CN106284049B

CN106284049B - 塔锚合一悬索桥

Info

Publication number: CN106284049B
Application number: CN201610850642.XA
Authority: CN
Inventors: 谢肖礼; 邓小康; 付元杰; 覃霞
Original assignee: Guangxi University
Current assignee: Guangxi Hengzheng Construction Engineering Quality Inspection Co.,Ltd.
Priority date: 2016-09-26
Filing date: 2016-09-26
Publication date: 2018-04-27
Anticipated expiration: 2036-09-26
Also published as: CN106284049A

Abstract

本发明公开一种塔锚合一悬索桥，主要由主缆、吊索、索塔、水平杆和主梁组成。主缆依次绕过塔顶、水平杆、塔底，最终锚固在悬索桥两边的索塔之间。塔锚合一悬索桥与传统悬索桥的索塔形式有较大的差别，索塔的偏心线为曲线，可使背索绕塔转动时，对塔不产生弯矩；其宽度线为曲线，可保证材料能得到充分利用。在保持传统地锚悬索桥跨径的前提下，本发明可去掉体积庞大的锚碇，塔基与锚碇合二为一，减少了连接锚碇的主缆的计算长度，使主缆在恒载作用下应力和振幅减小，主缆水平张力可由基础反力和主梁轴力共同平衡，基础受力为斜向下。塔锚合一悬索桥受力更为合理，在保证结构安全、经济、耐久性的前提下，更容易做到力与美的统一。

Description

塔锚合一悬索桥

技术领域

本发明属于一种悬索桥，具体涉及了一种塔锚合一悬索桥。

背景技术

悬索桥结构具有受力性能好、跨越能力大、轻巧美观、抗震能力强、结构形式多样及对地形适应能力好等特点，在许多跨越大江大河、高山峡谷、海湾港口等交通障碍物时，往往作为首选的桥型。因此，人们也设计出了多种悬索桥结构。如中国专利申请号为201510012845.7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；其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。又如中国专利申请号为200920043292.1公开了一种自锚式悬索桥，包括索塔基础、索塔、索鞍、主梁、主缆和吊杆，所述主梁中设有在空钢管中灌注混凝土而形成的钢管混凝土组合构件；采用钢管混凝土主梁，不仅可以降低造价，而且施工方便，可以明显加快施工进度。再如中国专利申请号为201120102496.5公开了一种桥梁结构，包括有行车道梁、桥塔、锚碇、承重主缆，其特征是，承重主缆由一根主索和多根次索组合而成，自索塔开始，间隔一定距离将数根次索从承重主缆上分离，与车道梁连接，在承重主缆上的次索分离处设有分缆器。承重主缆由次索与主索构成，并用夹具组合在一起；分缆器具有次索从承重主缆分离形状的内腔，并且有紧固装置，能固定在承重主缆上；其结构能够优化悬索桥承重主缆的应力，节约材料。

但是在一般常规式的地锚式悬索桥，需要建造体积庞大的锚碇来锚固主缆，这就造成在地质情况差的地方，锚碇结构的基础工程量非常大，往往成为工程的难点；地锚式悬索桥锚碇和锚碇基础占有工程造价的相当可观部分，成为影响悬索桥结构经济性的重要方面；在城市地区或旅游区，修建体积庞大的锚碇，对环境美观也会产生负面影响。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的一些不足，提供了一种塔锚合一悬索桥，主要由主缆、吊索、索塔、水平杆和主梁组成。水平杆与索塔垂直相交，与桥面同高时，可作为引桥的一部分，主缆依次绕过塔顶、水平杆、塔底，最终锚固在斜柱底或水平杆上。塔锚合一悬索桥与传统悬索桥的索塔形式有较大的差别，索塔的偏心线为曲线，可使背索绕塔转动时，对塔不产生弯矩；其宽度线为曲线，可保证材料能得到充分利用。在保持传统地锚悬索桥跨径的前提下，本发明可去掉体积庞大的锚碇，塔基与锚碇合二为一，减少了连接锚碇的主缆的计算长度，使主缆在恒载作用下应力和振幅减小，主缆水平张力可由基础反力和加劲梁轴力共同平衡，基础受力为斜向下。塔锚合一悬索桥受力更为合理，在保证结构安全、经济、耐久性的前提下，更容易做到力与美的统一。

