CN103850173B - 一种用于控制悬索桥纵向和扭转静动力响应的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于控制悬索桥纵向和扭转静动力响应的系统，该系统包括：在主缆(1)与主梁(2)之间且在主跨中部区域沿纵向设置的中央索扣(5)；在主缆(1)与主梁(2)之间且在主跨1／4区域和3／4区域沿横向设置的交叉拉索(6)；在主缆(1)与主梁(2)之间且在多跨悬索桥的边跨端部区域沿纵向设置的边索扣(7)；在桥塔(3)与主梁(2)之间且沿纵向设置的弹性约束装置(8)和动力阻尼装置(9)；以及在主梁(2)两端沿纵向设置的液压缓冲装置(10)。本发明能够同时有效控制悬索桥纵向和扭转的静动力响应，提高短吊索的抗疲劳性能，实施方案简单合理、安全经济。

Description

一种用于控制悬索桥纵向和扭转静动力响应的系统

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，具体涉及一种用于控制悬索桥纵向和扭转静动力响应的系统。

背景技术

悬索桥是以主缆受拉为主要承重构件的柔性缆索桥梁结构。主梁自重、二期恒载、汽车活载等荷载均通过吊索传递给主缆，最终由主缆将全部荷载由主塔和锚碇传递给基础。

在汽车活载、温度作用、大风、地震等静动力荷载作用下，悬索桥的主梁和主缆都将产生较大的竖向、纵桥向、横桥向位移及扭转位移，需要有效解决纵向和扭转的静动力响应问题：(1)由于大跨径悬索桥主梁长度较大，主梁两端的纵桥向静动力位移较大，因此主梁两端的伸缩装置较大且其疲劳问题突出；(2)由于主梁和主缆的位移不同步，短吊索的疲劳问题突出；(3)由于主缆对主梁的抗扭转运动约束较弱，桥梁的抗风稳定性问题突出。因此，需要研究控制悬索桥纵向和扭转静动力响应的合理结构体系。

传统悬索桥的结构体系有：(1)主梁沿纵桥向为飘浮体系，如虎门大桥、江阴大桥、海沧大桥等；(2)主缆与主梁之间设置中央索扣，如日本的明石海峡大桥、润扬大桥、坝陵河大桥等；(3)桥塔与主梁之间设置阻尼装置，如西堠门大桥、南京长江四桥等；(4)主缆与主梁之间设置中央索扣，同时在主梁两端设置液压缓冲器，如丹麦的大海带东桥。

研究表明，传统的飘浮体系无法解决悬索桥纵向和扭转的静动力响应问题；主缆与主梁之间设置中央索扣可以在一定程度上解决大桥纵向的静力响应问题，但对纵向动力响应问题和扭转响应问题效果不大；桥塔与主梁之间设置阻尼装置可以在一定程度上解决大桥纵向的动力响应问题，但对纵向静力响应问题和扭转响应问题没有效果；主缆与主梁之间设置中央索扣，同时在主梁两端设置液压缓冲器，可以在一定程度上控制主梁纵向静动力响应、改善主跨跨中短吊索的疲劳问题，但对主梁的扭转响应没有很好解决，对多跨悬索边跨短吊索的疲劳问题也没有很好解决。因此，需要研究能够同时有效控制悬索桥纵向和扭转静动力响应的新型结构体系。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的是针对悬索桥在汽车活载、温度作用、大风、地震等静动力荷载作用下的响应问题，提供一种用于有效控制悬索桥纵向和扭转静动力响应的系统。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种用于控制悬索桥纵向和扭转静动力响应的系统，该系统包括：在主缆1与主梁2之间且在主跨中部区域沿纵向设置的中央索扣5；在主缆1与主梁2之间且在主跨1／4区域和3／4区域沿横向设置的交叉拉索6；在主缆1与主梁2之间且在多跨悬索桥的边跨端部区域沿纵向设置的边索扣7；在桥塔3与主梁2之间且沿纵向设置的弹性约束装置8和动力阻尼装置9；以及在主梁2两端沿纵向设置的液压缓冲装置10。

上述方案中，所述中央索扣5沿桥梁纵向布置，其形状为“∧”形，上端与主缆1相连、下端与主梁2相连，在主缆1的上、下游两侧对称布置，布置在主缆1与吊索4所在的平面内。所述中央索扣5选用的材料为铸钢制作的刚性索扣，或者为钢拉索或碳纤维增强复合材料(CFRP)制作的柔性索扣。所述刚性索扣在主缆1的上、下游两侧对称布置1对；所述柔性索扣为沿中跨纵向对称布置，其在主缆1的上、下游两侧对称布置n对，n为自然数。

