CN106958189A - 一种适用于超大跨径的斜拉式吊桥结构 - Google Patents

一种适用于超大跨径的斜拉式吊桥结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于超大跨径的斜拉式吊桥结构，包括多个主塔，每个主塔的上部设有斜拉索；主跨斜拉索一端锚固于主塔上，另一端锚固于主梁上；锚跨斜拉索一端锚固于主塔上，另一端锚固于分散式地锚上；主梁在靠近主塔部位设主桥竖向支座和纵向弹性阻尼限位器，主桥竖向支座也可设于主跨内或穿过主塔成为连续结构。所述的边主塔依靠一侧主跨斜拉索和另一侧锚固于地锚上的锚跨斜拉索保持平衡；多跨体系中，中主塔依靠两侧主跨斜拉索保持平衡。所述的相邻主塔斜拉索的水平分力在主梁中保持总体平衡，斜拉索在主梁中只产生轴向拉力，不产生轴向压力，提高了结构自振频率，从而解决了类似体系斜拉桥中主梁受压稳定问题，可适用于超大跨度桥梁结构。

Description

一种适用于超大跨径的斜拉式吊桥结构
技术领域
本发明涉及一种用于土木工程桥梁技术领域，更具体涉及一种适用于超大跨径的斜拉式吊桥结构，实现了一种具备更大的跨越能力和更佳经济性的新的吊桥结构形式。
背景技术
桥梁是公路、铁路、城市道路和农村道路及水利建设中，为了跨越各种障碍(如河流、或其它结构)的结构物。按结构受力特点划分，桥梁可分为梁、拱、刚架、吊与组合体系。吊桥也称悬索桥，是以承受拉力的缆索或链索作为主要承重构件的桥梁，由悬索、索塔、锚碇、吊杆、桥面系等部分组成。吊桥的主要承重构件是悬索，它主要承受拉力，一般用抗拉强度高的钢材(钢丝、钢缆等)制作。由于传统吊桥可以充分利用材料的强度，并具有用料省、自重轻的特点，因此在各种体系桥梁中的跨越能力最大，跨径可以达到1000～2000米。
虽然吊桥在跨径上有了飞跃提高，但总体上看，目前传统吊桥具有以下不足：(1)刚度小；(2)变形较大；(3)抗风稳定性较差；(4)悬索主缆下挠可达十余米；(5)工程造价较高；(6)2000米为目前极限跨径，跨径有待进一步提高。
因此开发一种满足具备更大的跨越能力、对材料利用能力更高、使结构的受力更合理、经济性更好的吊桥结构形式，具有很大的实用价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于超大跨径的斜拉式吊桥结构，兼具悬索桥和斜拉桥的优点，从结构体系和内在受力机理方面提高悬索桥结构的跨径及承载效率，克服传统悬索桥刚度小、变形大、稳定性差、跨越能力受局限的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种适用于超大跨径的斜拉式吊桥结构，包括一个水平设置的主桥主梁，在所述的主桥主梁的端部设有竖直的主塔，所述的主塔通过斜拉索进行锚固；在所述的主桥主梁靠近主塔的部位设有主桥竖向支座和纵向弹性阻尼限位器，主梁纵向依靠斜拉索索力的几何刚度和纵向弹性阻尼限位器保持稳定。
进一步的，所述的主塔根据结构体系可分为边主塔和中主塔，当仅有两个边主塔时，形成单跨结构体系；当具有两个边主塔和单个或多个中主塔时，形成多跨体系。
进一步的，中主塔的斜拉索一端锚固于主塔上，另一端锚固于主梁上；边主塔的主跨斜拉索一端锚固于主塔上，另一端锚固于主梁上，边主塔的锚跨斜拉索一端锚固于主塔上，另一端锚固于分散式地锚上。
所述的边主塔依靠一侧主跨斜拉索和另一侧锚固于地锚上的锚跨斜拉索保持平衡；多跨体系中，中主塔依靠两侧主跨斜拉索保持平衡。
进一步的，主桥竖向支座也可设于主跨内或穿过主塔成为连续结构。
进一步的，所述的主梁通过主跨斜拉索悬吊，在靠近主塔部位设主桥竖向支座和纵向弹性阻尼限位器，等同于由斜拉索支承的简支梁，纵向依靠斜拉索索力的几何刚度和纵向弹性阻尼限位器保持稳定。
