CN102561192B - 一种无墩悬挂式桥梁的建造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无墩悬挂式桥梁的建造方法，根据荷载大小构建行车道梁板、缆索、悬挂气球和提升行车道梁板，悬挂气球时根据桥型荷载大小，确定气球大小、个数和布置位置，将行车道梁板上端与气球用竖索连接，下端通过定位索与锚固于地面的锚桩相连，相邻两横向气球之间用定位索相连；检查各处连接可靠后，同步均匀地给气球充气，气球将行车道梁板逐渐提升并悬挂起来，将气球充气至设计压力后，桥面整体被提升至设计位置，形成桥跨结构。本发明通过气球承载，克服了传统桥梁结构依靠下部的墩、台或桥塔传递荷载，依靠基础和地基承载的方式，特别适合于抢险救灾等紧急情况下桥梁的建造，该方法可满足不同桥宽、跨度桥梁建造的问题。

Description

一种无墩悬挂式桥梁的建造方法

技术领域

本发明涉及一种悬挂式桥梁，特别是涉及一种无墩悬挂式桥梁的建造方法。

背景技术

常规桥梁根据结构体系不同，一般通过桥墩、桥台等下部结构或者桥塔、锚碇等将上部结构的荷载传递给基础和地基，从而实现其跨越天然或人工障碍物的功能。可以看出，不论哪种体系的桥梁结构，墩、台或者桥塔以及基础结构的建造是非常重要的，桥梁使用功能的充分发挥及运营安全都与下部结构密切相关。但是，在一些不良地质、地基承载能力低、基岩埋藏深、地形条件复杂等情况下，桥梁下部墩台或桥塔的建造可能会成为整个桥梁工程的控制点，特别是对于一些跨江、跨海或者跨大峡谷的特大跨径桥梁，由于自然条件、地质和地形条件的限制，桥梁下部结构的建造变得非常复杂和困难；即使下部结构在技术上可行，也常常会由于下部结构成本过高而不得不放弃建桥计划。此外在抗灾抢险等某些特殊情况下，需要快速建桥来抢通生命线和运输物资，这时如果再按照常规建桥方式，可能会耽误时间，甚至耽误救灾时机。

如果能提供一种适应不同地质和地形条件，同时施工快的建桥方法，是需要解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题：为弥补现有技术的不足，本发明提供一种无墩悬挂式桥型的建造方法，该方法不仅能适应不同地质和地形条件，而且施工快速，节省桥梁建造成本。

本发明的技术方案：

一种无墩悬挂式桥型的建造方法，根据桥型的荷载大小，构建行车道梁板、缆索、悬挂气球和提升行车道梁板，具体步骤为：

（1）行车道梁板的构建：按节段预制常备式梁板构件，按照运输和拼装要求组成标准件预制板，预制板的各节段梁板之间采用螺栓连接或焊接，现场拼装成行车道梁板；

（2）缆索的构建：构建竖向传力的竖索和侧向定位的定位索，侧向定位的定位索和竖索对称分布于行车道梁板的两侧；

（3）悬挂气球的构建：根据桥型荷载大小，确定气球的大小、个数和布置位置，行车道梁板上端与气球用竖索连接，行车道梁板下端和气球分别通过侧向定位的定位索与锚固于地面的锚桩相连，相邻两横向气球之间用定位索相连；

（4）行车道梁板的提升：检查各处连接可靠后，同步均匀地向行车道梁板两侧的气球充气，气球将行车道梁板逐渐提升并悬挂起来，将气球充气至设计压力后，桥面整体被提升至设计位置，形成桥跨结构。 

所述行车道梁板采用扁平钢箱梁或者常备式贝雷架军用梁；扁平钢箱梁或常备式贝雷架军用梁每段为3m。气球中所充气体可以为空气或比空气轻的气体。

气球中所充气体优选氢气；所述竖索为伞状，竖索采用平行钢丝束制成，竖索间距为9-12m，直径为5-10cm，各竖索采用不等高错落布置；所述定位索采用直径为22-28mm的钢绞线；所述缆索采用碳纤维复合材料制成。 

本发明的积极有益效果：

（1）本发明通过气球承载，根据桥梁结构实际荷载大小配置足够的承载提升气球，克服了传统桥梁结构依靠下部的墩、台或桥塔传递荷载，依靠基础和地基承载的方式，避免不良地质条件、复杂地形条件以及恶劣气象条件对桥梁建造和运营的影响，特别适合于抢险救灾等紧急情况下桥梁的建造。

（2）本发明在桥梁建造时不需要墩、台下部结构施工，采用气球悬挂及缆索定位的传力方式明晰，实现了桥跨结构施工的快速和便利。

（3）本发明的行车道梁板、缆索、锚桩均可以工厂定制，现场组装，实现模块化、快速化的建桥需求，使其成为抗灾抢险等情况下的常备构件，可满足不同桥宽、跨度桥梁的建造要求，解决了传统桥梁建造中构件的通用性差、施工周期较长的问题。

