CN104532733B - 鱼脊梁结构的部分斜拉桥 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种鱼脊梁结构的部分斜拉桥，包括：一主梁、若干桥塔，各所述桥塔的锚固端或鞍座区设于所述主梁上，若干设置于所述主梁与所述桥塔之间的斜拉索，部分斜拉桥还包括若干与所述桥塔一一对应的立墙，所述立墙为鱼脊墙，主梁为等高箱式桥面板，各所述桥塔的柱杆均嵌置于对应的所述鱼脊墙内，并且各所述桥塔的柱杆顶部从所述鱼脊墙中伸出，各所述斜拉索的一端张拉并锚固于所述主梁，另一端锚固于所述桥塔的顶部或连续通过鞍座区。采用本发明，不仅具有传统部分斜拉桥的所有优点，而且桥身的结构刚度大，桥塔受力更为合理，鱼脊墙身兼桥塔的功能，截面大，压弯性能更优。

Description

鱼脊梁结构的部分斜拉桥

技术领域

本发明涉及一种斜拉桥，特别涉及一种鱼脊梁结构的部分斜拉桥。

背景技术

部分斜拉桥是具有非常柔性加劲梁的斜拉桥和梁高非常高的梁式桥之间的一种过渡性的桥梁，梁高位于它们之间，斜拉索较正规斜拉桥少，且主塔较矮。该桥型具有斜拉桥和梁式桥的双重特性，因此称之为“部分斜拉桥”，也就是说在结构总体抗力中斜拉索只起部分作用而不是全部作用，其“部分”的程度与斜拉索刚度和加劲梁刚度的比值有关。

一般来讲，连续梁以受弯、受剪来承受竖向荷载，斜拉桥以梁的受压和索的受拉来承受竖向荷载，而部分斜拉桥由于采用了拉索的形式，如图1所示，部分斜拉桥通过索40、塔30的高度将体外预应力筋移出梁体10，使其与梁体10形成了一个水平夹角。一方面，通过水平方向的分力形成偏心弯矩来帮助梁体10受力，起到了预应力筋的作用；另一方面，通过竖直方向的分力抵消了梁体的重力，在梁体10上形成了许多弹性支点，减小了梁体的“跨度”，起到了斜拉索的作用，所以它以梁的受弯、受压和索的受拉来承受竖向荷载。另外，其适用跨度也介于梁式桥和斜拉桥之间。

然而，目前传统部分斜拉桥因其结构特性，却存在以下问题：

控制建筑高度的梁高较柔性加劲梁的正规斜拉桥高，对于建筑梁高有受限要求(如通航要求、接线要求、桥长要求)的桥梁总体布置，比如，如需增大跨径，必须先增加桥梁的梁高，这样就势必要增加引桥的长度及相应的工程造价等，且不利与横向规划道路工程的衔接。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供一种受力性能优越，且建筑控制高度小的鱼脊梁结构的部分斜拉桥，其包括：一主梁、若干桥塔，各所述桥塔的锚固端或鞍座区设于所述主梁上，及若干设置于所述主梁与所述桥塔之间的斜拉索，其特征在于，所述部分斜拉桥还包括若干与所述桥塔一一对应的立墙，所述立墙为鱼脊墙，所述主梁为等高箱式桥面板，各所述桥塔的柱杆均嵌置于对应的所述鱼脊墙内，并且各所述桥塔的柱杆顶部从所述鱼脊墙中伸出，各所述斜拉索的一端张拉并锚固于所述主梁，另一端锚固于所述桥塔的顶部或连续通过鞍座区。

本方案在桥面上增加鱼脊墙作为主受力构件，是对传统大跨变高度预应力混凝土连续梁桥型的一种突破与改进。另外，本方案不仅具有传统部分斜拉桥的所有优点，而且桥身的结构刚度大，桥塔受力更为合理，桥梁横断面由等高箱式桥面板和变高鱼脊墙两部分组成，负弯矩处呈受力合理的倒T形，鱼脊墙身兼桥塔的功能，截面大，压弯性能更优。

在一些实施例中，所述鱼脊墙的形状呈等腰三角形。

在一些实施例中，所述鱼脊梁结构的部分斜拉桥为双塔三跨式鱼脊梁结构的部分斜拉桥，所述部分斜拉桥的桥塔的数量为两个，所述部分斜拉桥的跨径数量为三个。本方案是根据实际工程和受力等需要确定的。

