CN103397594A

CN103397594A - 一种流线型主梁结构

Info

Publication number: CN103397594A
Application number: CN2013103665784A
Authority: CN
Inventors: 苏传海
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-08-21
Filing date: 2013-08-21
Publication date: 2013-11-20

Abstract

本发明实现了一种气动外形是流线型的隧道式主梁，将桥面行车与强风暴雨隔离，使运营状态桥梁的气动外形不受风障、护栏、车辆外形及排布状态等因素的影响，始终保持理想气动外形，从而解决了运营状态桥梁的实际气动性能不良、强风时桥上行车安全保障不力等问题。同时还可显著改善行车条件、减小太阳辐射引起的梯度温度荷载、增强主体结构耐久性、提高桥梁抗风性能的可预测性。本发明采用了单元化、模块化的强度高、耐腐蚀、耐紫外线、自重轻、防火难燃、自洁性好、透光性较好、价格较低的膜结构，工厂化程度高，安装方便，适用于强风区大型桥梁结构；隔音、景观效果好，可采用彩色膜结构使人过目难忘，也可用于市政桥梁。

Description

一种流线型主梁结构

技术领域

本发明涉及桥梁，特别涉及一种组合主梁结构。

背景技术

车辆在强风区桥梁上行驶时，侧风很可能影响车辆的行驶安全，甚至引起严重事故。在强风区桥梁上设置防风系统是解决上述问题的有效途径之一。已有的桥上行车防风系统主要是在车行道两侧设置风屏障，如英国赛文桥、赛文二桥、香港青马大桥等桥都采用了风屏障技术。

在1940年美国华盛顿州塔科马桥风致损毁事故之后，柔性桥梁结构的抗风问题受到重视，行业内进行很多研究和创新。已有的桥梁抗风技术，在主梁结构的气动外形方面，主要有：其一，在主梁两侧增设风嘴，英国赛文桥之后修建的几乎全部需要抗风设计的桥梁都采用了此技术；其二，在主梁中部开槽，使部分侧风绕流可以从主梁中部通过，如西喉门桥和意大利墨西拿海峡桥；其三，在桥梁外轮廓上增加竖直或水平稳定板，如湖南矮寨大桥等。

前述桥梁防风抗风技术具有以下缺陷：其一，桥梁在运营阶段的气动外形，受到桥上护栏、风屏障、桥上车辆外形不规则、桥上车辆排布无规律等因素的影响，不能维持在设计阶段使用的气动外形，导致桥梁在运营阶段的实际气动性能弱于在设计阶段作出的预测和评估，不利于桥梁结构的安全；其二，风屏障防风能力的增加往往会导致桥梁整体结构抗风能力的降低，为了保证桥梁整体结构安全，常须限制风屏障，导致其对行车安全性的保障能力较低。

发明内容

要克服现有技术的不足，需要解决的问题是：目前桥梁在运营阶段的实际外形的气动性能不良的问题；风屏障设计受桥梁整体结构抗风设计所牵制，保障行车安全的能力不能满足使用需求的问题。

本发明提供了一种能够有效改善行车条件、保障行车安全、在运营阶段能保持优秀气动外形的桥梁主梁结构，其具体方案是：

一种流线型主梁结构，用于桥梁，所述桥梁还包括车行道，所述车行道包括行车净空，其特征在于，具有流线型外轮廓，所述包括行车净空的车行道位于所述流线型外轮廓的内部。不同于两侧具有棱角、中部鼓起、上下缘光滑的梭形（或称枣核形），所述流线型是表面光滑、没用棱角的外形，如圆端形、椭圆形等。

还包括桥梁侧风导流构件。

所述桥梁侧风导流构件包括膜结构。

所述桥梁侧风导流构件是位于主梁上方的膜结构导流罩。

所述膜结构导流罩包括若干个膜结构导流罩单元。

所述膜结构导流罩单元包括膜体、夹具系统和支架，膜体的边缘与夹具系统相连接，夹具系统与主梁侧边及支架相连接，支架与主梁相连接。

本发明的有益效果如下：

本发明实现了一种气动外形是流线型的隧道式主梁，不布置风屏障，将车行道、护栏、桥上车辆等布置在其内部；主梁在运营阶段的气动外形不受风屏障、护栏、车辆外形、车辆排布情况等因素的影响，始终保持性能理想的流线型；从而解决了目前桥梁在运营阶段的实际外形的气动性能不良、防风措施对行车安全保障不力等问题，并具有以下优点：

1、显著改善行车条件。与风障法采用降低车道侧风风速的方法的防风原理不同，本发明将桥上车辆布置在主梁内部，使桥上车辆完全与强风暴雨隔离，因此可以显著改善行车条件、可靠保障行车安全。