（4）本发明通过定位索和锚桩可以限制和约束行车道桥面的变位，同时在架设时也起到限位作用，保证了桥梁的稳定和安全。

（5）本发明简化了桥梁架设的施工工艺，由于建设桥型时不需要下部结构施工，因此不需要对桥址附近进行详细的地质、地形勘探工作，只需要梁板吊装就位后桥梁就可以通行，即可以过车和走人。

（6）本发明通过适合各种跨径的桥梁架设，尤其适合于抗灾抢险等特殊情形下桥梁结构的快速建造，解决了在桥梁墩台建造困难时需要快速通过的难题。

附图说明

图1为本发明的桥梁结构侧面示意图；

图2为本发明的桥梁结构正面示意图。

图中：1气球；2竖索；3定位索；4行车道梁板；5 锚桩。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明。

实施例1：参见图1、图2，无墩悬挂式桥的建造方法，包括以下步骤：

（1）行车道梁板大节段构件预制：按常备式机具设备要求在工厂预制梁板（可采用扁平钢箱结构，也可采用常备式贝雷架军用梁）。预制时按照运输和拼装要求，尽可能组成大块标准件，架设现场仅需进行简单组拼。

预制梁板为3m一段的扁平钢箱梁（内有各类加筋），或者制成类似贝雷梁的桁架梁（每3m一段），由3-4段组拼为一个大梁段，整个梁的恒载集度45 kN/m左右。

（2）伞状竖索、定位索和锚桩的预制：竖索和定位索采用碳纤维复合材料在工厂预制；锚桩采用工厂预制的标准长度和直径的钢管混凝土桩。

（3）在架设现场行车道梁板组拼，并通过竖索将其与气球连接，此外将连接气球和行车道梁板的定位索锚固于锚桩。

（4）按照同步均匀的要求对气球充气（高压空气或者氢气），整个结构被提升从而形成桥跨结构。

下面以一座宽6m、跨径90m的无墩悬挂式桥为例，进行具体说明：

（1）根据桥梁荷载等级、跨度、桥面宽度等设计参数进行桥梁结构分析，计算确定承载提升气球的数量、竖索和定位索的根数，并根据结构分析计算，确定锚桩的锚固倾角及桩长尺寸。

参考已建大桥的恒载集度参数，结合本例6m宽、跨径90m的桥跨结构，取一期、二期恒载集度为43.8kN/m，与缆索支承体系桥梁类似，结构主要承载构件为缆索，因此可以偏保守以简支体系时的桥面满布车辆估算活载效应，根据《公路桥涵设计通用规范JTGD60-2004》，取公路Ⅰ级活载集度10.5 kN/m，则行车梁板的恒载、活载集度之和为：10.5 + 43.8 = 54.3 kN/m.

桥梁的竖索为预制平行钢丝束，考虑到本桥的规模，成品竖索直径取5-10cm，考虑索夹及其它未计入的荷载，偏保守将缆索自重取5 kN/m，则整个结构的恒载、活载集度为：54.3 + 5＝59.3 kN/m，偏安全考虑取60 kN/m。

那么，全桥总重为：90m×60 kN/m＝5400 kN。

竖索为伞状，对称分布于行车道梁板的两侧；参考目前悬索桥吊索间距，每9m设置一对竖向吊索，则全桥需设置11对竖向吊索，需要配置22个悬吊气球，那么每个气球的承载重量为：

5400 ÷ 22＝245.5 kN

按照浮力计算公式，估算气球直径d，由F＝ρ差gV，得：

空气密度取1.293g/L（0℃和1标准大气压条件下），假设充入氢气，其密度为0.0899 g/L（0℃和1标准大气压条件下），则d＝33.1m，考虑其他因素，取气球直径为35m。为保证有足够空间竖起所有气球，要求各气球的伞状竖索不等高，错落布置，球间采用钢绞线定位索进行定位。

说明：气球在空气中的浮力计算公式为F＝ρ差gV=（ρ1-ρ2）gV，其中ρ1指空气密度，ρ2为气球中比空气密度小的气体密度，两者差值越大，产生的浮力越大；本发明中利用充入压缩空气产生的膨胀压力提供浮力；也可充入比空气密度小的气体，当充入密度很小的气体提供浮力时（如氢气），计算时ρ2可忽略，直接按照ρ1gV估算浮力。