在一些实施例中，所述鱼脊梁结构的部分斜拉桥为多塔多跨式鱼脊梁结构的部分斜拉桥，所述部分斜拉桥的桥塔的数量为多个，所述部分斜拉桥的跨径的数量为多个。同上，本方案是根据实际工程和受力等需要确定的。

在一些实施例中，所述鱼脊墙为沿所述等高箱式桥面板的横断面的中部设置的单片鱼脊墙。

在一些实施例中，所述鱼脊墙包括两片分别设置在所述等高箱式桥面板的两侧的鱼脊墙。

在一些实施例中，所述鱼脊墙包括三片沿横桥向为同高度的鱼脊墙，三片所述鱼脊墙沿横桥向等间隔地设置于所述主梁上。本实施例中的横桥向是指沿所述部分斜拉桥的横断面方向。

在一些实施例中，所述部分斜拉桥的鱼脊墙包括三片沿横桥向为不同高度的鱼脊墙，三片所述鱼脊墙沿横桥向等间隔地设置于所述主梁上。本实施例中的横桥向是指沿所述部分斜拉桥的横断面方向。

在一些实施例中，所述鱼脊墙与所述等高箱式桥面板为一体成型的混凝土结构。全混凝土结构，养护方便。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实施例。

本发明的有益效果：

本发明采用组合的鱼脊梁除了具备传统大跨混凝土梁的优点外，还具有以下优点：

1)、有利于工程总体布置：

大幅度减少了纵断面设计控制高度，从而大大减小了引桥的长度，减少了工程规模。

2)、受力性能优异

主梁横断面由等高箱式桥面板和变高鱼脊墙两部分组成，负弯矩处呈受力合理的倒T形，鱼脊墙可根据受力要求加高，主要受力的预应力钢束被封闭浇筑在鱼脊墙内，提高结构刚度和截面抗弯抗剪效率。

3)、耐久性能良好：

结构的特点解决了传统的大跨变高度混凝土连续梁桥运营期间下挠开裂的隐患。

4)、建筑构成良好：

鱼脊轮廓与结构力线吻合，非常合理，体现了利用结构自身美的设计理念。特别适合跨度大、通航净高低的桥跨布置总体要求。

其次，鱼脊墙与桥塔、斜拉索组合成鱼脊梁结构的部分斜拉桥梁后，还具有以下优点：

1)、具有传统部分斜拉桥的所有优点；

2)、建筑控制高度小，主梁采用等高度梁。适用某些需要小的建筑控制高度桥梁布置的需求；

3)、结构刚度大，这是因为鱼脊的高度可以不受功能布置的限值，能达到比采用传统部分斜拉桥更大的跨度。

4)、桥塔受力更为合理，鱼脊墙身兼桥塔的功能，截面大，压弯性能更优。

5)、景观设计更多样化，桥面以上虚实结合，有更多的造型设计想象空间。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1为传统部分斜拉桥的立面布置示意图。

