[发明专利]一种索塔结构及应用

说明书

本发明涉及一种索塔结构及应用，该索塔结构包括基础，基础的顶部固定有向上延伸的索塔；所述基础内预留有竖向分布的预应力张拉构件；还包括多根平衡索，所述平衡索的上端固定于索塔上，平衡索的下端固定于基础上，所述多根平衡索沿索塔的中心轴线对称分布，各平衡索与索塔中心轴线的夹角大于0；所述预应力张拉构件的上端在基础上的固定点位于预应力张拉构件在基础上的固定点的上方。本发明的索塔结构受力性能好，整体性强，抗弯性能得到明显加强。

技术领域

本发明涉及一种索塔结构及应用，尤其涉及用于斜拉桥/渡槽之类的索塔结构及应用。

背景技术

桥梁(渡槽)建筑物通常是按照其使用功能，从经济适用、利于施工等原则进行设计。随着技术发展，工程材料、设备性能的提高，桥梁(渡槽)跨径不断增加。以桥梁为例，常用桥梁型式有简支梁桥、系杆拱桥、T型梁桥、斜拉桥等，其中斜拉桥设计跨径较大，可用于高山峡谷、水面宽阔的地形，梁的断面在整个桥跨上都可采用同一尺寸，整体适用性优于其它桥型，但其基础工程投入大，造价高，施工周期长。

斜拉桥所受荷载(含恒荷载及活荷载)由主索传递至索塔，并由索塔传递至基础。基础受弯矩、水平力和竖向力作用。这里以桩基础为例(见图1)，其基底应力可用下式计算：

其中，W-竖向荷载；A-单根桩的受力面积；n-桩的数量；M-基底面所受弯矩；ω-截面系数。

基底所受的剪切应力为：

其中，N-基底处受的水平力；A-单根桩受力面积；n-桩的数量。

由于水平力的作用，对基底以下的桩也会产生弯矩，为提高桩的抗弯能力，对大跨度的斜拉桥的通常需增加桩基础的截面积或配筋。如何在提升桩的受力能力的同时，有效减少钢筋用量及桩体混凝土用量值得认真思考。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种索塔结构及应用，以提升索塔及基础受力的合理性。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种索塔结构，包括基础，基础的顶部固定有向上延伸的索塔；所述基础内预留有预应力张拉构件；还包括多根平衡索，所述平衡索的上端固定于索塔上，平衡索的下端固定于基础上，所述多根平衡索沿索塔的中心轴线对称分布，各平衡索与索塔中心轴线的夹角大于0；所述预应力张拉构件的上端在基础上的固定点位于预应力张拉构件在基础上的固定点的上方。

采用这样的结构设计，单根平衡索可对索塔施加斜向下的拉力，如此，将多根平衡索设置成沿索塔中心轴线对称分布，恒荷载下各平衡索对索塔在水平方向的作用力的合力基本为0；在索塔受到其他水平动荷载作用力时，对索塔施以与该水平作用力相反方向作用力的平衡索可起到平衡作用，维持索塔稳定，提升索塔的抗弯能力，同时，部分水平作用力通过平衡索传递给基础，可降低基础与索塔连接位置的相互作用力，对索塔结构起到保护作用；另外，各平衡索对索塔在竖直方向的作用力，使得索塔与基础之间的竖向作用力增大，也有利于索塔稳定性的提升。预应力张拉构件的设置，可对处于预应力张拉构件两端之间的基础施加压应力，提升基础的抗弯能力；预应力张拉构件的上端在基础上的固定点位于预应力张拉构件在基础上的固定点的上方，预应力张拉构件上端对基础施加的压应力可部分或全部抵消平衡索对基础在竖直方向的拉力，从而平衡基础所受的各种竖向载荷，调整基础所受拉压应力的均衡度。

另外，通过平衡索和预应力张拉构件的设置，可提升索塔、基础的整体性，从而进一步提升索塔结构的稳定性，例如，当索塔结构在使用情况下受到水平力作用时，可将索塔结构视为两点固定，一个固定点为基础的底端，一个固定点位于索塔上(一般可理解为主索与索塔的固定部分)，索塔结构位于两个固定点之间的部分具有沿水平作用力方向弯曲的趋势，平衡索和索塔可将该水平作用力进行多点分散，减弱索塔结构所受的总弯矩大小，提升索塔的抗弯能力，从而提升稳定性。