本发明采取以下技术方案实现上述目的：

一种塔锚合一悬索桥，主要由主缆、吊索、索塔、水平杆和主梁组成；所述的吊索均匀布置在主缆和主梁之间；所述的水平杆与索塔垂直相交；所述的索塔的底部浇筑有索塔基础，并且在索塔基础的底部设有转向块Ⅱ；在索塔的顶部设有索鞍；所述的水平杆端部设有转向块Ⅰ；所述的主缆的端部依次绕过索塔顶部的索鞍、水平杆端部的转向块Ⅰ、索塔基础底部的转向块Ⅱ，其锚固位置最终位于悬索桥两边的索塔之间；

根据主缆端部的锚固位置，有如下设计：

设计一，还设有斜柱；所述的斜柱的底部浇筑斜柱基础；所述的水平杆、斜柱分别设在索塔的两侧，斜柱为二力杆，并且水平杆、索塔和斜柱有一个共同交点；所述的水平杆的末端增设辅助墩Ⅱ，辅助墩Ⅱ底部浇筑辅助墩Ⅱ基础；所述的主缆端部最终锚固在斜柱基础上；所述的主梁与索塔连接方式为固接或铰接时，主缆水平张力由索塔基础、斜柱基础和主梁的轴力共同平衡；

设计二，还设有斜柱；所述的水平杆连接索塔，并与主梁连接，同时在水平杆的两端分别增设辅助墩Ⅱ、辅助墩Ⅰ；所述的斜柱为二力杆，设在索塔内侧，并且水平杆、索塔和斜柱有一个共同交点；所述的辅助墩Ⅱ底部浇筑辅助墩Ⅱ基础；所述的斜柱的底部和辅助墩Ⅰ的底部相交，并且浇筑共用基础；所述的主缆端部最终锚固在增设辅助墩Ⅰ的水平杆端部上；所述的主梁与水平杆连接方式为固接或铰接时，主缆水平张力可由索塔基础、共用基础和主梁的轴力共同平衡；

设计三，所述的水平杆连接索塔，并与主梁连接，同时在水平杆的两端分别增设辅助墩Ⅱ、辅助墩Ⅰ；所述的辅助墩Ⅱ、辅助墩Ⅰ的底部分别浇筑辅助墩Ⅱ基础、辅助墩Ⅰ基础；所述的主缆端部最终锚固在增设辅助墩Ⅰ的水平杆端部上；所述的主梁与水平杆连接方式为固接或铰接时，主缆水平张力可由索塔基础和主梁的轴力共同平衡；

设计四，所述的水平杆设在索塔的外侧，所述的水平杆的末端增设辅助墩Ⅱ，辅助墩Ⅱ底部浇筑辅助墩Ⅱ基础；在索塔的内侧设有支撑主梁的辅助墩Ⅲ，并且用混凝土将桥面以下的索塔和辅助墩Ⅲ浇筑为一个整体，和索塔基础一起作为索塔塔基；所述的主缆端部最终锚固在索塔塔基内侧；所述的主梁与索塔连接方式为固接或铰接时，主缆水平张力可由索塔基础和主梁的轴力共同平衡。

在本发明中，作用于主梁上的荷载遵循以下传力路径：主梁→吊索→主缆→索塔→水平杆→索塔基础→绕回两主塔之间。

本发明进一步说明，在主缆端部的锚固处设置散索鞍。

本发明进一步说明，所述的索塔的偏心线为曲线，可以使背索绕索塔转动时，对索塔不产生弯矩；所述的索塔的宽度为曲线，可保证材料能得到充分利用；索塔顶部的左右两端面与主缆分别形成的内夹角α和β，主缆以β角自由绕过索塔的塔顶，减小了背索长度。

本发明进一步说明，所述的水平杆的安装高度为h，即水平杆至索塔基础的竖直距离；所述的索塔的高度为H，即索塔塔顶至索塔基础的竖直距离；在不考虑杆件自重情况下，当由辅助墩Ⅱ承担主缆向下的竖向分力，所述的水平杆只受轴向压力；当所述的水平杆只受轴向压力；当由辅助墩Ⅱ承担主缆向上的竖向分力，所述的水平杆只受轴向压力；所述的水平杆根据β角调整长度。

