一种利用预应力作为应力控制的主塔塔柱及其施工方法

技术领域

本发明涉及斜拉桥主塔技术领域，具体涉及一种利用预应力作为应力控制的主塔塔柱及其施工方法。

背景技术

在混凝土斜拉桥的主塔施工过程中，伴随着主塔的节段施工逐步开始，主塔的轴线并不都是垂直于平面范围保持竖直的状态，斜拉桥的塔柱开始外倾斜或者内倾斜，为了解决由于主塔塔柱倾斜导致的塔柱局部应力超过设计规范的问题，通常的做法是设置对拉拉杆和对称撑杆，塔柱外倾时，根据塔柱施工阶段模型设置对拉杆，由计算确定对拉杆的拉力以保持塔柱的内外侧的压应力在设计的储备范围之内，不超过规定的设计值，塔柱内倾时，根据塔柱施工阶段模型设置对撑杆，由计算确定对撑杆的撑力以保持塔柱的内外侧的压应力在设计的储备范围之内，不超过规定的设计值。

这种常规的做法需要在塔柱的外部设置型钢支撑和对拉杆的形式来实现，构件焊接加工作业时间周期长，有塔柱部分遮挡，后期拆除方式困难，而且需要高空作业，施工和高空作业危险。

中国专利号CN110184916A公开了一种斜拉桥主塔，包括，至少一根锚固段，所述锚固段包括多节依次相连的锚固节段，每节所述锚固节段均包括：第一承压壳体，其内设有穿过所述第一承压壳体的两侧及设于所述第一承压壳体内的第一钢筋混凝土内的两组第一斜拉索孔；还包括两组第一抗弯壳体，两组所述第一抗弯壳体均为钢壳结构，分别设于所述第一承压壳体的两侧；两组分别穿过两组所述第一抗弯壳体的第二斜拉索孔，并且两组所述第二斜拉索孔与两组第一斜拉索孔相匹配。

上述公开的这种斜拉桥主塔通过多节依次相连的锚固节段连接而成，而由于斜拉桥主塔塔柱在施工过程中，沿着施工方向开始外倾斜或者内倾斜，多节依次相连的锚固节段存在主塔塔柱倾斜导致的塔柱局部应力超过设计规范的问题，从而影响加工精度，同时也存在一定的安全隐患。

发明内容

本发明是为了克服上述现有技术中的缺陷，提供一种确保塔体内外侧压应力相一致，无需格外设置外部对拉杆和对撑杆的利用预应力作为应力控制的主塔塔柱及其施工方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种利用预应力作为应力控制的主塔塔柱，包括自下而上依次浇筑的塔底段、下部浇筑段、下横梁、上部浇筑段、中横梁和塔顶段；所述下部浇筑段设置于塔底段上，且下部浇筑段由对称设置的下部倾斜段组成，下部倾斜段由若干自下而上依次设置的下部浇筑节段构成，下部浇筑节段自下而上向外倾斜；所述上部浇筑段设置于下横梁上，且上部浇筑段由对称设置的上部倾斜段组成，上部倾斜段由若干自下而上依次设置的上部浇筑节段构成，上部浇筑节段自下而上向内倾斜；所述下部倾斜段内设有沿下部浇筑段长度方向设置的下部预应力组件，上部浇筑段内设有沿上部浇筑段长度方向设置的上部预应力组件；所述下部预应力组件自下而上分段式设置，且上部预应力组件也自下而上分段式设置。

