CN104594178B - 高扭转刚度的悬索桥 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高扭转刚度的悬索桥，包括主梁、索塔、主缆和吊杆，主缆为一条且位于主梁纵向中心立面，吊杆分布于主梁横向两侧用于通过主缆悬吊主梁，使得主缆、吊杆和主梁形成横截面为空间三角形的结构；本发明利用三角形的稳定性，形成一个类似于三角形箱梁结构，从根本上提高悬索桥的整体扭转刚度和扭转震频，直接提高静风下扭转失稳的临界风速，同时，也可以增大了扭转震频和垂直震频的比例，从而提高了颤震的临界风速，也就保证了较大跨度的悬索桥的安全性；并且，并不增加现有悬索桥的材料和成本，而实际上，主缆为一根，可增加横截面积，并增加吊杆数量和横截面积，进一步增加扭转刚度。

Description

高扭转刚度的悬索桥
技术领域
本发明属于桥梁工程领域，特别涉及一种高扭转刚度的悬索桥。
背景技术
悬索桥是以承受拉力的主缆作为主要承重构件的桥梁，由主缆、索塔、吊杆、主梁为主要部分构成。由于悬索桥可以充分利用材料的强度，并具有用料省、自重轻的特点，因此悬索桥在各种体系桥梁中的跨越能力最大；但悬索桥也同时具有刚度小，在荷载作用下容易产生较大的挠度和振动的问题。
包括悬索桥在内的所有超大跨度大桥设计最需要考虑的问题是风力的影响；而由于悬索桥的结构特点，由于风力产生的扭转力距，则是比垂直力和横向力的影响更为明显的因素。实际上，悬索桥在较小跨度的情况下，桥的扭转强度比较高，除了极不稳定的主梁截面外，一般大桥的截面不会发生由此引起失稳的情况。桥梁在风力的作用下的失稳与其固有的振动频率关系较大；悬索桥的主要震频包括垂直震频(Flexural frequency，fb)和扭转震频(Torsionalfrequency，fT)，当两个震频的比例fT/fb近1.0的时候，就会很容易发生大桥受到的最危险的共震--颤震。
因此，对于较大跨境的悬索桥，希望从桥梁外形上符合空气动力学的理论，减低静风产生的扭转；实际上经过较长时间的积累，桥梁在结构上具有较为合理的外形；较多的应该从根本上提高悬索桥的整体扭转刚度和扭转震频，直接提高静风下扭转失稳的临界风速，同时，也可以增大了扭转震频和垂直震频的比例，从而提高了颤震的临界风速，也就保证了较大跨度的悬索桥的安全性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种高扭转刚度的悬索桥，从根本上提高悬索桥的整体扭转刚度和扭转震频，直接提高静风下扭转失稳的临界风速，同时，也可以增大了扭转震频和垂直震频的比例，从而提高了颤震的临界风速，也就保证了较大跨度的悬索桥的安全性。
本发明的高扭转刚度的悬索桥，包括主梁、索塔、主缆和吊杆，所述主缆为一条且位于主梁纵向中心立面，所述吊杆分布于主梁横向两侧用于通过主缆悬吊主梁，使得主缆、吊杆和主梁形成横截面为空间三角形的结构。
进一步，位于主梁横向同侧的吊杆呈网状结构分布，形成空间桁架结构；
进一步，所述索塔位于主梁横向中部；
进一步，所述索塔为横跨主梁的结构且位于顶部浇筑成一体。
本发明的有益效果是：本发明的高扭转刚度的悬索桥，主缆、吊杆和主梁形成横截面形成空间三角形的结构，替代了现有的位于主梁横向两侧的两排吊杆结构，利用三角形的稳定性，形成一个类似于三角形箱梁结构，从根本上提高悬索桥的整体扭转刚度和扭转震频，直接提高静风下扭转失稳的临界风速，同时，也可以增大了扭转震频和垂直震频的比例，从而提高了颤震的临界风速，也就保证了较大跨度的悬索桥的安全性；并且，并不增加现有悬索桥的材料和成本，而实际上，主缆为一根，可增加横截面积，并增加吊杆数量和横截面积，进一步增加扭转刚度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明桥梁横向截面结构示意图；
图2为图1沿A-A截面图。
具体实施方式
图1为本发明桥梁横向截面结构示意图，图2为图1沿A-A截面图；本实施例的高扭转刚度的悬索桥，包括主梁1、索塔2、主缆3和吊杆4，所述主缆3为一条且位于主梁1纵向中心立面，所述吊杆4分布于主梁横向两侧用于通过主缆悬吊主梁，使得主缆3、吊杆4和主梁1形成横截面为空间三角形的结构；如图所示，主缆3、吊杆4和主梁1形成横截面为空间三角形的结构，图中为能清楚表示三角形结构，每侧仅示出三条吊杆，具体结构在图2中表示；数量；主梁、索塔、主缆和吊杆的结构中，索塔用于固定主缆，主梁通过吊杆悬吊在主缆上，属于悬索桥的结构，在此不再赘述；由于网状吊杆4为类似桁架结构并且通过主缆3、主梁1形成封闭的三角形结构，从而类似于三角形箱梁，大大提高了扭转刚度和扭转震频；针对于三角形来说，扭转惯量Id＝4A2/[Σ(si/ti)]；其中A是三角形的面积，s和t是每边的长度和厚度；
应用上述公式，把分布于一侧的吊杆4理想化成为具有一定刚度的平板；为了要达到提高扭转刚度的目的，网状吊杆的截面面积可以依需要增大，吊杆的重量只是大桥总重量很小一部份，因此吊杆面积几倍增加依然对主体重量没有较大影响。
本实施例中，位于主梁1横向同侧的吊杆4呈网状结构分布，形成空间桁架结构；即一侧的吊杆4分布呈网状，呈网状分布的吊杆形成空间桁架结构，且形成较多的稳定的三角形，进一步增加结构的整体扭转刚度和扭转震频，使得一侧的吊杆组成更为接近钢板的一片桁架，两片桁架顶部通过主缆固连相抵，下部悬吊主梁，进一步接近三角形箱梁结构；使得悬索桥整体扭转刚度除主梁的刚度和主缆的刚度外，还加上了整体结构的刚度，即：
K总和＝K主梁+K主缆+K整体
基本上利用同样的材料，只改变了结构的形式，却大大增加了大桥的扭转刚度，从而使更大跨度的悬索桥变为可能。
本实施例中，所述索塔2为横跨主梁1的结构且位于顶部浇筑成一体，如图所示，索塔2用于横跨主梁1的塔臂由下向上且横向向内倾斜并浇注成一体，图中还显示出由下向上逐渐增厚的结构；横跨主梁1的索塔2结构具有较高的横向稳定性，作为桥梁的基础，还利于保持主缆、吊杆和主梁形成横截面为空间三角形的整体稳定性，进一步提高整体的扭转刚度和扭转震频；当然，所述索塔2也可位于主梁横向中部，直接针对主缆3设置，也能实现发明目的，但对于三角形结构的稳定性影响有不同。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种高扭转刚度的悬索桥，其特征在于：包括主梁、索塔、主缆和吊杆，所述主缆为一条且位于主梁纵向中心立面，所述吊杆分布于主梁横向两侧用于通过主缆悬吊主梁，使得主缆、吊杆和主梁形成横截面为空间三角形的结构；
位于主梁横向同侧的吊杆呈网状结构分布，形成空间桁架结构；所述索塔位于主梁横向中部；所述索塔为横跨主梁的结构且位于顶部浇筑成一体。
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