CN104452572A - 改善横向动力受力性能的外边跨无斜拉索的斜拉桥 - Google Patents

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李国亮
吴伟胜
张革军
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Abstract

本发明公开了一种外边跨无斜拉索的斜拉桥，其主梁由桥塔、辅助墩、过渡墩共同支承，辅助墩位于桥塔的两侧，过渡墩位于辅助墩的两侧。辅助墩和过渡墩之间的主梁部分不通过斜拉索与桥塔的塔柱连接；过渡墩通过第一竖向支座支承主梁，第一竖向支座具备横向解锁功能；辅助墩通过第二竖向支座支承主梁，且通过横向阻尼装置与主梁连接，该横向阻尼装置的阻尼方向为主梁的横向；桥塔的下横梁通过第三竖向支座支承主梁，且主梁与桥塔的塔柱之间通过横向支座连接，该横向支座沿主梁的横向布置。本发明可大幅降低辅助墩、过渡墩及基础在横向地震作用下的受力，且辅助墩与过渡墩受力趋于协调，可有效控制辅助墩处地震作用下主梁的横向位移。

Description

改善横向动力受力性能的外边跨无斜拉索的斜拉桥
技术领域
本发明涉及桥梁工程技术领域，具体涉及斜拉桥，特别是一种改善横向动力受力性能的外边跨无斜拉索的斜拉桥。
背景技术
我国自1975年建成第一座试验性斜拉桥以来，经过近40年的发展，已成为世界上拥有斜拉桥数量最多的国家。作为一种柔性结构，斜拉桥对风、地震等动力荷载较为敏感。而随着全球范围内气候的变化，台风、强震频发，斜拉桥的动力性能日益引起各方面的重视。
斜拉桥的上部与下部的连接类型，总体上可分3类：刚性、自由、阻尼。总体而言，刚性连接具有最大的刚度、最小的位移、最大的内力；自由连接具有最小的刚度、最大的位移、最小的内力；阻尼连接则介乎前两者之间。风荷载作用下，静力分量的总的数值是确定的、独立于约束体系的，必须沿着一定的传力途径传递至基础；地震荷载作用下，结构内力的大小是与约束体系密切相关的。合理的约束体系，应在构造可行的前提下，实现静力、动力的协调，以及位移、内力的平衡。
相比于常规的斜拉桥，外边跨无斜拉索的斜拉桥增设了不设斜拉索的边跨。由于部分边跨的自重传递至辅助墩处竖向支座，故可不再设置额外的压重。但是，增设的边跨会导致结构周期的加长，对结构动力特性、抗震性能有一定影响。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明所要解决的问题是现有的外边跨无斜拉索的斜拉桥无法有效地减小桥墩及基础在横向地震等动力荷载下的内力及位移的问题。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提出一种外边跨无斜拉索的斜拉桥，包括主梁、桥塔、辅助墩、过渡墩和斜拉索，所述桥塔包括塔柱和下横梁，所述主梁由桥塔、辅助墩、过渡墩共同支承，在该主梁的纵向方向上，所述辅助墩位于桥塔的两侧，所述过渡墩位于辅助墩的两侧，所述斜拉索用于连接桥塔的塔柱与主梁，所述辅助墩和所述过渡墩之间的主梁部分不通过所述斜拉索与所述桥塔的塔柱连接；所述过渡墩通过第一竖向支座支承所述主梁，所述第一竖向支座具备横向解锁功能；所述辅助墩通过第二竖向支座支承所述主梁，且通过横向阻尼装置与所述主梁连接，该横向阻尼装置的阻尼方向为所述主梁的横向；所述桥塔的下横梁通过第三竖向支座支承所述主梁，且所述主梁与所述桥塔的塔柱之间通过横向支座连接，该横向支座沿所述主梁的横向布置。
根据本发明的一种具体实施方式，所述横向阻尼装置为液体粘滞阻尼装置、软钢阻尼装置、液压缓冲阻尼装置或粘弹性阻尼装置中的一种。
根据本发明的一种具体实施方式，所述横向阻尼装置的接头为球铰。
根据本发明的一种具体实施方式，所述第一竖向支座的横向承载力具有解锁功能，即所述第一竖向支座横向承载力在该支座受到的横向剪切力达到其承载力后迅速卸载，不再继续承担横向剪力。
根据本发明的一种具体实施方式，所述第三竖向支座横向的承载力～变形具有刚塑性特征，即所述第三竖向支座横向承载力在该支座受到的横向剪切力达到其承载力后随着变形的增大保持不卸载。
根据本发明的一种具体实施方式，所述过渡墩通过两个第一竖向支座支承所述主梁，该两个第一竖向支座横向关于所述主梁的中心轴对称。
根据本发明的一种具体实施方式，所述辅助墩通过两个第二竖向支座支承所述主梁，该两个第二竖向支座横向关于所述主梁的中心轴对称。
根据本发明的一种具体实施方式，所述每个桥塔的下横梁通过两个第三竖向支座支承所述主梁，该两个第三竖向支座横向关于所述主梁的中心轴对称。
根据本发明的一种具体实施方式，所所述主梁的一侧通过至少一个所述横向支座连接与所述桥塔的塔柱连接。
根据本发明的一种具体实施方式，所述辅助墩的墩顶设置阻尼装置下连接座，所述主梁的底部的相应位置设置阻尼装置上连接座，所述下连接座和上连接座分别用于连接所述横向阻尼装置的两端。