本发明进一步说明，所述的索塔的轴线垂直地面时，且所述的索塔顶部的左右两端面与主缆分别形成的内夹角α和β相等时，所述的索塔轴心受压，其合力竖直向下。

本发明进一步说明，所述的水平杆采用钢结构格构柱形式或者钢箱或者混凝土箱型做成。

本发明进一步说明，所述的索塔基础受力为斜向下，通过适当的结构布置和采用明挖基础方式，在设计一中，可以使索塔基础和辅助墩Ⅱ基础、斜柱基础浇筑为一个整体基础；在设计二中，可以使索塔基础和辅助墩Ⅱ基础、共用基础浇筑为一个整体基础；在设计三中，可以使索塔基础和辅助墩Ⅱ基础、辅助墩Ⅰ基础浇筑为一个整体基础。

本发明进一步说明，所述的主梁参与分担主缆水平分力时，若所述的主梁为钢管混凝土结构，可利用所述的主梁轴力给主梁施加预应力。

本发明进一步说明，所述的水平杆既是作为桥面的一部分，亦是锚梁。当索塔较高时，所述的水平杆可与桥面高度不一致。

在本发明中，地质状况较好时，可直接采用浅基础；地质状况一般时，在索塔底部打桩；地质状况较差时，需做成由许多根打入或沉入土中的桩和连接桩顶的承台所构成的基础；

在本发明中，主缆是这个体系的主要承重构件，主要承受拉力；吊索起连接主梁和主缆的作用，仅为传递荷载的构件，主梁、桥面系及活载等荷载通过吊索传给主缆；索塔起支撑主缆的作用，主要承受压力；水平杆将索力传给索塔，索塔将力传至基础。

本发明的优点：

本桥在保持传统地锚悬索桥跨径的前提下，塔锚合一悬索桥不需要体积庞大的锚碇，主缆水平张力由基础反力和加劲梁轴力共同平衡，基础受力为斜向下，通过适当的结构布置和采用明挖基础，还可以使塔的基础和其它基础合二为一。塔锚合一悬索桥与传统悬索桥的主塔形式有较大的差别；所提出的主塔合理偏心线可使背索绕塔转动时，对塔不产生弯矩；所导出的合理宽度曲线可保证材料能得到充分利用。

1.本发明作为一种新体系悬索桥，其不需要巨大锚碇，施工方便，工期短，具有更好的经济性。

2.合理偏心线将主塔截面改造成狭长的矩形，截面惯性矩增大，从而提高了截面的抗弯刚度，因此内锚悬索桥在移动荷载及温度荷载作用下，其塔顶位移和传统地锚悬索桥相比会有所减小。

3.本发明的主缆水平张力可由基础反力和加劲梁轴力共同平衡，基础受力为斜向下，通过适当的结构布置和采用明挖基础，还可以使塔的基础和辅助墩、斜柱基础的基础合为一个基础。

4.索塔基础和承压辅助墩基础采用明挖基础时，可以同时开挖，施工方便，经济性好。

5.在主塔内侧增设置斜柱时，可增加主塔的侧向刚度。

6.由于水平杆将主缆分为上下两部分，与传统地锚悬索桥相比，减少了连接锚碇段主缆的计算长度，从而减小了恒载作用下主缆的应力及振幅，同时节约了背索索长。

附图说明

图1中本发明中实施例1的立面图。

图2中本发明中实施例2的立面图。

图3中本发明中实施例3的立面图。

图4中本发明中实施例4的立面图。

图5-图14是本发明塔锚合一悬索桥的受力分析图。

附图标记：1-主缆；2-吊索；3-索塔；4-辅助墩Ⅱ；5-水平杆；6-主梁；7-斜柱；8-索塔基础；9-辅助墩Ⅱ基础；10-斜柱基础；11-索鞍；12-转向块Ⅰ；13-转向块Ⅱ；14-散索鞍；15-辅助墩Ⅰ；16-共用基础；17-辅助墩Ⅰ基础。

