一种钢管混凝土复合索塔及其施工方法

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，尤其涉及一种钢管混凝土复合索塔及其施工方法。

背景技术

钢管混凝土复合索塔，指的是结构组成包括钢管和钢管内混凝土的一种高强度索塔，其中钢管对混凝土起到约束作用，降低了纵向开裂的速度，核心混凝土可以抑制或者防止钢管发生局部屈曲。这样整体上钢管混凝土具有塑性、韧性强，抗冲击抗震性能突出，耐火耐腐蚀性能优越，以及相对简单的施工要求的多项优点。

如今，在斜拉桥主要承压的主塔结构中也开始出现了钢管混凝土的身影，但现有的钢管混凝土索塔，大多都存在一定程度的结构单一、强度不足以及受力分布不合理的缺点，最终导致现有的钢管混凝土索塔不能长期高强度使用的问题。

因此，有必要设计一种钢管混凝土复合索塔，真正做到结构受力合理、整体强度大的效果，保证在斜拉桥中可以高效使用。

专利公告号为CN209508809U，公告日为2019.10.18的中国实用新型专利公开了一种内外双钢板钢混组合索塔结构，包括：双钢板钢壳结构；钢加劲板，包括水平加劲肋与竖向加劲肋，均匀布设在外钢壳与内钢壳上，用于提高钢壳面外刚度；桁架系统，设置在双钢板钢壳结构内部，用于连接外钢壳与内钢壳；混凝土，浇筑在内外双钢板钢壳包围的腔体内；钢筋，包括竖向钢筋和横向钢筋，分别穿过水平加劲肋和竖向加劲肋，形成薄开孔板-钢筋混凝土榫双向连接构造；所述索塔结构分节段建造。

但是该实用新型专利中的索塔结构，其采取混凝土位于两层钢板内的结构方式，这就导致了混凝土的浇筑操作难度被大大提高了，相较于钢管内直接浇筑混凝土的方式，存在操作难度大，且固化速度慢的问题。

发明内容

本发明提供一种钢管混凝土复合索塔及其施工方法，其能通过在承台上设置弯曲主钢管、斜拉索、斜拉索定位孔、加强用副钢管单元、混凝土单元以及锚固钢板单元的方式，达到钢管混凝土复合索塔结构强度大，可以长期高强度使用的目的。

本发明解决上述问题采用的技术方案是：一种钢管混凝土复合索塔，包括承台，两边下端分别设置在所述承台上的弯曲主钢管，设置在所述弯曲主钢管上并用于连接桥梁主体的斜拉索，以及设置在所述弯曲主钢管上的斜拉索定位孔，还包括设置在所述弯曲主钢管上的加强用副钢管单元，设置在所述弯曲主钢管内的混凝土单元，以及设置在所述承台上并用于加强安装所述弯曲主钢管的锚固钢板单元。

进一步优选的技术方案在于：所述加强用副钢管单元包括两边下端分别设置在所述弯曲主钢管两侧钢管段上的弯曲副钢管，以及设置在所述弯曲主钢管和所述弯曲副钢管之间的竖向支钢管。

进一步优选的技术方案在于：所述加强用副钢管单元还包括设置在所述弯曲副钢管上的副钢管浇筑孔，以及设置在所述弯曲副钢管内的副钢管混凝土。

进一步优选的技术方案在于：所述副钢管浇筑孔的数量为3个，分别设置在所述弯曲副钢管的中部和两边。

进一步优选的技术方案在于：所述混凝土单元包括设置在所述弯曲主钢管上且位于两侧两排所述斜拉索定位孔之间的高位浇筑孔，设置在所述弯曲主钢管上且位于所述弯曲主钢管两侧钢管段上的低位浇筑孔，以及设置在所述弯曲主钢管内的主钢管混凝土。

进一步优选的技术方案在于：所述锚固钢板单元包括下端插入所述承台、上端插入所述主钢管混凝土的锚固钢板，设置在所述弯曲主钢管上且靠近下端面位置处的钢管开孔，设置在所述锚固钢板上的钢板开孔，以及从外到内依次穿过所述钢管开孔和所述钢板开孔的钢板连接柱。

进一步优选的技术方案在于：所述锚固钢板单元还包括设置在所述弯曲主钢管上且位置高于所述钢管开孔的混凝土预浇孔。

进一步优选的技术方案在于：所述锚固钢板单元还包括设置在所述弯曲主钢管内侧面上且位置高于所述混凝土预浇孔的限位柱，以及卡合设置在上下两圈所述限位柱之间并用于对预浇混凝土高度进行上方限位的钢丝网。

