CN103821075B - 大跨径斜拉装配式公路钢桥 - Google Patents

大跨径斜拉装配式公路钢桥 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种大跨径斜拉装配式公路钢桥,解决了主塔背索锚固难题,并采用借助主塔和斜拉索进行主梁顶推单边架设,实现了70m~100m跨度桥梁的机械设备单边集结快速架设,突破了目前装配式公路钢桥跨度不大于70m的限制,解决了现有装备无法满足大跨度桥梁快速架设需要的缺陷,主梁分为悬河跨和陆地跨,陆地跨的重量至少与悬河跨的重量相等,悬河跨的长度大于等于70m,悬河跨与陆地跨之间通过塔梁固结桁架水平相接形成固接体系,塔梁固结桁架竖向上端连接有主塔,主塔与悬河跨之间连接有若干根斜拉钢索,主塔与陆地跨之间连接有若干根斜拉钢索,主塔两侧的斜拉钢索对称布置。

Description

大跨径斜拉装配式公路钢桥
技术领域
本发明涉及一种大跨径斜拉装配式公路钢桥,尤其是一种跨度大于70m,可通行LD-60和公路-II级荷载的大跨径斜拉装配式公路钢桥。
背景技术
装配式公路钢桥,是一种可分解、能快速架设的制式桥梁,具有构造简单、构件轻巧、互换性强、便于快速组装、适应性强、经济实用等特点,在要求快速搭建的场合得到广泛使用。尤其是在应急抢险的危机关头,时间成为关键因素的时刻,装配式公路钢桥起到非常重要的作用。
随着我国公路建设日新月异的发展,尤其是全国高速公路的全面建设,大跨径(单跨≥70m)公路桥梁越来越普及。这些桥梁会由于地震、山洪暴发、泥石流等自然灾害或人们日常交通活动而造成损坏,导致交通中断。为保证社会秩序的正常进行,需要采取措施及时保障交通的顺畅,特别是在抢险救灾时,及早恢复通车对于抢救人们生命和财产安全起着关键性作用。
目前,国内公知的装配式公路钢桥有“321”装配式公路钢桥(简称“321”钢桥)和ZB-200型装配式公路钢桥(简称ZB-200型钢桥)两种。“321”钢桥从原贝雷桥基础上演变而来,ZB-200型钢桥相当于“321”钢桥的改进结构,ZB-200型钢桥更加适应中国的国情,ZB-200型钢桥构件更加简单,架设方便,标准化程度更高,而且互换性和适应性好。ZB-200型钢桥的力学性能好,抗弯能力比“321”钢桥增加56%,且可以节省至少30%的用钢量。
但是现有的装配式公路钢桥的架设跨度较小,“321”钢桥的最大跨度为63m,ZB-200型钢桥的最大跨度为69m,即使能达到最大跨长,其承载能力也会受到很大的限制,因此装配式公路钢桥在跨度上的局限性限制了其使用范围。
对于大跨度的桥梁,斜拉桥是通常采用的桥型,是在主梁上设置若干拉索作为弹性支撑的一种桥梁,由承压为主的塔,受拉的索和承弯压的梁组合起来的一种结构体系。特点是通过拉索体系增大了桥梁的跨度,常规斜拉桥的索塔需设置永久性砼深基础与地基相连,斜拉索两端通过锚板分别永久性密集布置固定到索塔和主梁的锚固基座上,因而架设时间相当长,调索非常麻烦,无法满足应急抢险的快速架设需求。
发明内容
本发明提供一种大跨径斜拉装配式公路钢桥,充分利用现有列储的“321”和ZB-200型装配式公路钢桥构件,以ZB-200型装配式公路钢桥为主梁,“321”装配式公路钢桥构件为主搭。该桥型采用塔梁固结体系,并引入自平衡锚固结构,在陆上架设一孔主梁,解决了主塔背索锚固难题,并采用借助主塔和斜拉索进行主梁顶推单边架设,实现了70m~100m跨度桥梁的机械设备单边集结快速架设,突破了目前装配式公路钢桥跨度不大于70m的限制,解决了现有装备无法满足大跨度桥梁快速架设需要的缺陷,进一步扩大了装配式公路钢桥交通保障和应急抢险能力。