具体实施方式

结合图5-图14对本发明的力学原理进行说明：

1.力学原理

为方便分析悬索桥的受力特征，忽略水平杆、斜柱及辅助墩自重，如图5所示，各符号意义如下所示：

S---主缆张力； G_t---索塔重力；

G₁,G₂,G₃---基础重力； X₁,Y₁,X₂,Y₂,Y₃---地基反力；

N_1z---上部索塔轴力； Q_1z---上部索塔剪力；

N_2z---下部索塔轴力； Q_2z---下部索塔剪力；

N₃---BC段水平杆轴力； N₄---CD段水平杆轴力；

N₅---辅助墩Ⅰ轴力； N₆---辅助墩Ⅱ轴力；

N_c---斜柱轴力； N_b---主梁轴力；

α,β，θ，γ，τ---如图5所示； L---索塔塔顶长边；

A---索塔面积。

1)地基反力

如图7所示，由水平方向合力平衡可知：

X₂＝N_c cosτ-S (1)

如图8所示，由竖向合力平衡可知：

Y₂＝G₂+N_c sinτ+Ssinθ (2)

如图6所示，由竖向合力平衡可知：

Y₃＝G₃+S(cosγ-cosβ) (3)

式中

上式中的e如图12所示。如图5所示，由水平和竖向合力平衡可知：

X₁＝S(sinα+1)-N_b-N_c cosτ (5)

Y₁＝G₁+G_t+S(cosα-sinθ+cosβ-cosγ)-N_c sinτ (6)

地基反力可由式(1)、式(2)、式(3)、式(5)、式(6)求出。

2)水平杆和辅助墩的轴力

如图9所示，由水平和竖向合力平衡可知：

N₃＝S(sinβ+sinγ) (7)

N₆＝S(cosτ-cosβ) (8)

如图10所示，由水平和竖向合力平衡可知：

N₄＝Scosθ+N_b (9)

N₅＝Ssinθ (10)

水平杆轴力可由式(7)、式(9)求出；辅助墩轴力可由式(10)、式(8)求出。

3)索塔内力、偏心曲线、宽度曲线

(1)索塔内力

如图11所示，根据水平和竖向合力平衡，可分别求出上部索塔z位置的内力如下：

Q_1z＝S(sinα-sinβ) (11)

如图12所示，同理可求出下部索塔内力为：

Q_2z＝S(sinα+sinγ-cosθ)-N_b-N_c cosτ (13)

(2)索塔偏心曲线

如图13所示，将上部索塔分成n段，每一段可近似矩形，每段长度为：

因此，

z_i＝iΔ₁,(i＝0,1,…,n) (16)

对第i段的形心取矩，由合力矩为零可推出：

由(17)式可知：

其中

N₁＝S(cosα+cosβ)， (19)

Q₁＝S(sinα-sinβ)， (20)

由式(16)、(18)可求出(x_i，y_i)，以插值多项式P₁(x)近似偏心线f₁(x)，插值条件为：

P₁(x_i)＝f₁(x_i),(i＝0,1,…,n) (22)

假设P₁(x)为：

P₁(x)＝a₁q₁ (23)

式中：

a₁＝(a₀,a₁,…,a_n) (24)

q₁＝(1,x,…,xⁿ) (25)

由式(22)可推出：

aX₁＝Z₁ (26)

式中：

Z₁ ^T＝(z₀,z₁,…,z_n) (28)

由式(26)可推出：

a＝Z₁X₁ ^-1 (29)

由式(29)可求出系数列阵a，从而偏心线f₁(x)可由插值多项式P₁(x)表示为：

P₁(x)＝Z₁X₁ ^-1q₁ (30)

同理，将上部索塔分成m段,下部索塔的坐标迭代式为：

式中

N₂＝S(cosα+sinγ-cosθ)-N_b-N_ccosτ (32)

x₀＝e,z₀＝H-h (37)

上式中的e可由式(17)求。同理，下部索塔的偏心线f₂(x)可由插值多项式P₂(x)表示为：

P₂(x)＝Z₂X₂ ^-1q₂ (38)

式中：

a₂＝(a₀,a₁,…,a_m) (39)

q₂＝(1,x,…,x^m) (40)

Z₂ ^T＝(z₀,z₁,…,z_m) (42)

(3)索塔宽度曲线

如图14所示，保持主塔面积A不变，则有：

[2f₁ ^-1(x)+L]·2|W₁(x)|＝A (43)