作为本发明的一种优选方案，所述下部倾斜段内外两侧均设有下部预应力组件，且内外两侧的下部预应力组件自下而上逐渐靠拢。

作为本发明的一种优选方案，所述上部倾斜段内外两侧均设有上部预应力组件，且内外两侧的上部预应力组件平行设置。

作为本发明的一种优选方案，所述上部倾斜段内外两侧均设有上部预应力组件，且内外两侧的上部预应力组件平行设置。

作为本发明的一种优选方案，所述下部预应力组件由若干不同长度的下部钢绞线组成，且若干下部钢绞线自外而内长度逐渐增加。

作为本发明的一种优选方案，若干下部钢绞线底部均预埋式设置于塔底段内，且长度最长的下部钢绞线顶部与最上方的下部浇筑节段顶部平齐。

作为本发明的一种优选方案，若干下部钢绞线顶部均与相对应的下部浇筑节段顶部平齐。

作为本发明的一种优选方案，所述上部预应力组件由若干不同长度的上部钢绞线组成，且若干上部钢绞线自外而内长度逐渐增加。

作为本发明的一种优选方案，若干上部钢绞线底部均与最下方的上部浇筑节段底部平齐，且长度最长的上部钢绞线顶部与最上方的上部浇筑节段顶部平齐。

作为本发明的一种优选方案，若干上部钢绞线顶部均与相对应的上部浇筑节段顶部平齐。

一种利用预应力作为应力控制的主塔塔柱的施工方法，包括以下步骤：

步骤A：根据实际需要绘制索塔图纸，并根据索塔高度将索塔自下而上分为若干浇筑节段；

步骤B：浇筑塔底段，自下而上对塔底段的若干浇筑节段进行浇筑，形成塔底段，并在塔底段顶部的浇筑节段上预埋下部钢绞线；

步骤C：浇筑下部浇筑段，自下而上依次浇筑下部浇筑节段，并在下部浇筑节段浇筑完成后，张拉该下部浇筑节段相对应的下部钢绞线，张拉完成后再浇筑上层的下部浇筑节段；

步骤D：浇筑下横梁，对所有的下部浇筑节段浇筑完成，并对所有的下部钢绞线进行张拉后，浇筑下横梁；

步骤E：浇筑上部浇筑段，在下横梁上自下而上依次浇筑上部浇筑节段，并在上部浇筑节段浇筑完成后，张拉该上部浇筑节段相对应的下部钢绞线，张拉完成后再浇筑上层的上部浇筑节段；

步骤F：浇筑中横梁和塔顶段，对所有的上部浇筑节段浇筑完成，并对所有的上部钢绞线进行张拉后，浇筑中横梁，并在中横梁上浇筑塔顶段。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过将下部倾斜段和上部倾斜段分为若干自下而上依次浇筑的浇筑节段，并在下部倾斜段和上部倾斜段内设置分别沿下部倾斜段和上部倾斜段长度方向设置钢绞线，通过对钢绞线的张拉实现对整体下部倾斜段和上部倾斜段的预紧力的张拉；

2、通过设置与浇筑节段长度相同的钢绞线，当浇筑完相对应的浇筑节段后，能及时对该浇筑节段进行预紧力张拉，且多段式的浇筑节段预紧力张拉，确保及时对下部倾斜段或上部倾斜段的预紧力进行调控，满足施工所需。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是本发明的侧视图；

图3是下部浇筑段的结构示意图；

图4是上部浇筑段的结构示意图；

附图标记：塔底段1，下部倾斜段2，下部倾斜段21，下部浇筑节段22，下部预应力组件23，下部钢绞线24，上部倾斜段3，上部倾斜段31，上部浇筑节段32，上部预应力组件33，上部钢绞线34，塔顶段4，下横梁5，中横梁6。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作详细说明。

如图1-4所示，一种利用预应力作为应力控制的主塔塔柱，包括自下而上依次浇筑的塔底段1、下部浇筑段2、下横梁5、上部浇筑段3、中横梁6和塔顶段4；所述下部浇筑段2设置于塔底段1上，且下部浇筑段2由对称设置的下部倾斜段21组成，下部倾斜段21由若干自下而上依次设置的下部浇筑节段22构成，下部浇筑节段22自下而上向外倾斜；所述上部浇筑段3设置于下横梁5上，且上部浇筑段3由对称设置的上部倾斜段31组成，上部倾斜段31由若干自下而上依次设置的上部浇筑节段32构成，上部浇筑节段32自下而上向内倾斜；所述下部倾斜段21内设有沿下部浇筑段长度方向设置的下部预应力组件23，上部浇筑段内设有沿上部浇筑段长度方向设置的上部预应力组件33；所述下部预应力组件23自下而上分段式设置，且上部预应力组件33也自下而上分段式设置。