本发明还解决了现有的斜拉梁,需要建造混凝土索塔基础的缺陷,提供一种大跨径斜拉装配式公路钢桥,在装配式公路钢桥的主梁上安装装配式主塔,形成主梁和主塔为整体的可推送体系,并结合斜拉索来延长架设的跨度,从而大大缩短了架设的时间。
本发明还解决了现有的大跨径桥梁使用斜拉索来连接桥梁与桥塔,斜拉索端部连接混凝土锚固基座,连接时间长的缺陷,提供一种大跨径斜拉装配式公路钢桥,塔上锚固构件采用可销接的锚固构件,锚固构件用钢板焊接组合而成,斜拉索塔上锚端采用单耳式锚具,可直接销接锚固于腹板上,结构构造鲜明,施工拼装简便;斜拉索梁上锚固采取可拆卸的专用锚固构件,位于桁架竖向腹杆与上弦杆交接处,锚下钢板做成可旋转构件,以适应斜拉索的角度变化,提高了通用性,缩短连接时间。
本发明还解决了现有的斜拉索采用单根结构,使得拉索与主梁连接部位的局部应力过于集中,对桥梁的局部构造要求过高的缺陷,提供一种大跨径斜拉装配式公路钢桥,斜拉索采用一分多技术,即在塔顶锚固部分单侧采用一根斜拉索,中间利用分索器将斜拉索一分为三锚固于主梁上。拉索采用一分为三的形式分散了主梁上的锚固点,有效地降低了斜拉索在主梁上的锚固力,同时加密主梁弹性支撑点,缩短主梁实际跨度,改善主梁桁架片的受力状态。此外减小了斜拉索的截面尺寸,方便斜拉索的储存、运输和装卸。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种大跨径斜拉装配式公路钢桥,以ZB-200型装配式公路钢桥为主梁,其中,主梁分为悬河跨和陆地跨,陆地跨的重量至少与悬河跨的重量相等,悬河跨的长度大于等于70m,悬河跨与陆地跨之间通过塔梁固结桁架水平相接形成固接体系,塔梁固结桁架竖向上端连接有主塔,主塔与悬河跨之间连接有若干根斜拉钢索,主塔与陆地跨之间连接有若干根斜拉钢索,主塔两侧的斜拉钢索对称布置。采用两跨自平衡单塔双索面结构,一跨跨河,为悬河跨,另一跨支撑在陆地上,为陆地跨,起平衡作用;悬河跨直接跨架于两岸,跨度范围在70m~100m,远远大于传统的ZB-200型装配式公路钢桥架设跨度,满足快速架设大跨径桥梁要求;主梁采用ZB-200型桁架,采用现有装配技术和生产条件,成本低,同时又能扩大架设跨度,增加钢桥的架设范围;本钢桥属于地面搁置,不用设置固定支撑部件,架设快,并且方便拆除,可重复利用;本钢桥的桥塔直接固定到主梁上,结合斜拉索,使得桥梁、桥塔和斜拉钢索组成一个整体,受力性能好。
作为优选,主塔采用“321”型装配式公路钢桥结构的桁架装配而成,塔梁固结桁架具有与“321”型装配式公路钢桥桁架竖向装配固定的结构。塔梁固结桁架横向两侧为与ZB-200型桁架相连接的结构,通过塔梁固结桁架实现ZB-200型桁架和“321”桁架之间的顺接,架设工艺成熟,而且装配用的桁架均能重复使用,且全国各地均有大量的储备。
作为优选,主塔由左右两个塔柱组成,每个塔柱均由三排“321”型桁架拼接装配而成,两塔柱之间通过主塔横向连接件连接,横向连接件为两片单排“321”型桁架装配连接而成。两组塔柱装配成一个整体,提高了主塔的抗扭性能,增加了主塔的稳定性。
主塔上端固定安装有塔上锚固构件,考虑到主塔、斜拉索、主梁的协调受力,对斜拉索进行结构优化,斜拉索分为连接桥塔上锚固构件的上段斜拉索和连接主梁的下段斜拉索,上段斜拉索与下段斜拉索之间通过分索器相连,一根上段斜拉索通过分索器装配三根下段斜拉索,形成一分三的拉索体系。
作为优选,斜拉索与主梁的锚固区采用腹杆加强的ZB-200型双排单层加强的高剪力桁架,悬河跨的端部桁架为加强型高剪力桁架,高剪力桁架和塔梁固结桁架的外形及连接尺寸与200型装配式公路钢桥的桁架的外形和连接尺寸相同,加强型高剪力桁架强度高于高剪力桁架,高剪力桁架的强度高于ZB-200型桁架。