由(43)式可知：

设W₁(x)的近似函数为Q₁(x),则有：

同理，下部索塔的宽度曲线W₂(x)的近似函数可表示为：

由式(11)、式(12)式(13)、式(14)可求出上部索塔内力，由式(30)、式(38)可分别求出上部索塔及下部索塔偏心曲线的近似函数，由式(44)、式(46)可分别求出上部索塔及下部索塔宽度线的近似函数。

综上所述，设计二的计算模型有H、h、β、θ、N_c、N_b等基本参数，可根据实际需要设计参数，再按照以上建立的计算式求出结构内力、地基反力、偏心线、宽度线。所导出的偏心线为曲线，可使背索在绕塔转动时，对塔不产生弯矩；所导出的宽度线为曲线，可保证材料得到充分利用。以上仅分析了设计二的力学原理，其他三种设计可类似按上述方分析。

下面结合附图和实施例对本发明的结构设计进一步详细说明。

实施例1：

本实施例的塔锚合一悬索桥的跨度布置均与润扬长江大桥相同。如图1所示，一种塔锚合一悬索桥，主要由主缆1、吊索2、索塔3、水平杆5、主梁6和斜柱7组成；所述的吊索2均匀布置在主缆1和主梁6之间；所述的水平杆5与索塔3垂直相交；所述的水平杆5、斜柱7分别设在索塔3的两侧，斜柱7为二力杆，并且水平杆5、索塔3和斜柱7有一个共同交点；所述的斜柱7的底部浇筑斜柱基础10；所述的水平杆5的末端增设辅助墩Ⅱ4，辅助墩Ⅱ4底部浇筑辅助墩Ⅱ基础9；所述的索塔3的底部浇筑有索塔基础8，并且在索塔基础8的底部设有转向块Ⅱ13；在索塔3的顶部设有索鞍11；所述的水平杆5端部设有转向块Ⅰ12；所述的主缆1的端部依次绕过索塔3顶部的索鞍11、水平杆5端部的转向块Ⅰ12、索塔基础8底部的转向块Ⅱ13，其锚固位置最终位于斜柱基础10上；所述的主梁6与索塔3连接方式为固接或铰接时，主缆1水平张力由索塔基础8、斜柱基础10和主梁6的轴力共同平衡。

索塔3的偏心线为曲线，可使背索绕索塔3转动时，对索塔3不产生弯矩；索塔3的宽度为曲线，可保证材料能得到充分利用；水平杆5往下略偏移索塔3中部，与桥面同高，作为引桥的一部分，受轴力和剪力力作用，将水平杆5的偏心线调整为斜轴线，使水平杆5处于无弯矩状态。在主缆1端部的锚固处设有散索鞍14。β取为45°、γ取为45°、θ取为50°、α取为60°、N_c取为主缆张力的1.2倍，索塔、水平杆均采用钢箱结构，主梁采用钢结构。

若采用常规设计，需设置巨大的锚碇及深基础，经计算，与润扬长江大桥相比，省去了锚碇，此费用即省去2.1亿元。塔锚合一悬索桥由于增设辅助墩、水平杆，此费用为0.6亿。因此，与润扬长江大桥普通地锚桥悬索桥相比，塔锚合一悬索桥一共省了1.5亿。同时塔锚合一悬索桥索塔轴力减小25％，索塔侧向刚度提高18％，工期减少15个月。

实施例2：

本实施例的塔锚合一悬索桥的跨度布置均与五峰山长江大桥相同。如图2所示，一种塔锚合一悬索桥，主要由主缆1、吊索2、索塔3、水平杆5、主梁6和斜柱7组成；所述的吊索2均匀布置在主缆1和主梁6之间；所述的水平杆5与索塔3垂直相交；所述的水平杆5连接索塔3，并与主梁6连接，同时在水平杆5的两端分别增设辅助墩Ⅱ4、辅助墩Ⅰ15；所述的斜柱7为二力杆，设在索塔3内侧，并且水平杆5、索塔3和斜柱7有一个共同交点；所述的辅助墩Ⅱ4底部浇筑辅助墩Ⅱ基础9；所述的斜柱7的底部和辅助墩Ⅰ15的底部相交，并且浇筑共用基础16；所述的索塔3的底部浇筑有索塔基础8，并且在索塔基础8的底部设有转向块Ⅱ13；在索塔3的顶部设有索鞍11；所述的水平杆5端部设有转向块Ⅰ12；所述的主缆1的端部依次绕过索塔3顶部的索鞍11、水平杆5端部的转向块Ⅰ12、索塔基础8底部的转向块Ⅱ13，其锚固位置最终位于增设辅助墩Ⅰ15的水平杆5端部上；所述的主梁6与水平杆5连接方式为固接或铰接时，主缆1水平张力可由索塔基础8、共用基础16、主梁6的轴力共同平衡。

