[发明专利]一种桥塔上横梁及其设计方法

说明书

本申请涉及一种桥塔上横梁及其设计方法，其包括：顶板，其两端用于连接在塔柱上；两个腹板，其用于连接在塔柱上，两个腹板布置在顶板的下方，两个腹板与顶板相连，并整体合围形成槽型混凝土构件；多根预应力束，其用于连接在塔柱上，其中一部分预应力束穿设于顶板中，另一部分预应力束穿设于腹板中，多根预应力束与槽型混凝土构件形成槽型预应力混凝土结构。在满足上横梁设计要求的情况下，取消了传统箱型混凝土中的底板，并且与塔柱的连接处取消了水平隔板的结构，避免水平隔板分割塔柱内的空间，使斜拉索和钢锚梁的布置位置与水平隔板相冲突；本设计方法先初步确定截面参数及预应力配置，可以避免大规模有限元分析重复试算，提高效率。

技术领域

本申请涉及桥梁工程领域，特别涉及一种桥塔上横梁及其设计方法。

背景技术

目前斜拉桥或悬索桥混凝土塔柱的上横梁普遍采用箱型断面，箱型断面的上横梁包含顶板、顶板和腹板。塔柱上横梁与塔柱相连，除上横梁腹板与塔壁对齐外，塔柱与上横梁的连接处，且位于塔柱内还需要设置水平隔板，以满足横向传力和刚度过渡的需要。

在一些相关技术中，对斜拉桥而言，水平隔板对应设置在上横梁顶板处，将塔柱内空间造成分割，进而给大跨度斜拉桥中斜拉索锚固结构钢锚梁的布置带来困难，其布置空间受到限制。通常采用的解决办法有：

(1)将上横梁上移或者下移，以避开斜拉索锚固区；但是该方法由于横梁的移动导致横梁在高度方向可能不在最佳受力位置，塔柱横向受力性能受到影响。

(2)调整斜拉索竖向间距、增加塔柱竖向高度，以满足钢锚梁布置的空间要求；但是该方法会导致索面布置不匀顺，增大塔柱规模和造价。

(3)局部将钢锚梁调整为混凝土齿块锚固的形式；但是该方法牺牲了塔柱上斜拉索锚固形式的统一性，增加一种锚固类型给施工也带来不便，且齿块锚相比于钢锚梁而言塔壁的受力更不利。

在一些相关技术中，对于悬索桥而言，塔顶设主索鞍，上横梁通常紧靠塔顶布置，塔柱内没有设置斜拉索锚固，上横梁顶板对应塔柱内水平隔板的设置不存在斜拉索布置空间受限的问题，但是，隔板的存在同样会增加施工的复杂程度。

在一些相关技术中，对于斜拉-悬索协作体系桥兼具斜拉桥和悬索桥的特点，其上横梁紧靠塔顶布置，塔柱塔顶布置主鞍座，塔柱内锚固斜拉索。同时也存在斜拉桥和悬索桥中隔板的设置带来的缺陷。

在一些相关技术中，进行上横梁的设计中，常采用有限元分析的方式进行验证计算，但是存在着大规模有限元分析重复试算的问题，效率较低。

发明内容

本申请实施例提供一种桥塔上横梁及其设计方法，以解决相关技术中水平隔板对塔柱内空间造成分割，使斜拉索和钢锚梁的布置位置与水平隔板相冲突的问题。

第一方面，提供了一种桥塔上横梁，其包括：

顶板，其两端用于连接在塔柱上；

两个腹板，其用于连接在塔柱上，两个所述腹板布置在所述顶板的下方，两个所述腹板与所述顶板相连，并整体合围形成槽型混凝土构件；

多根预应力束，其用于连接在所述塔柱上，其中一部分预应力束穿设于所述顶板中，另一部分预应力束穿设于所述腹板中，多根所述预应力束与所述槽型混凝土构件形成槽型预应力混凝土结构。

一些实施例中，所述顶板的两端均设有用于降低应力集中的第一结构；

所述顶板和腹板的连接处设有用于降低应力集中的第二结构；

所述腹板的两端均设有用于降低应力集中的第三结构，所述第一结构的一部分靠近所述第二结构，并且所述第二结构和第三结构通过该部分连接。

一些实施例中，所述第一结构包括：