作为优选,塔上锚固构件采用可销接的锚固构件,锚固构件用钢板焊接组合而成,上段斜拉索的上端采用单耳式锚具。单耳式锚具,可直接销接锚固于腹板上,结构构造鲜明,施工拼装简便。进一步优化斜拉索梁上锚固位置,斜拉索与主梁轴线之间的夹角为20°至45°,具备良好的受力性能。
为了安全使用,本大跨径斜拉钢桥架设要遵循以下要求:悬河跨跨越河道,主塔所在的位置处于陆地上,其距离岸边的长度至少为ZB-200型装配式公路钢桥桁架片长度的1倍,悬河跨远塔端支撑于对岸陆地上,且该远塔端端部支撑的支座距离岸边的长度至少为ZB-200型装配式公路钢桥桁架长度的1倍。
为了便于支撑,悬河跨的的远塔端连接有阴头端柱,阴头端柱通过支座支撑于混凝土垫块上;陆地跨的远塔端连接有阳头端柱,阳头端柱通过支座支撑于混凝土垫块上。
作为优选,陆地跨通过配重吊钩与轨道混凝土垫块相连接,吊钩为可伸缩的调节装置,轨道混凝土垫块即为主梁和轨道的基础又作为陆地跨的配重。
河道两岸均有架设条件的情况下,本钢桥可在河道两岸同时拼装架设,并同时推送至河道中心合拢,形成双塔双索面斜拉桥体系,跨径达170m,可跨越小于165m宽度河道。
本发明的有益效果是:大跨径斜拉装配式公路钢桥在充分利用现有“321”和 ZB-200 型装配式公路钢桥构件的基础上,只需增加少量特殊构件,即可实现 100m跨径可通行 LD-60 和公路-Ⅱ级荷载的公路钢桥架设,极大提升了我国交通战备和应急抢险的交通保障能力。该项目的研制成功,和“321”装配式公路钢桥、ZB-200 型装配式公路钢桥、ZB-450 型装配式公路钢桥共同组成了我国新的交通战备保障器材体系。 其特殊构件重量仅占全桥总重的 27%左右。相对于全新研制 100m 跨径的钢桥,极大降低了工程造价,具有巨大的军事意义、经济意义和社会意义。
附图说明
图1是本发明一种结构示意图;
图2是本发明一种主塔正面结构示意图;
图3是本发明一种柱塔侧视图及局部放大图;
图4是本发明一种塔上锚固构件示意图;
图5是本发明图4所示结构的俯视图;
图6是本发明一种斜拉索锚固体系的结构示意图;
图7是本发明一种分索器结构示意图;
图8是本发明一种加强型桁架的局部示意图;
图9是本发明图8所示结构的俯视图;
图10是本发明一种配重挂钩示意图;
图11是本发明图10所示结构的侧视图;
图12是本发明一种阴头端柱(阳头端柱)结构示意图;
图中:1、主梁,2、悬河跨,3、陆地跨,4、阳头端柱,5、下段斜拉索,6、上段斜拉索,7、斜拉索,8、抗风拉索,9、塔上锚固构件,10、分索器,11、主塔,12、塔梁固结桁架,13、阴头端柱,14、桥面板,15、横向连接件,16、ZB-200型桁架,17、横梁,18、竖向支撑件,19、“321”桁架,20、上下弦杆,21、竖腹杆,22、节点板,23、斜腹杆,24、竖向腹杆,25、销轴,26、叉耳式锚端,27、索体,28、锚端,29、上段斜拉索连接孔,30、下段斜拉索连接孔,31、ZB-200型高剪力桁架,32、锚下钢板,33、梁上锚固件,34、横件,35、吊钩,36、轨道,37、柱体,38、支座,39、阳头端,40、阴头端。
具体实施方式
下面通过具体实施例,并结合附图,对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例:一种大跨径斜拉装配式公路钢桥(参见附图1),ZB-200型装配式公路钢桥为主梁1,主梁分为悬河跨2和陆地跨3,悬河跨的长度和陆地跨的长度相等(可以根据实际情况适当缩短陆地跨长度),均为102m,主梁总长为204m。主塔通过塔梁固结桁架12与悬河跨、陆地跨相连,主塔与主梁之间采用一分三的斜拉索锚固体系进行连接,悬河跨和陆地跨上各设置4组一分三的斜拉索锚固体系,每一组沿主梁长度方向间隔27~32m、相对主塔两侧对称布置。