上述方案中，所述交叉拉索6沿桥梁横向布置，其形状为“X”形，上端分别与上、下游侧主缆1相连，下端分别与下、上游侧主梁2相连。所述交叉拉索6选用的材料为钢拉索，或者为碳纤维增强复合材料(CFRP)拉索制作的柔性拉索，其在主跨1／4区域和3／4区域沿主跨跨中对称布置m对，m为自然数。

上述方案中，所述边索扣7沿桥梁纵向布置，其形状为“∧”形，上端与主缆1相连、下端与主梁2相连，在主缆1的上、下游两侧对称布置，布置在主缆1与吊索4所在的平面内。所述边索扣7选用的材料为钢拉索，或者为碳纤维增强复合材料(CFRP)拉索制作的柔性索扣，其在主缆1的上、下游两侧对称布置k对，k为自然数。

上述方案中，所述弹性约束装置8沿桥梁纵向布置，其为弹簧、钢拉索或碳纤维复合材料拉索。

上述方案中，所述动力阻尼装置9沿桥梁纵向布置，其为金属阻尼器、高分子复合材料阻尼器、摩擦阻尼器、粘滞阻尼器、粘弹性阻尼器或复合型阻尼器。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的这种用于控制悬索桥纵向和扭转静动力响应的系统，通过在主缆1与主梁2之间在纵向设置中央索扣5和边索扣7、在桥塔3与主梁2之间在纵向设置弹性约束装置8和动力阻尼装置9、在主梁2两端在纵向设置液压缓冲装置10，能够同时有效控制悬索桥的纵向静力和动力响应，减小主梁两端伸缩装置的规模并改善其抗疲劳性能，有效控制主梁和主缆纵向的静动力相对位移，从而改善短吊索的抗疲劳性能；

2、本发明提供的这种用于控制悬索桥纵向和扭转静动力响应的系统，通过在主缆1与主梁2之间在主跨中部区域沿纵向设置中央索扣5，在主跨1／4区域和3／4区域沿横向设置交叉拉索6，能够同时有效提高悬索桥的对称和反对称扭转刚度，从而控制悬索桥扭转的静动力响应；

3、本发明提供的这种用于控制悬索桥纵向和扭转静动力响应的系统，能够同时控制悬索桥纵向和扭转的静动力响应，而且安装、检查、维护、更换方便，经济性好。

附图说明

图1是本发明提供的用于控制悬索桥纵向和扭转静动力响应的系统的结构示意图。

图2是本发明提供的在主跨1／4区域设置3对交叉拉索的结构示意图。

附图标记：主缆1；主梁2；桥塔3；吊索4；中央索扣5；交叉拉索6；边索扣7；弹性约束装置8；动力阻尼装置9；液压缓冲装置10。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

图1是本发明提供的用于控制悬索桥纵向和扭转静动力响应的系统的结构示意图。如图1所示，该系统包括：在主缆1与主梁2之间且在主跨中部区域沿纵向设置的中央索扣5；在主缆1与主梁2之间且在主跨1／4区域和3／4区域沿横向设置的交叉拉索6；在主缆1与主梁2之间且在多跨悬索桥的边跨端部区域沿纵向设置的边索扣7；在桥塔3与主梁2之间且沿纵向设置的弹性约束装置8和动力阻尼装置9；以及在主梁2两端沿纵向设置的液压缓冲装置10。

所述中央索扣5沿桥梁纵向布置，其形状为“∧”形，上端与主缆1相连、下端与主梁2相连，在主缆1的上、下游两侧对称布置，可布置在主缆1与吊索4所在的平面内；中央索扣5选用的材料可为铸钢制作的刚性索扣，或者为钢拉索或碳纤维增强复合材料(CFRP)拉索制作的柔性索扣；其中刚性索扣在主缆1的上、下游两侧对称布置1对；柔性索扣为沿中跨纵向对称布置，其在主缆1的上、下游两侧对称布置n对，n为自然数。

边索扣7沿桥梁纵向布置，其形状为“∧”形，上端与主缆1相连、下端与主梁2相连，在主缆1的上、下游两侧对称布置，可布置在主缆1与吊索4所在的平面内；边索扣7选用的材料为钢拉索，或者为碳纤维增强复合材料(CFRP)拉索制作的柔性索扣，其在主缆1的上、下游两侧对称布置k对，k为自然数。