(三)有益效果
与现有约束体系的斜拉桥相比，本发明可大幅降低辅助墩、过渡墩及基础在横向地震作用下的内力，降低幅值可达50％以上，从而可采用更小的结构尺寸及基础规模，节约更多的工程材料，且辅助墩与过渡墩受力趋于协调，还可有效控制辅助墩处地震作用下主梁的横向位移，尤其适用于高地震烈度地区。
附图说明
图1是本发明的外边跨无斜拉索的斜拉桥的一个实施例的示意图；
图2是本发明的外边跨无斜拉索的斜拉桥的一个实施例的过渡墩横向连接剖面示意图；
图3是本发明的外边跨无斜拉索的斜拉桥的一个实施例的辅助墩的横向连接剖面示意图；
图4是本发明的外边跨无斜拉索的斜拉桥的一个实施例的桥塔的的横向连接剖面示意图。
具体实施方式
本发明为解决上述技术问题，对于外边跨无斜拉索的斜拉桥，提出一种横向约束体系方案。该体系在桥塔处设置横向刚性约束，在辅助墩处设置横向阻尼约束，在过渡墩处设置横向被动式可变状态约束。
所谓“被动式可变状态”是指在静力及非强震工况下为刚性约束，在强震工况下解除约束、成为自由端。与常规的横向体系相比，本发明能够更有效地控制桥墩下部结构受力及结构位移，更好地协调辅助墩、过渡墩的受力，从而实现经济环保的设计理念。
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，对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明的外边跨无斜拉索的斜拉桥一个实施例的正视示意图。如图1所示，该斜拉桥包括主梁1、桥塔2、辅助墩4、过渡墩5和斜拉索3，所述主梁1由桥塔2、辅助墩4和过渡墩5共同支承。通常，桥塔包括塔柱、上横梁和下横梁(图1中未示出)，每个桥塔通常具有两个塔柱，其分别位各于主梁1的横向的两侧，两个塔柱之间通过上横梁和下横梁连接，上横梁位于主梁1的上方，下横梁位于主梁1的下方。桥塔2通过下横粱支承主粱1。
如图1所示，该实施例的斜拉桥具有两个桥塔2，在该主梁1的纵向方向上，两个辅助墩4分别位于两个桥塔2的两侧，两个过渡墩5位于两个辅助墩4的两侧。斜拉索3连接桥塔2的塔柱与主梁1。由于本发明的约束体系是针对外跨无斜拉索的桥梁，因此所述辅助墩4和所述过渡墩5之间的主梁1部分不通过斜拉索3与桥塔2的塔柱连接。
虽然该实施例实施的是具有两个桥塔的斜拉桥，但是，本发明提出的约束体系同样适用于一个桥塔或两个以上的桥塔的斜拉桥。
图2是上述实施例的过渡墩的横向连接剖面示意图。如图2所示，过渡墩5顶平面上布置有第一竖向支座8，在该实施例中布置有两个，且它们关于桥梁中心线对称。在别的实施方式中，第一竖向支座8的数目也可以是一个或多于两个。
所述第一竖向支座8具备横向解锁功能。也即，所述第一竖向支座8横向承载力在该支座受到的横向剪切力达到其承载力后迅速卸载，不再继续承担横向剪力。
图3是上述实施例的辅助墩的横向连接剖面示意图。如图3所示，辅助墩4的顶平面上布置有第二竖向支座7和横向阻尼装置10。所述辅助墩的墩顶设置阻尼装置下连接座，所述主梁的底部的相应位置设置阻尼装置上连接座，所述下连接座和上连接座分别用于连接所述横向阻尼装置10的两端。横向阻尼装置10的阻尼方向为所述主梁的横向，其两端各有一耳板，一端耳板与主梁的底部的上连接座连接、另一端的耳板与墩顶的下连接座连接。可在墩顶(例如中部位置)设置凹槽，可容纳施工、检修人员进入，作为横向阻尼装置10的安装、检修、维护平台。第二竖向支座7在该实施例中也布置有两个，且它们横向关于桥梁中心线对称。在别的实施方式中，第二竖向支座7的数目也可以是一个或多于两个。
所述横向阻尼装置10可以是现有的各种阻尼装置，例如是液体粘滞阻尼装置、软钢阻尼装置、液压缓冲阻尼装置或粘弹性阻尼装置之一。横向阻尼装置10的接头采用诸如球铰等能适应纵向位移的形式。
图4是上述实施例的桥塔的横向连接剖面示意图。如图4所示，在主梁1与桥塔2的塔柱之间布置有横向支座9，其沿主梁1的横向布置，设置于主梁两外侧面与桥塔塔柱21的内侧面之间，在每个桥塔处，主梁每侧至少有一个。
在主梁1与桥塔2的下横梁22之间布置的第三竖向支座位6，第三竖向支座位6具备横向刚塑性承载力。即当其受到的横向剪力达到其承载力后保持承载力不卸载。第三竖向支座6在该实施例中也布置有两个，且它们关于桥梁中心线对称。在别的实施方式中，第三竖向支座6的数目也可以是一个或多于两个。
以上实施例的斜拉桥的其他结构与现有技术相同，例如其可以包括多个纵向阻尼装置，以改善纵向动力性能，本发明在此不对纵向动力性能相关的内容进行赘述。
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，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 (10)

