施擰采用定扭矩扳手進(jìn)行。

1）高強(qiáng)螺栓初擰和復(fù)擰；

2）高強(qiáng)度螺栓的終擰。

四、鋼錨箱安裝線形控制

鋼錨箱安裝受溫度、風(fēng)等自然因素的影響大，其實(shí)測線形必須進(jìn)行溫度和風(fēng)的修正，同時(shí)，為滿足施工進(jìn)度，要求能進(jìn)行全天候測量定位作業(yè)，鑒于此，需對鋼錨箱安裝線形進(jìn)行控制計(jì)算和分析。

鋼錨箱安裝線形控制目標(biāo)是：基于全天候測量定位作業(yè)條件，通過對物理和幾何參數(shù)的測量分析，修正塔體的周日變形誤差和風(fēng)作用的影響，準(zhǔn)確定位索塔鋼錨箱各節(jié)段中心與標(biāo)高。

鋼錨箱安裝線形控制程序見圖8。

五、鋼錨箱安裝精度控制

1.鋼錨箱安裝精度控制要求

首節(jié)錨箱安裝軸線偏差不大于：±5毫米；鋼錨箱錨固點(diǎn)軸線偏差不大于：±10毫米；鋼錨箱安裝高程偏差不大于：±10毫米；鋼錨箱安裝傾斜度不大于：1/3000。

2.鋼錨箱安裝精度控制措施

除進(jìn)行溫度和風(fēng)修正及精確定位首節(jié)鋼錨箱外，還應(yīng)采取以下精度控制措施：

1）準(zhǔn)確計(jì)算首節(jié)鋼錨箱安裝位置

首節(jié)鋼錨箱安裝前，對索塔進(jìn)行監(jiān)測，通過控制分析，確定首節(jié)鋼錨箱安裝的準(zhǔn)確平面位置，同時(shí)，計(jì)算確定首節(jié)鋼錨箱安裝的預(yù)抬高值。

鋼錨箱的理想目標(biāo)幾何線形由鋼錨箱截面中心點(diǎn)給出。鋼錨箱中心線與上塔柱混凝土截面中心線重疊。

2）采取合理的測量方法，提高鋼錨箱安裝測量精度

鋼錨箱安裝定位難度大、精度要求高。鋼錨箱安裝幾何測量以全站儀三維坐標(biāo)法為主，以GPS衛(wèi)星定位校核；鋼錨箱高程、相對高差以及平整度測量采用電子精密水準(zhǔn)儀電子測量，以三角高程測量校核。

3）鋼錨箱安裝采取鋼墊板進(jìn)行糾偏

由于鋼錨箱制造及安裝的傾斜度存在偏差，隨著錨箱的不斷接高，預(yù)偏差在逐漸累積加大，必須控制錨箱安裝累計(jì)偏差。當(dāng)錨箱安裝到一定高度后要進(jìn)行糾偏，糾偏采用鋼墊片，即根據(jù)現(xiàn)場錨箱和吊裝的批次，在每批中設(shè)置一層糾偏墊板，在鋼錨箱分組對接位置進(jìn)行設(shè)置。

• 勞動力組織

《斜拉橋索塔鋼錨箱安裝施工工法》的勞動力組織見表1、表2。

鋼－混凝土組合結(jié)構(gòu)體系能夠充分發(fā)揮鋼材與混凝土的性能，應(yīng)用于超高層建筑結(jié)構(gòu)具有顯著的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益和社會效益。目前，國內(nèi)外對組合構(gòu)件已開展了大量的研究工作，但在結(jié)構(gòu)體系層次上的研究還不成熟。本項(xiàng)目通過對超高層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化分析，提出組合筒體－組合框架結(jié)構(gòu)、巨型組合框架結(jié)構(gòu)、鋼－混凝土組合轉(zhuǎn)換層和組合加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)等新型結(jié)構(gòu)體系。通過對這些新型結(jié)構(gòu)體系及其關(guān)鍵部位的試驗(yàn)，并結(jié)合數(shù)值計(jì)算和參數(shù)分析，將重點(diǎn)研究新型組合結(jié)構(gòu)體系考慮滑移效應(yīng)的空間計(jì)算理論，建立考慮二階效應(yīng)的局部與整體穩(wěn)定分析理論，并提出系統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)理論。在總結(jié)上述研究成果的基礎(chǔ)上，將建立新型鋼－混凝土組合結(jié)構(gòu)體系及其關(guān)鍵部位的設(shè)計(jì)方法，并提出相應(yīng)的構(gòu)造措施。項(xiàng)目的研究成果將有利于進(jìn)一步提升我國超高層建筑結(jié)構(gòu)的科技含量，對促進(jìn)我國建筑行業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展有所貢獻(xiàn)。 2100433B