图2为本发明双塔三跨式鱼脊梁结构的部分斜拉桥的立面方向结构图。

图3为本发明多塔多跨式鱼脊梁结构的部分斜拉桥的立面方向结构图。

图4a为横断面方向上的单片鱼脊墙和桥塔的布置结构图。

图4b为横断面方向上的双片鱼脊墙和桥塔的布置结构图。

图4c为横断面方向上的三片横桥向同高度鱼脊墙和桥塔的布置结构图。

图4d为横断面方向上的三片横桥向不同高度鱼脊墙和桥塔的布置结构图。

图5a为本发明采用组合的某鱼脊连续梁三种工况下的最大悬臂状态弯矩测试效应图。

图5b为本发明采用组合的某鱼脊连续梁三种工况下的最大悬臂状态剪力测试效应图。

图6a为传统部分斜拉桥采用组合的传统连续梁三种工况下的最大悬臂状态弯矩测试效应图。

图6b为传统部分斜拉桥采用组合的传统连续梁三种工况下的最大悬臂状态剪力测试效应图。

附图标记说明：

传统部分斜拉桥：

梁体10、塔30、索40

本发明：

主梁1、鱼脊墙2、桥塔3、斜拉索4、

自重工况5、预应力工况6、自重+预应力工况7

具体实施方式

下面举几个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。

实施例1

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：如图2所示，本实施例提供的鱼脊梁结构的部分斜拉桥为双塔三跨式鱼脊梁结构的部分斜拉桥，其包括：一主梁1、若干锚固端或鞍座区架设于所述主梁1上的桥塔3、若干与所述桥塔3数量一一对应的立墙，及若干设置于所述主梁与所述桥塔之间的斜拉索4，本实施例中的所述立墙为鱼脊墙2，所述主梁1为等高箱式桥面板，各所述桥塔3的柱杆均垂直嵌置于对应的所述鱼脊墙内，并且各所述桥塔3的柱杆顶部从所述鱼脊墙中伸出，每根所述斜拉索4的一端张拉并锚固于所述主梁1，各所述斜拉索的另一端锚固于所述桥塔3的顶部或在索塔上连续通过鞍座区。

本实施例中的部分斜拉桥的桥塔的数量为两个，所述部分斜拉桥的跨径数量为三个。

如图2所示，主梁1的横断面为等高箱式桥面板，鱼脊墙2可以是变高鱼脊墙，这样可以在桥梁的负弯矩受力处呈合理的倒T形，而且鱼脊墙2可根据受力要求加高，主要受力的预应力钢束被封闭浇筑在鱼脊墙2内，大大提高了结构刚度和截面抗弯抗剪效率。

部分斜拉桥是介于传统连续梁和斜拉桥之间的半柔性梁，因而它兼有传统连续梁和斜拉桥的优点。当跨度超过梁式桥适用跨度而采用斜拉桥又不经济或刚度不够时，部分斜拉桥正好发挥它的跨度优势：

1)和同跨度传统连续梁桥相比，可压缩梁体建筑高度，缩短引桥长度，从而减小桥梁全长

2)减小桥塔高度，塔身结构简单，施工方便。

3)有利于提高斜拉索的抗疲劳性能。由于部分斜拉桥的斜拉索应力变动幅度较低，故可提高斜拉索的抗疲劳性能。这一特性对铁路桥梁尤为重要。

4)施工有一定的优越性。与等截面连续梁相比，可以利用一定的斜索进行伸臂架设。与变截面连续梁相比，斜拉索可以代替中间支点处的截面增高来满足伸臂架设的需要。与斜拉桥相比，可以减少桥塔与斜拉索的工作量。

本实施例的鱼脊结构的部分斜拉桥不仅具有传统部分斜拉桥的所有优点，而且桥身的结构刚度大，桥塔受力更为合理，主梁横断面由等高箱式桥面板和变高鱼脊墙两部分组成，负弯矩处呈受力合理的倒T形，鱼脊墙身兼桥塔的功能，截面大，压弯性能更优。

根据实际工程和受力等需要，跨径、跨数、桥塔数和拉索数量等均不受限制。

实践中，根据车道位置不同，鱼脊梁结构的部分斜拉桥可以是多塔、双塔或单塔与主梁的组合结构。

本发明针对传统部分斜拉桥存在的问题，采用一种新颖的梁式桥(鱼脊梁桥)替代传统变截面连续梁桥，与桥塔和斜拉索组合，形成一种新式桥型——鱼脊梁结构的部分斜拉桥梁，其具有以下优点：

1)、鱼脊连续梁具有比传统连续梁更明显的优点：

A)建筑控制高度小，梁可采用等高度梁。适用某些需要小的建筑控制高度桥梁布置的需求。

如主跨158m的鱼脊梁结构较同跨度传统变高度连续梁，可大幅减少纵断面设计控制高度约4～5m，全桥总长度减少约30％，减少工程投资约2190万元。同时可减少与后期规划道路衔接工程投资达8000万元以上。

B)较佳的受力性能，可达到更大的跨度

鱼脊连续梁的钢束重心至结构下缘距离更加大，材料提供的抗弯能力效率更高。鱼脊连续梁多数截面组合的剪力方向与自重效应相反并留较大储备，抵抗由于剪切徐变引起的持续下挠性能优于一般传统连续梁。