进一步优选的技术方案在于：所述弯曲主钢管的数量为2-10个，相邻所述弯曲主钢管之间设有横向连接钢管。

一种钢管混凝土复合索塔的施工方法，先对所述弯曲主钢管和所述加强用副钢管单元进行焊接固定，再对所述弯曲主钢管、加强用副钢管单元以及锚固钢板单元进行混凝土浇筑操作，其中所述锚固钢板单元与所述弯曲主钢管同步浇筑成型，或者所述锚固钢板单元先浇筑固化再浇筑所述弯曲主钢管。

本发明具有以下优点：第一，钢管混凝土复合结构的索塔，自身结构强度大、稳定性高、承载能力强，可以在桥梁结构中长期高强度使用；第二，索塔的钢结构主体自身连接强度大、受力均匀，主钢管和副钢管都不易弯曲；第三、主钢管和副钢管都可以浇筑混凝土，保证钢管混凝土复合结构可以兼具两者的性能优点；第四，索塔的整个施工过程简单灵活，稳定安全。

附图说明

图1为本发明中钢管混凝土复合索塔的一种结构示意图。

图2为本发明中钢管混凝土复合索塔的正视结构示意图。

图3为本发明中加强用副钢管单元的位置结构示意图。

图4为本发明中混凝土预浇孔和钢丝网的位置结构示意图。

图5为本发明中钢板连接柱的使用示意图。

具体实施方式

以下所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的范围进行限定。

实施例：如附图1、2、3、4以及附图5所示，一种钢管混凝土复合索塔，包括承台11，两边下端分别设置在所述承台11上的弯曲主钢管12，设置在所述弯曲主钢管12上并用于连接桥梁主体a的斜拉索13，以及设置在所述弯曲主钢管12上的斜拉索定位孔14，还包括设置在所述弯曲主钢管12上的加强用副钢管单元1，设置在所述弯曲主钢管12内的混凝土单元2，以及设置在所述承台11上并用于加强安装所述弯曲主钢管12的锚固钢板单元3。

在本实施例中，所述加强用副钢管单元1用于在所述弯曲主钢管12下方进行补强加强，其中所述弯曲主钢管12的结构为上部半个椭圆段、下部两个竖向段，而所述加强用副钢管单元1为圆弧形，用于连接加强即可，而所述混凝土单元2用于灌入所述弯曲主钢管12，保证所述弯曲主钢管12具有钢管混凝土复合的高强度、高承载能力的优点。

最后，所述锚固钢板单元3的作用就是用于在所述承台11和所述弯曲主钢管12之间进行连接加强，保证所述弯曲主钢管12下端具有极大的安装强度。

所述加强用副钢管单元1包括两边下端分别设置在所述弯曲主钢管12两侧钢管段上的弯曲副钢管101，以及设置在所述弯曲主钢管12和所述弯曲副钢管101之间的竖向支钢管102。所述加强用副钢管单元1还包括设置在所述弯曲副钢管101上的副钢管浇筑孔103，以及设置在所述弯曲副钢管101内的副钢管混凝土104。所述副钢管浇筑孔103的数量为3个，分别设置在所述弯曲副钢管101的中部和两边。

在本实施例中，所述副钢管混凝土104可以在所述弯曲副钢管101内灌满吗，也可以部分浇筑，两种方式的选择就是在结构增强优点和重量增加缺点之间进行考量权衡，两种方式均可，而当所述弯曲副钢管101进行全部混凝土填充时，混凝土槽罐车的管口可以从中部最高的所述副钢管浇筑孔103处浇筑混凝土，反之部分填充时可以从两侧的所述副钢管浇筑孔103处浇筑混凝土，其中两侧的所述副钢管浇筑孔103处意外漏出的混凝土量较少，可以忽略不计。

所述混凝土单元2包括设置在所述弯曲主钢管12上且位于两侧两排所述斜拉索定位孔14之间的高位浇筑孔201，设置在所述弯曲主钢管12上且位于所述弯曲主钢管12两侧钢管段上的低位浇筑孔202，以及设置在所述弯曲主钢管12内的主钢管混凝土203。