2、安全可靠，成本可控。采用了风阻形状系数很小（可参见《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）条文说明4.4.1）的流线型，完全可以抵消迎风面积较大的不利影响；流线型外形使主梁的断面趋向船型，与目前两侧为尖角状风嘴、大致为梭形的主梁断面相比较，更易于具有较大的纵横向抗弯及抗扭模量；流线型外形侧边的斜率大，利于包裹行车净空而不会导致桥宽增加；膜结构的夹具系统与支架及承重主梁相连接处，有一些细小构造缝隙，可以少量通风，故不会产生严重的隧道风，也无需为通风增加设施；膜结构是一种新兴建筑结构形式，可采用PTFE（玻璃纤维基布聚四氟乙烯涂层）膜体材料，其强度高、耐腐蚀、耐紫外线、自重轻、防火难燃、自洁性好、透光性较好、价格较低，随着建筑用膜材料技术的快速发展，其性能还会进一步增强、价格还会进一步降低；导流构件采用单元化、模块化的膜结构，在工厂制作，运输安装方便快捷，且与桥梁主体结构施工相分离，运营中方便只修缮被损坏的局部单元。

3、桥梁结构抗风能力的可预测性好。桥梁抗风设计的主要工作是对桥梁设计方案的抗风能力进行预测和评估，主要方法是进行风洞试验和CFD数值模拟；如前所述，受梁体外形、护栏、桥面车辆、风屏障等多种因素影响，目前梁体在运营阶段的实际气动外形十分复杂，造成在进行风洞实验或软件分析时所使用的模型要么不全面、不准确，要么严重简化，偏离了工程实际情况，导致其结果的可信度低，很可能会危及桥梁结构安全。本发明不设置风障，并将护栏和车辆置于主梁结构内部，主梁的气动外形不受上述因素影响，因此，在进行风洞试验或软件分析时，可以方便的建立与工程实际相符的气动分析模型，抗风能力的可预测性好。

4、主梁结构的梯度温度荷载明显减小，路面耐久性增强。受位于车行道上方的空气导流构件遮挡，行车道不受太阳辐射直接照射，位于车行道下方的承重主梁受到的太阳辐射梯度温度荷载明显减小；考虑到路面结构受到的太阳辐射和雨水影响很小，其耐久性也将有所提升。

5、用于市政桥梁时，景观效果很好，具有隔音功能。彩色PTFE膜结构极具景观效果，结合桥梁雄伟宏大的特点，适于打造地标级市政建筑；具有隔音功能是显而易见的。

附图说明

图1是流线型主梁横截面图。

图2是流线型主梁侧立面图。

附图标记：1—船型钢箱梁、2—车行道、3—护栏、4—吊索、5—支架、6—膜体、7—夹具系统。

具体实施方式

实施例参图1、图2所示，某公路悬索桥，采用船型钢箱梁1作为承重主梁，上覆主要包括支架5、膜体5和夹具系统7的空气导流罩，钢箱梁1和空气导流罩的侧边光滑对接，形成的流线型主梁的横截面外轮廓为圆端形，桥梁侧风主体沿圆端形外轮廓绕流，一小部分通过空气导流罩膜体边缘的细小构造缝隙从空气导流罩内部通过。

空气导流罩是由若干个膜结构单元沿桥梁纵向排列连接而成的，如图2所示，膜结构单元包括支架5、膜体6和夹具系统7。船型钢箱梁1由吊索4弹性支承，吊索4从支架5和膜体6之间的夹具系统7中通过。相邻膜结构单元的相邻支架5相互连接，膜体边缘与支架5与钢箱梁1侧边通过夹具系统7相连接，形成圆端形外轮廓的上部。安装膜结构单元时，给膜体施加纵横双向预应力，使其具有满足使用需求的强度和刚度。

船型钢箱梁1顶面设有双向六车道公路车行道，公路车行道两侧设有护栏，公路车行道及护栏被完全包裹在钢箱梁1和空气导流罩围成的圆端形外轮廓之内，一方面使行车不受强风影响，另一方面使桥梁梁体结构的气动外形不受护栏及路上车辆外形和排布情况的影响。

Claims

1.一种流线型主梁结构，用于桥梁，所述桥梁还包括车行道，所述车行道包括行车净空，其特征在于，具有流线型外轮廓，所述包括行车净空的车行道位于所述流线型外轮廓的内部。

2.根据权利要求1所述的一种流线型主梁结构，包括主梁，其特征在于，还包括桥梁侧风导流构件。

3.根据权利要求2所述的一种流线型主梁结构，其特征在于，所述桥梁侧风导流构件包括膜结构。

4.根据权利要求3所述的一种流线型主梁结构，其特征在于，所述桥梁侧风导流构件是位于主梁上方的膜结构导流罩。

5.根据权利要求4所述的一种流线型主梁结构，其特征在于，所述膜结构导流罩包括若干个膜结构导流罩单元。

6.根据权利要求5所述的一种流线型主梁结构，所述膜结构导流罩单元包括膜体，其特征在于，所述膜结构导流罩单元还包括夹具系统和支架，膜体的边缘与夹具系统相连接，夹具系统与主梁的侧边及支架相连接，支架与主梁相连接。