（2）采用工厂常备式预制梁板，梁板采用扁平钢箱结构，参考国内扁平钢箱梁，取一个节段长度为3m，梁板高4m，则全桥共需预制32个节段（5m +30×3m+5m）。

（3）用打桩机将锚桩打入地基，如锚桩需要接长，现场采用法兰盘方式接长。由于架桥时活载还没有作用于桥梁，结构自身受到气球向上的悬挂力和侧向力，需设置预制的锚桩进行定位，预制锚桩的直径为600-1000mm。

（4）行车道梁板的大节段组拼，由于行车道梁板的板件在工厂中已经连接为大节段，现场仅需简单组拼，各节段之间采用螺栓连接或焊接。

（5）参考目前桥梁工程实践，预制定位索选用φ22-28 mm的钢绞线，竖索选用直径为5-10cm的平行钢丝束。分别用竖索连接气球和行车道梁板，竖索间距为9m，各竖索采用不等高错落布置；定位索连接气球、行车道梁板和锚桩；相邻两横向的气球之间用定位索连接；检查各连接部位，确保可靠。

（6）同步均匀地向行车道梁板两侧的气球内充入压缩空气，随着气球浮力的增大，行车道梁板的整个结构逐步被提升，最后达到设计位置，形成桥跨结构。

以上具体实施方式是结合6m宽、跨径90m的单跨桥梁的建造进行说明的，该方法同样适用于其它跨径的单跨或多跨无墩悬挂式桥梁的建造。

实施例2：同实施例1基本相同，不同之处在于：无墩悬挂式桥梁的桥梁跨径为30m，宽度为6m，气球中充入的气体改为氦气。下面进行具体分析。

如果改变充入的气体为氦气（在0℃、1标准大气压下氦气密度为0.1786g/L），桥梁跨径为30m，宽度仍为6m。行车梁板的恒载、活载集度之和仍为：10.5 + 43.8 = 54.3 kN/m，桥梁的竖索为成品索（预制平行钢丝束），成品竖索直径取5-10cm，考虑索夹及其它未计入的荷载，偏保守将缆索自重取5 kN/m，则整个结构的恒载、活载集度为：54.3 + 5＝59.3 kN/m，偏安全考虑取60 kN/m。那么，全桥总重为：30m×60 kN/m＝1800 kN。竖索为伞状，对称分布于行车道梁板的两侧；参考目前悬索桥吊索间距，每6m设置一对竖向吊索，则全桥需设置6对竖向吊索，需要配置12个悬吊气球，每个气球的承载重量为：

1800 ÷ 12＝150 kN。

按照浮力计算公式，估算气球直径d，由F＝ρ差gV=（ρ1-ρ2）gV，得：

ρ差=ρ1-ρ2=1.293-0.1786=1.1144g/L 

则d＝29.5m；考虑其他因素，取气球直径为30m。为保证有足够空间竖起所有气球，要求各气球的伞状竖索不等高，错落布置，球间采用钢绞线定位索进行定位。

Claims (7)

1.一种无墩悬挂式桥型的建造方法，其特征在于：根据桥型的荷载大小，构建行车道梁板、缆索、悬挂气球和提升行车道梁板，具体步骤为：

（1）行车道梁板的构建：按节段预制常备式梁板构件，按照运输和拼装要求组成标准件预制板，预制板的各节段梁板之间采用螺栓连接或焊接，现场拼装成行车道梁板；

（2）缆索的构建：构建竖向传力的竖索和侧向定位的定位索，侧向定位的定位索和竖索对称分布于行车道梁板的两侧；

（3）悬挂气球的构建：根据桥型荷载大小，确定气球的大小、个数和布置位置，行车道梁板上端与气球用竖索连接，行车道梁板下端和气球分别通过侧向定位的定位索与锚固于地面的锚桩相连，相邻两横向气球之间用定位索相连；

（4）行车道梁板的提升：检查各处连接可靠后，同步均匀地向行车道梁板两侧的气球充气，气球将行车道梁板逐渐提升并悬挂起来，将气球充气至设计压力后，桥面整体被提升至设计位置，形成桥跨结构。

2.根据权利要求1所述的建造方法，其特征在于：所述行车道梁板采用扁平钢箱梁或者常备式贝雷架军用梁。

3.根据权利要求2所述的建造方法，其特征在于：所述扁平钢箱梁或常备式贝雷架军用梁每段为3m。

4.根据权利要求1所述的建造方法，其特征在于：气球中所充气体为空气或比空气轻的气体。

5.根据权利要求1所述的建造方法，其特征在于：气球中所充气体为氢气。

6.根据权利要求1-5任一项所述的建造方法，其特征在于：所述竖索为伞状，竖索采用平行钢丝束制成，竖索间距为9-12m，直径为5-10cm，各竖索采用不等高错落布置；所述定位索采用直径为22-28mm的钢绞线。

7.根据权利要求1-5任一项所述无墩悬挂式桥型的建造方法，其特征在于：所述缆索采用碳纤维复合材料制成。

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