塔底段1、下部浇筑段2、下横梁5、上部浇筑段3、中横梁6和塔顶段4自下而上竖直设置，下部浇筑段2形成顶部开口的V型结构，下部浇筑段2沿中心对称设置，上部浇筑段3形成底部开口的倒V型结构，上部浇筑段3也沿中心对称设置。

下部倾斜段21内外两侧均设有下部预应力组件23，且内外两侧的下部预应力组件23自下而上逐渐靠拢，下部预应力组件23沿下部倾斜段21的宽度方向进行设置，下部预应力组件23沿内外两侧的侧边长度方向进行设置，下部倾斜段21自下而上尺寸逐渐减小，在内外两侧的下部预应力组件23作用下，分别对下部倾斜段21内外两侧的预应力进行张拉调整，且内外两侧的下部预应力组件23相互独立。

上部倾斜段31内外两侧均设有上部预应力组件33，且内外两侧的上部预应力组件33平行设置，上部预应力组件33沿上部倾斜段31的宽度方向进行设置，上部预应力组件33沿内外两侧的侧边长度方向进行设置，上部倾斜段31自下而上尺寸始终保持一致，在内外两侧的上部预应力组件33作用下，分别对上部倾斜段31内外两侧的预应力进行张拉调整，且内外两侧的上部预应力组件33相互独立。

下部预应力组件23由若干不同长度的下部钢绞线24组成，且若干下部钢绞线24自外而内长度逐渐增加，下部预应力组件23的不同长度的下部钢绞线24数量根据下部浇筑节段22的数量进行设置，与塔底段1相连接的下部浇筑节段22内设有一段不同长度的下部钢绞线24，每两段上方的下部浇筑节段22内设有一段不同长度的下部钢绞线24。

若干下部钢绞线24底部均预埋式设置于塔底段1内，且长度最长的下部钢绞线24顶部与最上方的下部浇筑节段22顶部平齐，若干下部钢绞线24顶部均与相对应的下部浇筑节段22顶部平齐。

具体的，下部钢绞线24由13根钢绞线组成，其中中部钢绞线设有7根，外侧钢绞线设有2根，次外侧钢绞线设有2根，次次外侧钢绞线也设有2根，13根钢绞线底部均预埋式设置于塔底段1内，且13根钢绞线底部平齐，中部的7根钢绞线长度最长，该7根钢绞线顶部与最上方的下部浇筑节段22顶部平齐，2根外侧钢绞线长度相同，2根次外侧钢绞线长度相同，2根次次外侧钢绞线长度相同，外侧钢绞线-次外侧钢绞线-次次外侧钢绞线-中部钢绞线自外而内依次设置。

将下部浇筑节段22自下而上分为14#节段、15#节段、16#节段、17#节段、18#节段、19#节段和20#节段，外侧钢绞线顶部与14#节段顶部平齐，次外侧钢绞线与16#节段顶部平齐，次次外侧钢绞线与18#节段，中部钢绞线与20#节段顶部平齐。

当加工完14#节段后，通过对外侧钢绞线进行张拉，从而实现对14#节段预应力的调整，当加工完16#节段后，通过对次外侧钢绞线进行张拉，从而实现对14#节段、15#节段、16#节段预应力的调整，当加工完18#节段后，通过对次次外侧钢绞线进行张拉，从而实现对14#节段、15#节段、16#节段、17#节段、18#节段预应力的调整，当加工完20#节段后，通过对中部钢绞线进行张拉，从而实现对整体下部倾斜段21的预应力调整。

上部预应力组件33由若干不同长度的上部钢绞线34组成，且若干上部钢绞线34自外而内长度逐渐增加，上部预应力组件33的不同长度的上部钢绞线34数量根据上部浇筑节段32的数量进行设置，每两段上方的上部浇筑节段32内设有一段不同长度的上部钢绞线34。

若干上部钢绞线34底部均与最下方的上部浇筑节段32底部平齐，且长度最长的上部钢绞线34顶部与最上方的上部浇筑节段32顶部平齐，若干上部钢绞线34顶部均与相对应的上部浇筑节段32顶部平齐。