主梁采用ZB-200型桁架16、ZB-200型加强桁架及塔梁固结桁架12连接而成,排列形式为双排单层桁架,主梁两侧边的桁架之间通过横梁17连接,横梁上铺设有桥面板14,两排主梁桁架的上侧和下侧附加强弦杆,上侧加强弦杆通过横向支撑件连接。主梁桁架(参见附图3)由上下弦杆20、竖腹杆21、斜腹杆23组成,各杆件通过节点板22焊接连接,塔梁固结桁架为特制的桁架,增加了竖向腹杆24,竖向腹杆的上端伸出并与主塔“321”桁架连接。
主塔(参见附图2)包括两组塔柱,两塔柱之间通过横向连接件15连接,横向连接件为“321”桁架19拼装连接而成,塔柱由三排“321”桁架拼装而成,塔柱侧面连接有竖向支撑架18,增大塔柱桁架之间的联系,主塔的下端与塔梁固结桁架的竖向腹杆销接。每个塔柱顶部各设有一个塔上锚固构件9。塔上锚固构件用钢板焊接组合而成,由底板、腹板及加劲肋组成,塔上锚固构件底部的阳头与“321”桁架的阴头通过销子连接。斜拉索与塔上锚固构件也形成可销接的构件,斜拉索的塔上锚端采用单耳式锚具,可直接销接锚固于腹板上。
斜拉索7(参见附图6)分为连接塔上锚固构件的上段斜拉索6和连接主梁的下段斜拉索5,上段斜拉索与下段斜拉索之间通过分索器10(参见附图7)相连,一根上段斜拉索通过分索器装配连接三根下段斜拉索,形成一分三的拉索体系。上段斜拉索(下段斜拉索)分别有两个锚端28和中间的索体27组成,上段斜拉索两端均为叉耳式锚端26,下段斜拉索上端为叉耳式锚端,下端为张拉端。分索器呈扇形结构,扇形的中心处设置有一个上段斜拉索连接孔29,扇形的扇面上设置有三个间距相等的下段斜拉索连接孔30,上段斜拉索的上端叉耳式锚端通过销轴25与塔上锚固构件相连接(参见附图4附图5),上段斜拉索的下端叉耳式锚端与分索器的上段斜拉索连接孔相铰接。下段斜拉索的叉耳式锚端与分索器上的下段斜拉索连接孔相连接,下斜拉钢索的下端的张拉端与主梁通过梁上锚固构件相连接,叉耳式锚固端均为销接,可绕销轴转动。梁上锚固构件固定的桁架为ZB-200型高剪力桁架31,ZB-200型高剪力桁架的外形及连接尺寸与ZB-200型桁架的外形和连接尺寸相同,可实现与ZB-200型标准桁架的顺接。梁上锚固构件包括梁上锚固件33和通过销轴铰接的锚下钢板32(参见附图8附图9),梁上锚固件33为钢板焊接而成,锚下钢板32可绕销轴转动,以适应车辆通行主梁下挠时斜拉索与主梁轴线的夹角变化。
每一根下段斜拉索连接一个加强型桁架,近主塔端的三根下段斜拉索与主梁轴线之间形成35-42°的角度,远主塔端的三个下段斜拉索与主梁轴线之间形成21-25°的角度。
悬河跨的远塔端连接有阴头端柱13,阴头端柱下端通过支座38支撑于混凝土垫块上,陆地跨的远塔端连接有阳头端柱4,阳头端柱下端通过支座38支撑于混凝土垫块上(参见附图12)。阴头端柱13(阳头端柱4)包括柱体37,柱体下端为与支座相铰接的铰接头,柱体上部侧面固定有与悬河跨相装配的阳头端39(阴头端40)。
为了平衡运营状态下悬河跨重量,需在陆地跨设置配重,主梁横梁17用配重吊钩35与轨道混凝土垫块相连接,吊钩为可伸缩的调节装置,混凝土垫块既可作为主梁和轨道的基础又可作为陆地跨主梁的配重。横梁17的两端上表面分别搭接有垂直横梁的横件34,横件的两端超出横梁,横件的两端连接吊钩35(参见附图10附图11)。