1.一种外边跨无斜拉索的斜拉桥，包括主梁、桥塔、辅助墩、过渡墩和斜拉索，所述桥塔包括塔柱和下横梁，所述主梁由桥塔、辅助墩、过渡墩共同支承，在该主梁的纵向方向上，所述辅助墩位于桥塔的两侧，所述过渡墩位于辅助墩的两侧，所述斜拉索用于连接桥塔的塔柱与主梁，其特征在于：
所述辅助墩和所述过渡墩之间的主梁部分不通过所述斜拉索与所述桥塔的塔柱连接；
所述过渡墩通过第一竖向支座支承所述主梁，所述第一竖向支座具备横向解锁功能；
所述辅助墩通过第二竖向支座支承所述主梁，且通过横向阻尼装置与所述主梁连接，该横向阻尼装置的阻尼方向为所述主梁的横向；
所述桥塔的下横梁通过第三竖向支座支承所述主梁，且所述主梁与所述桥塔的塔柱之间通过横向支座连接，该横向支座沿所述主梁的横向布置。
2.如权利要求1所述的外边跨无斜拉索的斜拉桥，其特征在于，所述横向阻尼装置为液体粘滞阻尼装置、软钢阻尼装置、液压缓冲阻尼装置或粘弹性阻尼装置中的一种。
3.如权利要求1所述的外边跨无斜拉索的斜拉桥，其特征在于，所述横向阻尼装置的接头为球铰。
4.如权利要求1所述的外边跨无斜拉索的斜拉桥，其特征在于，所述第一竖向支座的横向承载力具有解锁功能，即所述第一竖向支座横向承载力在该支座受到的横向剪切力达到其承载力后迅速卸载，不再继续承担横向剪力。
5.如权利要求1所述的外边跨无斜拉索的斜拉桥，其特征在于，所述第三竖向支座横向的承载力～变形具有刚塑性特征，即所述第三竖向支座横向承载力在该支座受到的横向剪切力达到其承载力后随着变形的增大保持不卸载。
6.如权利要求1所述的外边跨无斜拉索的斜拉桥，其特征在于，所述过渡墩通过两个第一竖向支座支承所述主梁，该两个第一竖向支座横向关于所述主梁的中心轴对称。
7.如权利要求1所述的外边跨无斜拉索的斜拉桥，其特征在于，所述辅助墩通过两个第二竖向支座支承所述主梁，该两个第二竖向支座横向关于所述主梁的中心轴对称。
8.如权利要求1所述的外边跨无斜拉索的斜拉桥，其特征在于，所述每个桥塔的下横梁通过两个第三竖向支座支承所述主梁，该两个第三竖向支座横向关于所述主梁的中心轴对称。
9.如权利要求1所述的外边跨无斜拉索的斜拉桥，其特征在于，所述主梁的一侧通过至少一个所述横向支座连接与所述桥塔的塔柱连接。
10.如权利要求1所述的外边跨无斜拉索的斜拉桥，其特征在于，所述辅助墩的墩顶设置阻尼装置下连接座，所述主梁的底部的相应位置设置阻尼装置上连接座，所述下连接座和上连接座分别用于连接所述横向阻尼装置的两端。
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