进一步的，所述的相邻主塔的主跨斜拉索的水平分力在主梁中保持总体平衡，斜拉索使主梁只产生轴向拉力，不产生轴向压力，提高了结构自振频率，从而解决了超大跨度主梁受压稳定问题。
进一步的，所述的主梁一般采用抗拉强度较高的钢箱梁或钢桁梁。
进一步的，在主塔底部设置有基础和承台，所述的基础设置于地表以下工程地质合适的地基层中，承台位于基础与主塔之间，与基础顶部和主塔底部连接成整体。
进一步的，所述的基础、承台、主塔、斜拉索、主桥主梁、地锚，主桥竖向支座和纵向弹性阻尼限位器构成了一种适用于超大跨径的斜拉式吊桥结构。
进一步的，所述的边主塔设置有引桥支座和主桥竖向支座，分别支承两侧的引桥主梁和主桥主梁；中主塔设置有主桥竖向支座，分别支承两侧的主桥主梁。
本发明相对于现有技术具有以下优点：
(1)与同等跨度悬索桥相比，保持了斜拉桥的优点，具有更大的承受载荷的刚度；
(2)与同等跨度斜拉桥相比，主梁因受拉而具有更高的振动频率，从而在风作用下具有更好的颤振稳定性，抗风性能更强，并大大优于悬索桥，同时，主梁不承受压力，解决了超大跨度主梁受压稳定问题；
(3)主梁不需要边跨平衡轴向力，钢主梁可只在主跨、甚至主跨部分区域设置，节省工程造价；
(4)主梁等同于由斜拉索支承的多点弹性支承简支梁，梁体温度伸缩构造设于竖向支承处，受力优于多塔斜拉桥或部分地锚斜拉桥在跨中设置的伸缩构造，多塔多跨的情况下伸缩量不累积，因而适应于跨越宽阔海峡、河口的桥梁。
(5)新型斜拉式吊桥结构体系，解决了类似体系斜拉桥中主梁受压稳定问题，有利于主梁采用超高性能材料，为实现超大跨度桥梁提供了良好的前景，其理论跨越能力达到甚至超过了常规悬索桥，初步估计可达3000m至5000m；
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种适用于超大跨径的斜拉式吊桥结构双塔单跨示意图；
图2为一种适用于超大跨径的斜拉式吊桥结构多塔多跨示意图；
图3为边主塔支座部位局部示意图；
图4为中主塔支座部位局部示意图；
图5为中主梁结构示意图；
图中：1-基础，2-承台，3-主塔，4-边主塔，5-中主塔，6-斜拉索，7-主跨斜拉索，8-锚跨斜拉索，9-主桥主梁，10-地锚，11-引桥主梁，12-引桥支座，13-主桥竖向支座，14-纵向弹性阻尼限位器，15-钢箱梁，16-钢桁梁。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在(1)刚度小；(2)变形较大；(3)抗风稳定性较差；(4)悬索主缆下挠可达十余米；(5)工程造价较高；(6)2000米为目前极限跨径，跨径有待进一步提高等问题，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种适用于超大跨径的斜拉式吊桥结构。
以下结合附图，对本发明的结构作进一步描述。
本发明提供了一种相对于传统悬索桥和斜拉桥，具备更大的跨越能力、材料利用性更高、结构受力更合理、经济性更好的一种适用于超大跨径的斜拉式吊桥结构，包括一个水平设置的主桥主梁，在所述的主桥主梁的端部设有竖直的主塔，每个主塔的上部设有斜拉索；主跨斜拉索一端锚固于主塔上，另一端锚固于主梁上；锚跨斜拉索一端锚固于主塔上，另一端锚固于分散式地锚上；主梁在靠近主塔部位设主桥竖向支座和纵向弹性阻尼限位器，主桥竖向支座也可设于主跨内或穿过主塔成为连续结构。
主梁通过主跨斜拉索悬吊，在靠近主塔部位设主桥竖向支座和纵向弹性阻尼限位器，等同于由斜拉索支承的简支梁，纵向依靠斜拉索索力的几何刚度和纵向弹性阻尼限位器保持稳定。
相邻主塔斜拉索的水平分力在主梁中保持总体平衡，斜拉索使主梁只产生轴向拉力，不产生轴向压力，提高了结构自振频率，从而解决了类似体系斜拉桥中主梁受压稳定问题，可适用于超大跨度桥梁结构。
具体的如图1～图5所示，一种适用于超大跨径的斜拉式吊桥结构由基础1、承台2、主塔3、斜拉索6、主桥主梁9、地锚10，主桥竖向支座13，纵向弹性阻尼限位器14组成；