具体的，上部钢绞线34由13根钢绞线组成，其中中部钢绞线设有9根，外侧钢绞线设有2根，次外侧钢绞线设有2根，13根钢绞线底部均与最下方的上部浇筑节段32底部平齐，且13根钢绞线底部平齐，中部的9根钢绞线长度最长，该9根钢绞线顶部与最上方的上部浇筑节段32顶部平齐，2根外侧钢绞线长度相同，2根次外侧钢绞线长度相同，外侧钢绞线-次外侧钢绞线-中部钢绞线自外而内依次设置。

将上部浇筑节段32自下而上分为23#节段、24#节段、25#节段、26#节段、27#节段和28#节段，外侧钢绞线顶部与24#节段顶部平齐，次外侧钢绞线与26#节段顶部平齐，中部钢绞线与28#节段顶部平齐。

当加工完24#节段后，通过对外侧钢绞线进行张拉，从而实现对23#节段、24#节段预应力的调整，当加工完26#节段后，通过对次外侧钢绞线进行张拉，从而实现对23#节段、24#节段、25#节段、26#节段预应力的调整，当加工完20#节段后，通过对中部钢绞线进行张拉，从而实现对整体上部倾斜段31的预应力调整。

一种利用预应力作为应力控制的主塔塔柱的施工方法，包括以下步骤：

步骤A：根据实际需要绘制索塔图纸，并根据索塔高度将索塔自下而上分为若干浇筑节段，浇筑节段的数量和尺寸根据实际索塔高度进行设置。

步骤B：浇筑塔底段1，自下而上对塔底段1的各个浇筑节段进行浇筑，形成塔底段1，并在塔底段1顶部的浇筑节段上预埋下部钢绞线24。

步骤C：浇筑下部浇筑段2，自下而上依次浇筑下部浇筑节段22，并在下部浇筑节段22浇筑完成后，张拉该下部浇筑节段22相对应的下部钢绞线24，张拉完成后再浇筑上层的下部浇筑节段22。

当加工完14#节段后，通过对外侧钢绞线进行张拉，从而实现对14#节段预应力的调整，当加工完16#节段后，通过对次外侧钢绞线进行张拉，从而实现对14#节段、15#节段、16#节段预应力的调整，当加工完18#节段后，通过对次次外侧钢绞线进行张拉，从而实现对14#节段、15#节段、16#节段、17#节段、18#节段预应力的调整，当加工完20#节段后，通过对中部钢绞线进行张拉，从而实现对整体下部倾斜段21的预应力调整。

步骤D：浇筑下横梁5，对所有的下部浇筑节段22浇筑完成，并对所有的下部钢绞线24进行张拉后，浇筑下横梁5。

步骤E：浇筑上部浇筑段3，在下横梁5上自下而上依次浇筑上部浇筑节段32，并在上部浇筑节段32浇筑完成后，张拉该上部浇筑节段32相对应的下部钢绞线24，张拉完成后再浇筑上层的上部浇筑节段32。

当加工完24#节段后，通过对外侧钢绞线进行张拉，从而实现对23#节段、24#节段预应力的调整，当加工完26#节段后，通过对次外侧钢绞线进行张拉，从而实现对23#节段、24#节段、25#节段、26#节段预应力的调整，当加工完20#节段后，通过对中部钢绞线进行张拉，从而实现对整体上部倾斜段31的预应力调整。

步骤F：浇筑中横梁6和塔顶段4，对所有的上部浇筑节段32浇筑完成，并对所有的上部钢绞线34进行张拉后，浇筑中横梁6，并在中横梁6上浇筑塔顶段4。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

尽管本文较多地使用了图中附图标记：塔底段1，下部倾斜段2，下部倾斜段21，下部浇筑节段22，下部预应力组件23，下部钢绞线24，上部倾斜段3，上部倾斜段31，上部浇筑节段32，上部预应力组件33，上部钢绞线34，塔顶段4，下横梁5，中横梁6等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。