弹性约束装置8沿桥梁纵向布置，其可为弹簧、钢拉索或碳纤维复合材料拉索。动力阻尼装置9沿桥梁纵向布置，其可为金属阻尼器、高分子复合材料阻尼器、摩擦阻尼器、粘滞阻尼器、粘弹性阻尼器或复合型阻尼器。

图2是本发明提供的在主跨1／4区域设置3对交叉拉索的结构示意图。如图1和图2所示，交叉拉索6沿桥梁横向布置，其形状为“X”形，上端分别与上、下游侧主缆1相连、下端分别与下、上游侧主梁2相连；交叉拉索6选用的材料为钢拉索，或者为碳纤维增强复合材料(CFRP)拉索制作的柔性拉索，其在主跨1／4区域和3／4区域沿主跨跨中对称布置m对，m为自然数。

本发明提供的这种用于控制悬索桥纵向和扭转静动力响应的系统，能够同时控制悬索桥纵向和扭转的静动力响应，而且安装、检查、维护、更换方便，经济性好。

另外，本发明提供的这种用于控制悬索桥纵向和扭转静动力响应的系统，也可以被称为一种用于控控制悬索桥纵向和扭转静动力响应的结构体系、设备或装置，这里“结构体系”等同于“系统、设备或装置”。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于控制悬索桥纵向和扭转静动力响应的系统，其特征在于，该系统包括：

在主缆(1)与主梁(2)之间且在主跨中部区域沿纵向设置的中央索扣(5)；

在主缆(1)与主梁(2)之间且在主跨1/4区域和3/4区域沿横向设置的交叉拉索(6)；

在主缆(1)与主梁(2)之间且在多跨悬索桥的边跨端部区域沿纵向设置的边索扣(7)；

在桥塔(3)与主梁(2)之间且沿纵向设置的弹性约束装置(8)和动力阻尼装置(9)；以及

在主梁(2)两端沿纵向设置的液压缓冲装置(10)；

其中，所述边索扣(7)沿桥梁纵向布置，其形状为“∧”形，上端与主缆(1)相连、下端与主梁(2)相连，在主缆(1)的上、下游两侧对称布置，布置在主缆(1)与吊索(4)所在的平面内。

2.根据权利要求1所述的用于控制悬索桥纵向和扭转静动力响应的系统，其特征在于，所述中央索扣(5)沿桥梁纵向布置，其形状为“∧”形，上端与主缆(1)相连、下端与主梁(2)相连，在主缆(1)的上、下游两侧对称布置，布置在主缆(1)与吊索(4)所在的平面内。

3.根据权利要求2所述的用于控制悬索桥纵向和扭转静动力响应的系统，其特征在于，所述中央索扣(5)选用的材料为铸钢制作的刚性索扣，或者为钢拉索或碳纤维增强复合材料(CFRP)制作的柔性索扣。

4.根据权利要求3所述的用于控制悬索桥纵向和扭转静动力响应的系统，其特征在于，所述刚性索扣在主缆(1)的上、下游两侧对称布置1对；所述柔性索扣为沿中跨纵向对称布置，其在主缆(1)的上、下游两侧对称布置n对，n为自然数。

5.根据权利要求1所述的用于控制悬索桥纵向和扭转静动力响应的系统，其特征在于，所述交叉拉索(6)沿桥梁横向布置，其形状为“X”形，上端分别与上、下游侧主缆(1)相连，下端分别与下、上游侧主梁(2)相连。

6.根据权利要求5所述的用于控制悬索桥纵向和扭转静动力响应的系统，其特征在于，所述交叉拉索(6)选用的材料为钢拉索，或者为碳纤维增强复合材料(CFRP)拉索制作的柔性拉索，其在主跨1/4区域和3/4区域沿主跨跨中对称布置m对，m为自然数。

7.根据权利要求1所述的用于控制悬索桥纵向和扭转静动力响应的系统，其特征在于，所述边索扣(7)选用的材料为钢拉索，或者为碳纤维增强复合材料(CFRP)拉索制作的柔性索扣，其在主缆(1)的上、下游两侧对称布置k对，k为自然数。

8.根据权利要求1所述的用于控制悬索桥纵向和扭转静动力响应的系统，其特征在于，所述弹性约束装置(8)沿桥梁纵向布置，其为弹簧、钢拉索或碳纤维复合材料拉索。

9.根据权利要求1所述的用于控制悬索桥纵向和扭转静动力响应的系统，其特征在于，所述动力阻尼装置(9)沿桥梁纵向布置，其为金属阻尼器、高分子复合材料阻尼器、摩擦阻尼器、粘滞阻尼器、粘弹性阻尼器或复合型阻尼器。