索塔3的偏心线为曲线，可使背索绕索塔3转动时，对索塔3不产生弯矩；索塔3的宽度为曲线，可保证材料能得到充分利用；水平杆5往下略偏移索塔3中部，与桥面同高，作为引桥的一部分，受轴力和剪力力作用，将水平杆5的偏心线调整为斜轴线，使水平杆5处于无弯矩状态。在主缆1端部的锚固处设有散索鞍14。β取为45°、γ取为45°、θ取为50°、α取为60°、N_c取为主缆张力的0.8倍，N₀取为主缆张力的0.3倍，索塔、水平杆均采用结构格构柱形式，主梁采用钢结构。

若采用常规设计，需设置巨大的锚碇及深基础，经计算，与五峰山长江大桥相比，增设水平杆、辅助墩、省去了锚碇，塔锚合一悬索桥省去1.2亿，索塔轴力减小20.6％，索塔侧向刚度提高25％，基坑开挖深度降低25m，工期减少12个月。

实施例3：

本实施例的塔锚合一悬索桥的跨度布置均与南京长江四桥相同。如图3所示，一种塔锚合一悬索桥，主要由主缆1、吊索2、索塔3、水平杆5和主梁6组成；所述的吊索2均匀布置在主缆1和主梁6之间；所述的水平杆5与索塔3垂直相交；所述的水平杆5连接索塔3，并与主梁6连接，同时在水平杆5的两端分别增设辅助墩Ⅱ4、辅助墩Ⅰ15；所述的辅助墩Ⅱ4、辅助墩Ⅰ15的底部分别浇筑辅助墩Ⅱ基础9、辅助墩Ⅰ基础17；所述的索塔3的底部浇筑有索塔基础8，并且在索塔基础8的底部设有转向块Ⅱ13；在索塔3的顶部设有索鞍11；所述的水平杆5端部设有转向块Ⅰ12；所述的主缆1的端部依次绕过索塔3顶部的索鞍11、水平杆5端部的转向块Ⅰ12、索塔基础8底部的转向块Ⅱ13，其锚固位置最终位于增设辅助墩Ⅰ15的水平杆5端部上；所述的主梁6与水平杆5连接方式为固接或铰接时，主缆1水平张力可由索塔基础8和主梁6的轴力共同平衡。

索塔3的偏心线为曲线，可使背索绕索塔3转动时，对索塔3不产生弯矩；索塔3的宽度为曲线，可保证材料能得到充分利用；水平杆5往下略偏移索塔3中部，与桥面同高，作为引桥的一部分，受轴力和剪力力作用，将水平杆5的偏心线调整为斜轴线，使水平杆5处于无弯矩状态。在主缆1端部的锚固处设有散索鞍14。β取为45°、γ取为45°、θ取为50°、α取为60°，N₀取为主缆张力的0.5倍，索塔、水平杆均采用结构格构柱形式，主梁采用钢结构。

若采用常规设计，需设置巨大的锚碇及深基础，经计算，与南京长江四桥相比，省去了锚碇，此费用即省去3.8亿元。塔锚合一悬索桥由于增设辅助墩、水平杆，此费用为1.6亿。因此，与南京长江四桥的普通地锚桥悬索桥相比，塔锚合一悬索桥一共省了2.2亿。同时塔锚合一悬索桥索塔轴力减小18％，索塔侧向刚度提高12％，工期减少9个月。