在本实施例中，所述主钢管混凝土203与所述副钢管混凝土104一样，也可以选择全部填充和部分填充，同样是在所述高位浇筑孔201和所述低位浇筑孔202之间进行选择灌入。

需要注意的是，所述主钢管混凝土203在浇筑时，不能封堵所述斜拉索定位孔14，采用的方式可以是预先在所述斜拉索定位孔14处安装对齐开孔的钢管，这样混凝土就不会溢出、不会堵孔。

所述锚固钢板单元3包括下端插入所述承台11、上端插入所述主钢管混凝土203的锚固钢板301，设置在所述弯曲主钢管12上且靠近下端面位置处的钢管开孔302，设置在所述锚固钢板301上的钢板开孔303，以及从外到内依次穿过所述钢管开孔302和所述钢板开孔303的钢板连接柱304。所述锚固钢板单元3还包括设置在所述弯曲主钢管12上且位置高于所述钢管开孔302的混凝土预浇孔305。

在本实施例中，所述锚固钢板301与所述弯曲主钢管12之间的加强效果，通过两个连接关系来实现：第一，所述锚固钢板301位于所述主钢管混凝土203内，与所述弯曲主钢管12一样，被所述主钢管混凝土203浇筑固定住；第二，所述锚固钢板301与所述弯曲主钢管12之间具有插接的所述钢板连接柱304，这样两者的整体性也被大大提高了，整体连接强大也得到了显著提升。

此外，在所述弯曲主钢管12下端开口已经“盖住”所述锚固钢板301后，所述锚固钢板301被所述主钢管混凝土203浇筑固定的方式有两个：第一，混凝土从所述高位浇筑孔201或所述低位浇筑孔202处直接倒入，直接从所述承台11上表面上开始浇筑，这样就可以一步到位，浇筑连接所述锚固钢板301，这种方式的优点就是简单方便，缺点就是所述弯曲主钢管12还没有被初步固定就浇筑大量混凝土，所述弯曲主钢管12最后可能会出现下部偏斜的问题。

第二是，先从所述凝土预浇孔305处浇筑少量混凝土，待部分混凝土固定完全后再在所述高位浇筑孔201或所述低位浇筑孔202处倒入上面所需的主体混凝土，这样所述锚固钢板301也能被稳稳地固定，而且优点是让所述弯曲主钢管12先下部端角固定住了再浇筑大量主体混凝土，这样做就保证所述弯曲主钢管12上端不易偏斜。

所述锚固钢板单元3还包括设置在所述弯曲主钢管12内侧面上且位置高于所述混凝土预浇孔305的限位柱306，以及卡合设置在上下两圈所述限位柱306之间并用于对预浇混凝土高度进行上方限位的钢丝网307。

在本实施例中，所述钢丝网307的设置，就是使得上述预先浇筑下部少量混凝土的操作得以定量化，避免两个所述弯曲主钢管12的两端出现预先浇筑混凝土量一边多一边少的问题，保证所述弯曲主钢管12两端下部固定的强度是一致的，这样后续浇筑大量混凝土时的受力力矩才能是一样的，整个所述弯曲主钢管12不会发生偏斜、自身扭曲的问题。

所述弯曲主钢管12的数量为2-10个，相邻所述弯曲主钢管12之间设有横向连接钢管5。

在本实施例中，多个所述弯曲主钢管12之间可以是平行设置，也可以是竖向展开设置，它们之间加设所述横向连接钢管5，就可以保证整个索塔具有整体强度可以被再次加强的优点。

一种钢管混凝土复合索塔的施工方法，先对所述弯曲主钢管12和所述加强用副钢管单元1进行焊接固定，再对所述弯曲主钢管12、加强用副钢管单元1以及锚固钢板单元3进行混凝土浇筑操作，其中所述锚固钢板单元3与所述弯曲主钢管12同步浇筑成型，或者所述锚固钢板单元3先浇筑固化再浇筑所述弯曲主钢管12。

在本实施例中，所述钢管混凝土复合索塔的施工方法，大体顺序是先作钢结构，再浇筑混凝土，否则钢管与混凝土一起吊装竖立起来，是非常吃力的。

最后，所述锚固钢板单元3处的浇筑顺序，则如上所述，可以与所述主钢管混凝土203一起浇筑成型，也可以采用少量预先浇筑固定后再浇筑所述主钢管混凝土203的方式，两者都可选。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种修改。这些都是不具有创造性的修改，只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。