C)结构刚度大，这是因为鱼脊的高度可以不受功能布置的限制，能达到比采用传统的部分斜拉桥更大的跨度。

以本发明为例，假如本发明采用组合的鱼脊梁(主跨158m)支点总体梁高18.5m，高跨比1/8.5，跨中梁高3.5m，则高跨比为1/45。且活载作用下最大挠度计算值3.8cm，为计算跨径的1/4157，远小于规范限值，结构刚度非常大。

根据有关资料研究，徐变总挠度与初始弹性挠度(自重+预应力)成正比，只要在结构设计中有效控制了初始弹性挠度的绝对值在一个很小范围内，那么混凝土徐变总挠度值也就不大，这样由于弯曲引起的大跨梁桥持续下挠将得到有效控制。

2)、桥塔受力更为合理，鱼脊墙身兼桥塔的功能，截面大，压弯性能更优。

3)、景观设计更多样化，桥面以上虚实结合，有更多的造型设计想象空间。

实施例2

根据实际工程和受力等需要，本实施例提供一种多塔多跨式鱼脊梁结构的部分斜拉桥。

图3为多塔多跨式鱼脊梁结构的部分斜拉桥的立面方向结构图。

如图3所示，本实施例中的部分斜拉桥的桥塔3的数量为多个，所述部分斜拉桥的跨数为多个。

本实施例中的鱼脊墙2、桥塔3、主梁1的结构、及斜拉索4与桥塔3、主梁1的连接方式均与实施例1中完全相同。

实施例3

根据实际工程和受力等需要，本实施例中的部分斜拉桥的鱼脊墙为单片鱼脊墙。

图4a为横断面方向上的单片鱼脊墙和桥塔的布置结构图。如图4a所示，所述单片鱼脊墙设置于所述主梁1的横断面的中部。

本实施例中的鱼脊墙2、桥塔3、主梁1的结构、及斜拉索4与桥塔3、主梁1的连接方式均与实施例1中完全相同。

实施例4

根据实际工程和受力等需要，本实施例中的部分斜拉桥的鱼脊墙包括双片鱼脊墙。

图4b为横断面方向上的双片鱼脊墙和桥塔的布置结构图。如图4b所示，横断面上，两片鱼脊墙分别设置在所述主梁1的两侧。

本实施例中的鱼脊墙2、桥塔3、主梁1的结构、及斜拉索4与桥塔3、主梁1的连接方式均与实施例1中完全相同。

实施例5

根据实际工程和受力等需要，本实施例中的部分斜拉桥的鱼脊墙包括三片横桥向为相同高度的鱼脊墙。这里的横桥向指的是沿所述部分斜拉桥的横断面方向。

图4c为横断面方向上的三片沿横桥向为相同高度的鱼脊墙和桥塔3的布置结构图。如图4c所示，横断面上，三片鱼脊墙等间隔地设置于所述主梁1的横断面上，各所述鱼脊墙2的高度及变化规律相同。

本实施例中的鱼脊墙2、桥塔3、主梁1的结构、及斜拉索4与桥塔3、主梁1的连接方式均与实施例1中完全相同。

实施例6

根据实际工程和受力等需要，本实施例中的部分斜拉桥的鱼脊墙为三片横桥向为不同高度的鱼脊墙。这里的横桥向指的是沿桥的横断面方向。

图4d为横断面方向上的三片不同高度的鱼脊墙和桥塔的布置结构图。如图4d所示，横断面上，所述三片横桥向为不同高度的鱼脊墙等间隔地设置于所述主梁1上，各所述鱼脊墙2的高度及变化规律不相同。其中，两侧的鱼脊墙2等高，中央的鱼脊墙2略高。

本实施例中的鱼脊墙2、桥塔3、主梁1的结构、及斜拉索4与桥塔3、主梁1的连接方式均与实施例1中完全相同。

效果对比实施例7

鱼脊梁结构的部分斜拉桥实质上是对传统部分斜拉桥采用组合的预应力混凝土梁桥的一种改进，其在桥墩处的加高部分是倒置在道路路面上方，而不是下面。

大跨径预应力混凝土鱼脊梁桥的力学特性主要表现在：传统大跨径混凝土连续梁桥开裂下挠是一个十分复杂的问题，影响因素也特别多，国内工程界已从不同的领域采用过不同的方法进行过不少研究，一般认为下挠与关键截面的预应力度及初始剪力相关，开裂与面内主应力相关。一般的箱梁通过增加钢束、布置弯起钢束、加强竖向预应力、加强板内钢筋等手段，但解决手段的有效性不高。