结合图1、图2所示，主塔3根据结构体系可分为边主塔4和中主塔5，当仅有两个边主塔4时，形成单跨结构体系；当具有两个边主塔4和单个或多个中主塔5时，形成多跨体系。
结合图1、图2所示，边主塔4依靠一侧主跨斜拉索7和另一侧锚固于地锚上的锚跨斜拉索8保持平衡；多跨体系中，中主塔5依靠两侧主跨斜拉索7保持平衡。
结合图1、图2所示，主塔底部设置有基础1和承台2，基础1设置于地表以下工程地质合适的地基层中，承台2位于基础1与主塔3之间，与基础1顶部和主塔3底部连接成整体。
结合图3、图4所示，边主塔4设置有引桥支座12和主桥竖向支座13，分布支承两侧的引桥主梁11和主桥主梁9；中主塔5设置有主桥竖向支座13，分布支承两侧的主桥主梁9。
结合图5所示，主桥主梁9一般采用抗拉强度较高的钢箱梁15或钢桁梁16。
从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：
(1)与同等跨度悬索桥相比，保持了斜拉桥的优点，具有更大的承受载荷的刚度；
(2)与同等跨度斜拉桥相比，主梁因受拉而具有更高的振动频率，从而在风作用下具有更好的颤振稳定性，抗风性能更强，并大大优于悬索桥；
(3)主梁不需要边跨平衡轴向力，钢主梁可只在主跨、甚至主跨部分区域设置，节省工程造价；
(4)主梁等同于由斜拉索支承的多点弹性支承简支梁，梁体温度伸缩构造设于竖向支承处，受力优于多塔斜拉桥或部分地锚斜拉桥在跨中设置的伸缩构造，多塔多跨的情况下伸缩量不累积，因而适应于跨越宽阔海峡、河口的桥梁。
(5)新型斜拉式吊桥结构体系，解决了类似体系斜拉桥中主梁受压稳定问题，有利于主梁采用超高性能材料，为实现超大跨度桥梁提供了良好的前景，其理论跨越能力达到甚至超过了常规悬索桥，初步估计可达3000m至5000m；
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种适用于超大跨径的斜拉式吊桥结构，其特征在于，包括一个水平设置的主桥主梁，在所述的主桥主梁的端部设有竖直的主塔，所述的主塔通过斜拉索进行锚固；在所述的主桥主梁靠近主塔的部位设有主桥竖向支座和纵向弹性阻尼限位器，主梁纵向依靠斜拉索索力的几何刚度和纵向弹性阻尼限位器保持稳定。
2.权利要求1所述的适用于超大跨径的斜拉式吊桥结构，其特征在于，所述的主塔仅仅包括两个边主塔时，形成单跨结构体系。
3.权利要求1所述的适用于超大跨径的斜拉式吊桥结构，其特征在于，所述的主塔包括两个边主塔和单个或多个中主塔时，形成多跨体系。
4.权利要求2或3所述的适用于超大跨径的斜拉式吊桥结构，其特征在于，所述的边主塔设置有引桥支座和主桥竖向支座，分别支承两侧的引桥主梁和主桥主梁。
5.权利要求2所述的适用于超大跨径的斜拉式吊桥结构，其特征在于，所述的中主塔设置有主桥竖向支座，分别支承两侧的主桥主梁。
6.权利要求2所述的适用于超大跨径的斜拉式吊桥结构，其特征在于，中主塔的斜拉索一端锚固于主塔上，另一端锚固于主梁上；边主塔的主跨斜拉索一端锚固于主塔上，另一端锚固于主梁上，边主塔的锚跨斜拉索一端锚固于主塔上，另一端锚固于分散式地锚上。
7.权利要求2所述的适用于超大跨径的斜拉式吊桥结构，其特征在于，所述的主桥竖向支座也可设于主跨内或穿过主塔成为连续结构。
8.权利要求1所述的适用于超大跨径的斜拉式吊桥结构，其特征在于，所述的主梁采用抗拉强度较高的钢箱梁或钢桁梁。
9.权利要求1所述的适用于超大跨径的斜拉式吊桥结构，其特征在于，在所述主塔底部设置有基础和承台，所述的基础设置于地表以下工程地质合适的地基层中，承台位于基础与主塔之间，与基础顶部和主塔底部连接成整体。
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