悬河跨跨越河道,索塔所在的位置处于陆地上,距岸边的长度至少为ZB-200型装配式公路钢桥桁架片长度的1倍,悬河跨远塔端支撑于对岸陆地上,支座位置距离岸边的长度至少为ZB-200型装配式公路钢桥桁架片长度的1倍。
主塔上还连接有两根相对主梁左右对称的抗风拉索8,抗风拉索的下端与地锚连接。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳方案,并非对本发明作任何形式上的限制,在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种大跨径斜拉装配式公路钢桥,以ZB-200型装配式公路钢桥为主梁(1),其特征在于主梁分为悬河跨(2)和陆地跨(3),陆地跨的重量至少与悬河跨的重量相等,悬河跨的长度大于等于70m,悬河跨与陆地跨之间通过塔梁固结桁架水平相接,塔梁固结桁架竖向上端连接有主塔(11),主塔与悬河跨之间连接有若干根斜拉索(7),主塔与陆地跨之间连接有若干根斜拉索,主塔两侧的斜拉索对称布置。
2.根据权利要求1所述的大跨径斜拉装配式公路钢桥,其特征在于主塔采用“321”型装配式公路钢桥结构的桁架装配而成,塔梁固结桁架与“321”型装配式公路钢桥桁架竖向装配固定。
3.根据权利要求2所述的大跨径斜拉装配式公路钢桥,其特征在于主塔由两个塔柱组成,塔柱由三排“321”型桁架装配而成,两塔柱之间通过主塔横向连接件(15)连接,横向连接件为两片单排“321”型桁架装配连接而成。
4.根据权利要求1或2或3所述的大跨径斜拉装配式公路钢桥,其特征在于主塔上端固定安装有塔上锚固构件,斜拉索分为连接桥塔上锚固构件的上段斜拉索(6)和连接主梁的下段斜拉索(5),上段斜拉索与下段斜拉索之间通过分索器(10)相连,一根上段斜拉索通过分索器装配三根下段斜拉索,形成一分三的拉索体系。
5.根据权利要求4所述的大跨径斜拉装配式公路钢桥,其特征在于斜拉索与主梁的锚固区采用腹杆加强的ZB-200型高剪力桁架(31),悬河跨的端部桁架为加强型高剪力桁架,高剪力桁架和塔梁固结桁架的外形及连接尺寸与200型装配式公路钢桥的桁架的外形和连接尺寸相同,加强型高剪力桁架强度高于高剪力桁架,高剪力桁架的强度高于ZB-200型桁架。
6.根据权利要求4所述的大跨径斜拉装配式公路钢桥,其特征在于塔上锚固构件(9)采用可销接的锚固构件,锚固构件用钢板焊接组合而成,上段斜拉索的上端采用单耳式锚具;下段斜拉索与主梁轴线间的夹角为20°至45°。
7.根据权利要求1或2或3所述的大跨径斜拉装配式公路钢桥,其特征在于悬河跨跨越河道,主塔所在的位置处于陆地上,其距离岸边的长度至少为ZB-200型装配式公路钢桥桁架片长度的1倍,悬河跨远塔端支撑于对岸陆地上,且该远塔端端部支撑的支座距离岸边的长度至少为ZB-200型装配式公路钢桥桁架长度的1倍。
8.根据权利要求7所述的大跨径斜拉装配式公路钢桥,其特征在于悬河跨的远塔端连接有阴头端柱(13),阴头端柱通过支座(38)支撑于混凝土垫块上;陆地跨的远塔端连接有阳头端柱(4),阳头端柱通过支座支撑于混凝土垫块上。
9.根据权利要求1或2或3所述的大跨径斜拉装配式公路钢桥,其特征在于陆地跨通过配重吊钩(35)与轨道混凝土垫块相连接,吊钩为可伸缩的调节装置,轨道混凝土垫块即为主梁和轨道(36)的基础又作为陆地跨的配重。
10.根据权利要求1或2或3所述的大跨径斜拉装配式公路钢桥,其特征在于本钢桥在河道两岸同时拼装架设,并同时推送至河道中心合拢,形成双塔双索面斜拉桥体系,跨径达170m,可跨越小于165m宽度河道。
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