实施例4：

如图4所示，一种塔锚合一悬索桥，主要由主缆1、吊索2、索塔3、水平杆5和主梁6组成；所述的吊索2均匀布置在主缆1和主梁6之间；所述的水平杆5与索塔3垂直相交；所述的索塔3的底部浇筑有索塔基础8，并且在索塔基础8的底部设有转向块Ⅱ13；在索塔3的顶部设有索鞍11；所述的水平杆5端部设有转向块Ⅰ12；所述的水平杆5设在索塔3的外侧，所述的水平杆5的末端增设辅助墩Ⅱ4，辅助墩Ⅱ4底部浇筑辅助墩Ⅱ基础9；在索塔3的内侧设有支撑主梁6的辅助墩Ⅲ，并且用混凝土将桥面以下的索塔3和辅助墩Ⅲ浇筑为一个整体，和索塔基础8一起作为索塔塔基；所述的主缆1的端部依次绕过索塔3顶部的索鞍11、水平杆5端部的转向块Ⅰ12、索塔基础8底部的转向块Ⅱ13，其锚固位置最终位于索塔塔基内侧；所述的主梁6与索塔3连接方式为固接或铰接时，主缆1水平张力可由索塔基础8和主梁6的轴力共同平衡。

索塔3的偏心线为曲线，可使背索绕索塔3转动时，对索塔3不产生弯矩；索塔3的宽度为曲线，可保证材料能得到充分利用；水平杆5往下略偏移索塔3中部，与桥面同高，作为引桥的一部分，受轴力和剪力力作用，将水平杆5的偏心线调整为斜轴线，使水平杆5处于无弯矩状态。在主缆1端部的锚固处设有散索鞍14。β取为45°、γ取为45°、θ取为50°、α取为60°，N₀取为主缆张力的0.5倍，索塔、水平杆均采用混凝土箱型结构，主梁采用钢结构。

实施例1～3技术参数对比表

	费用节省(亿元)	索塔轴力减(％)	索塔侧向刚度(％)	工期缩短(月)
					实施实例1	1.5	25	18	15
实施实例2	1.2	20.6	25	12
					实施实例3	1.6	18	12	9

Claims

1.一种塔锚合一悬索桥，其特征在于：主要由主缆(1)、吊索(2)、索塔(3)、水平杆(5)和主梁(6)组成；所述的吊索(2)均匀布置在主缆(1)和主梁(6)之间；所述的水平杆(5)与索塔(3)垂直相交；所述的索塔(3)的底部浇筑有索塔基础(8)，并且在索塔基础(8)的底部设有转向块Ⅱ(13)；在索塔(3)的顶部设有索鞍(11)；所述的水平杆(5)端部设有转向块Ⅰ(12)；所述的主缆(1)的端部依次绕过索塔(3)顶部的索鞍(11)、水平杆(5)端部的转向块Ⅰ(12)、索塔基础(8)底部的转向块Ⅱ(13)，其锚固位置最终位于悬索桥两边的索塔(3)之间；

根据主缆端部的锚固位置，有如下设计：

设计一，还设有斜柱(7)；所述的斜柱(7)的底部浇筑斜柱基础(10)；所述的水平杆(5)、斜柱(7)分别设在索塔(3)的两侧，斜柱(7)为二力杆，并且水平杆(5)、索塔(3)和斜柱(7)有一个共同交点；所述的水平杆(5)的末端增设辅助墩Ⅱ(4)，辅助墩Ⅱ(4)底部浇筑辅助墩Ⅱ基础(9)；所述的主缆端部最终锚固在斜柱基础(10)上；所述的主梁(6)与索塔(3)连接方式为固接或铰接时，主缆(1)水平张力由索塔基础(8)、斜柱基础(10)和主梁(6)的轴力共同平衡；

设计二，还设有斜柱(7)；所述的水平杆(5)连接索塔(3)，并与主梁(6)连接，同时在水平杆(5)的两端分别增设辅助墩Ⅱ(4)、辅助墩Ⅰ(15)；所述的斜柱(7)为二力杆，设在索塔(3)内侧，并且水平杆(5)、索塔(3)和斜柱(7)有一个共同交点；所述的辅助墩Ⅱ(4)底部浇筑辅助墩Ⅱ基础(9)；所述的斜柱(7)的底部和辅助墩Ⅰ(15)的底部相交，并且浇筑共用基础(16)；所述的主缆端部最终锚固在增设辅助墩Ⅰ(15)的水平杆(5)端部上；所述的主梁(6)与水平杆(5)连接方式为固接或铰接时，主缆(1)水平张力可由索塔基础(8)、共用基础(16)和主梁(6)的轴力共同平衡；