鱼脊梁结构采用鱼脊墙内布置预应力钢束，偏心距大，提供的预弯矩及预剪力大，还有效解决了大跨混凝土梁的开裂下挠问题。

下面通过最大悬臂状态下一座鱼脊梁结构部分斜拉桥采用组合的鱼脊连续梁与一座传统部分斜拉桥采用组合的传统连续梁的内力比较，以对比两者预应力效应的区别。如图5a～5b，及图6a～6b所示，选用三种工况下，即自重工况5；预应力工况6；自重+预应力工况7进行测试对比：

根据图5a～5b，及图6a～6b所示，最大悬臂状态下，两者的弯矩图基本一致，自重与预应力作用下，中墩处均保留了较大的正弯矩供后续的工况受力。对于鱼脊连续梁桥而言，钢束重心至结构下缘距离更加大，材料提供的抗弯能力效率更高。

但两者的剪力图有一定的差异，根据图5a～5b，及图6a～6b鱼脊连续梁桥预应力与自重产生的剪力效应比(剪力图面积比)约175.7％，多数截面最大悬臂状态下，组合的剪力方向与自重效应相反并留较大储备；某传统连续梁桥预应力与自重产生的剪力效应比约24％，组合剪力的方向与自重剪力方向一致且数值较大。

由此可以说明两者结构的剪切徐变性能是不一样的，鱼脊结构的梁桥抵抗由于剪切徐变引起的持续下挠性能远优于一般传统连续梁桥。

以上详细描述了本发明的各较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种鱼脊梁结构的部分斜拉桥，其包括：一主梁、若干桥塔，所述主梁上设有锚固端用于安装斜拉索，所述桥塔上设有锚固端或鞍座区用于安装斜拉索；及若干设置于所述主梁与所述桥塔之间的斜拉索，其特征在于，所述鱼脊梁结构的部分斜拉桥还包括若干与所述桥塔一一对应的立墙，所述立墙为鱼脊墙，所述主梁为等高箱式桥面板，各所述桥塔的柱杆均嵌置于对应的所述鱼脊墙内，并且各所述桥塔的柱杆顶部从所述鱼脊墙中伸出，各所述斜拉索的一端张拉并锚固于所述主梁，另一端锚固于所述桥塔的顶部或连续通过鞍座区。

2.如权利要求1所述鱼脊梁结构的部分斜拉桥，其特征在于，所述鱼脊梁结构的部分斜拉桥为双塔三跨式鱼脊梁结构的部分斜拉桥，所述部分斜拉桥的桥塔的数量为两个，所述鱼脊梁结构的部分斜拉桥的跨径数量为三个。

3.如权利要求1所述鱼脊梁结构的部分斜拉桥，其特征在于，所述鱼脊梁结构的部分斜拉桥为多塔多跨式鱼脊梁结构的部分斜拉桥，所述鱼脊梁结构的部分斜拉桥的桥塔的数量为多个，所述鱼脊梁结构的部分斜拉桥的跨径的数量为多个。

4.如权利要求1所述鱼脊梁结构的部分斜拉桥，其特征在于，所述鱼脊墙为沿所述等高箱式桥面板的横断面的中部设置的单片鱼脊墙。

5.如权利要求1所述鱼脊梁结构的部分斜拉桥，其特征在于，所述鱼脊墙包括两片分别设置在所述等高箱式桥面板的两侧的鱼脊墙。

6.如权利要求1所述鱼脊梁结构的部分斜拉桥，其特征在于，所述鱼脊墙包括三片沿横桥向为同高度的鱼脊墙，三片所述鱼脊墙等间隔地设置于所述主梁的横断面上。

7.如权利要求1所述鱼脊梁结构的部分斜拉桥，其特征在于，所述鱼脊墙包括三片沿横桥向为不同高度的鱼脊墙，三片所述鱼脊墙沿横桥向等间隔地设置于所述主梁上。

8.如权利要求1～7中任意一项所述的部分斜拉桥，其特征在于，所述鱼脊墙与所述等高箱式桥面板为一体成型的混凝土结构。