设计三，所述的水平杆(5)连接索塔(3)，并与主梁(6)连接，同时在水平杆(5)的两端分别增设辅助墩Ⅱ(4)、辅助墩Ⅰ(15)；所述的辅助墩Ⅱ(4)、辅助墩Ⅰ(15)的底部分别浇筑辅助墩Ⅱ基础(9)、辅助墩Ⅰ基础(17)；所述的主缆端部最终锚固在增设辅助墩Ⅰ(15)的水平杆(5)端部上；所述的主梁(6)与水平杆(5)连接方式为固接或铰接时，主缆(1)水平张力可由索塔基础(8)和主梁(6)的轴力共同平衡；

设计四，所述的水平杆(5)设在索塔(3)的外侧，所述的水平杆(5)的末端增设辅助墩Ⅱ(4)，辅助墩Ⅱ(4)底部浇筑辅助墩Ⅱ基础(9)；在索塔(3)的内侧设有支撑主梁(6)的辅助墩Ⅲ，并且用混凝土将桥面以下的索塔(3)和辅助墩Ⅲ浇筑为一个整体，和索塔基础(8)一起作为索塔塔基；所述的主缆端部最终锚固在索塔塔基内侧；所述的主梁(6)与索塔(3)连接方式为固接或铰接时，主缆(1)水平张力可由索塔基础(8)和主梁(6)的轴力共同平衡。

2.根据权利要求1所述的塔锚合一悬索桥，其特征在于：在主缆端部的锚固处设置散索鞍(14)。

3.根据权利要求1所述的塔锚合一悬索桥，其特征在于：所述的索塔(3)的偏心线为曲线，使背索绕索塔(3)转动时，对索塔(3)不产生弯矩；所述的索塔(3)的宽度为曲线，可保证材料能得到充分利用；索塔(3)顶部的左右两端面与主缆(1)分别形成的内夹角α和β，主缆(1)以β角自由绕过索塔(3)的塔顶，减小了背索长度。

4.根据权利要求3所述的塔锚合一悬索桥，其特征在于：所述的水平杆(5)的安装高度为h，即水平杆(5)至索塔基础(8)的竖直距离；所述的索塔(3)的高度为H，即索塔(3)塔顶至索塔基础(8)的竖直距离；在不考虑杆件自重情况下，当由辅助墩Ⅱ(4)承担主缆(1)向下的竖向分力，所述的水平杆(5)只受轴向压力；当所述的水平杆(5)只受轴向压力；当由辅助墩Ⅱ(4)承担主缆(1)向上的竖向分力，所述的水平杆(5)只受轴向压力；所述的水平杆(5)根据β角调整长度。

5.根据权利要求3所述的塔锚合一悬索桥，其特征在于：所述的索塔(3)的轴线垂直地面时，且所述的索塔(3)顶部的左右两端面与主缆(1)分别形成的内夹角α和β相等时，所述的索塔(3)轴心受压，其合力竖直向下。

6.根据权利要求1所述的塔锚合一悬索桥，其特征在于：所述的水平杆(5)采用钢结构格构柱形式或者钢箱或者混凝土箱型做成。

7.根据权利要求1所述的塔锚合一悬索桥，其特征在于：所述的索塔基础(8)受力为斜向下，通过适当的结构布置和采用明挖基础方式，在设计一中，可以使索塔基础(8)和辅助墩Ⅱ基础(9)、斜柱基础(10)浇筑为一个整体基础；在设计二中，可以使索塔基础(8)和辅助墩Ⅱ基础(9)、共用基础(16)浇筑为一个整体基础；在设计三中，可以使索塔基础(8)和辅助墩Ⅱ基础(9)、辅助墩Ⅰ基础(17)浇筑为一个整体基础。

8.根据权利要求1所述的塔锚合一悬索桥，其特征在于：所述的主梁(6)参与分担主缆(1)水平分力时，若所述的主梁(6)为钢管混凝土结构，可利用所述的主梁(6)轴力给主梁(6)施加预应力。

9.根据权利要求1所述的塔锚合一悬索桥，其特征在于：所述的水平杆(5)既是作为桥面的一部分，亦是锚梁；当索塔较高时，所述的水平杆(5)可与桥面高度不一致。