CN107724226A - 一种四索面同向回转斜拉索‑悬索协作体系桥梁 - Google Patents
一种四索面同向回转斜拉索‑悬索协作体系桥梁 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种四索面同向回转斜拉索‑悬索协作体系桥梁，包括桥塔、锚碇、主梁、斜拉索、悬索、吊索等。中跨采用四索面拉索和吊索，交叉吊索区转化为双索面拉索和吊索；边跨主体采用四索面全斜拉型式，尾端交叉吊索区采用双索面拉索和吊索，形成悬吊辅助跨；桥塔塔顶设置空间双悬索鞍座，其下分层设置斜拉索同向回转鞍座，形成套箍承压结构。由此，构造出一种结构合理，优势互补的多重协作体系桥梁。本发明提升了桥梁整体刚度，实现了体系平顺融合，系统解决了体系交界处桥面锚固繁杂、主梁压力间断、边吊索和斜拉索尾索应力幅高的传统问题，根本改变了桥塔锚索区的应力状态，表现出巨大的技术经济优势。
Description
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，尤其是涉及一种四索面同向回转斜拉索-悬索协作体系桥梁。
背景技术
斜拉索-悬索协作体系桥梁将斜拉索和悬索两种结构相互协作，进行优势互补，是一种特别适合于大跨径尤其是超大跨径的新思维桥型。
这类构思出现很早：远至1883年，将斜拉索-悬索混合使用的罗布林体系即已被提出；后至1938年，将斜拉索-悬索分别使用的狄辛格体系也发展面世。但至今，这一优势技术在国内外仍鲜有实用。
究其原因，总是表现在人们对斜拉索-悬索协作体系桥梁提出的几个传统质疑上。一是结构外形上存在间断性，景观造型不佳；二是内力上存在间断性，主梁斜拉部分为压弯构件，悬索部分为纯弯构件；三是结构中拉索、吊杆受力不明确，施工中斜拉、悬索部分难协调，算不清！四是斜拉、悬索交界区吊杆应力幅大，可能引起疲劳，或出现压力而退出工作。
二十一世纪，中国的桥梁建造事业正取得快速发展，先后建成了多座超大跨径的斜拉桥和悬索桥。这些大桥的修建，凝聚了我国桥梁工作者多年的技术成果，增强了我国建造超大跨桥梁的信心。
但也应看到，中国的超大跨径桥梁也进入关键阶段，软基、深水、强风等自然条件制约日益凸显，斜拉桥或悬索桥已不能满足工程的需求，而斜拉索-悬索协作体系桥梁，则显示出力学和经济上的优越性。但由于上述质疑的存在，对这一桥型进行技术发展和工程应用的消极现象至今尚未得到改变。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种四索面同向回转斜拉-悬索协作体系桥梁。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种四索面同向回转斜拉索-悬索协作体系桥梁，包括桥塔、锚碇、主梁、斜拉索、悬索、吊索，所述桥塔为单柱式桥塔，在主梁上设有两根，所述锚碇位于主梁两端，主梁上两根桥塔之间的中间区域为中跨，中跨的两侧为交叉吊索区，交叉吊索区与桥塔之间为四索面全斜拉索区，桥塔与主梁两个端部之间的区域为边跨，边跨包括边跨主体区与交叉吊索区，其中边跨主体区靠近桥塔，交叉吊索区靠近主梁的端部，
所述斜拉索绕过桥塔后固定在主梁上，所述悬索绕过桥塔固定在锚啶上，所述吊索上端固定在悬索上，下端固定在主梁上，
中跨采用四索面斜拉索和吊索结构，中跨两侧的交叉吊索区自然转化为双索面斜拉索和斜吊索结构，中跨与相邻的交叉吊索区平顺融合，克服了结构外形间断、主梁内力间断问题；
在边跨的边跨主体区采用四索面全斜拉索结构，在边跨的交叉吊索区采用双索面斜拉索和吊索结构，边跨的交叉吊索区形成局部刚度加强的悬吊辅助跨，解决了边跨不设置辅助墩，活载变形大，尾索应力幅高的特殊问题。
本发明中，所述主梁为由分体钢箱拼接成的主梁。斜拉索、悬索、吊索均设计为空间结构，结构整体刚度提升，活载变形和应力幅偏大现象得到全面控制。
桥塔的塔顶设置有悬索鞍座，所述悬索从悬索鞍座穿过。
桥塔从悬索鞍座往下分层设置所述斜拉索用同向回转鞍座。
桥塔同一高度处设置有两个交叉设置的同向回转鞍座。
斜拉索从同向回转鞍座的一端穿入，从同向回转鞍座的另一端穿出，锚固于同侧主梁。即所述的斜拉索采用连续绕过桥塔，锚固于同侧主梁的型式，使不对等设置中、边跨斜拉索(四索面或两索面)，灵活转换交叉吊索区斜拉索、吊索设置，并保证桥塔安全成为可能。
斜拉索、同向回转鞍座、悬索鞍座、悬索形成套箍式锚索承压结构，从机理上实现了桥塔的无拉应力承压组合锚索，根本上解决了结构的安全耐久性问题。
与现有技术相比，本发明提升了桥梁整体刚度，实现了体系平顺融合，系统解决了体系交界处桥面锚固繁杂、主梁压力间断、边吊索和斜拉索尾索应力幅高的传统问题，根本改变了桥塔锚索区的应力状态，表现出巨大的技术经济优势。
附图说明
图1为本发明的四索面同向回转斜拉索-悬索协作体系桥梁示意图。
图2为图1的协作体系桥梁中跨交叉吊索区示意图。
图3为图1的协作体系桥梁边跨悬吊辅助跨示意图。
图4为图1的协作体系桥梁桥塔套箍式锚索承压结构示意图。
图中：1-桥塔；2-锚碇；3-主梁；4-斜拉索；5-悬索；6-吊索；7-中跨；8-交叉吊索区；9-边跨；10-悬吊辅助跨；11-悬索鞍座；12-同向回转鞍座；13-套箍式锚索承压结构。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
参见图1，跨径斜拉索-悬索协作体系桥梁，主要由桥塔1、锚碇2、主梁3、斜拉索4、悬索5、吊索6等组成。所述桥塔1为单柱式桥塔，在主梁3上设有两根，所述锚碇2位于主梁3两端，主梁3上两根桥塔1之间的中间区域为中跨7，中跨7的两侧为交叉吊索区8，交叉吊索区8与桥塔1之间为四索面全斜拉索区，桥塔1与主梁3两个端部之间的区域为边跨9，边跨9包括边跨主体区与交叉吊索区8，其中边跨主体区靠近桥塔1，交叉吊索区8靠近主梁3的端部，所述斜拉索4绕过桥塔1后固定在主梁3上，所述悬索5绕过桥塔1固定在锚啶2上，所述吊索6上端固定在悬索5上，下端固定在主梁3上。斜拉索和悬索两种体系在桥梁中比例设计为各占一半，协作最为合理，互补最为充分。协作体系桥梁采用单柱式桥塔、分体钢箱梁、四索面斜拉索和吊索，斜拉索4、悬索5、吊索6均设计为空间结构。
参见图2，中跨7采用四索面斜拉索和吊索结构，中跨7两侧的交叉吊索区8自然转化为双索面斜拉索和斜吊索结构，中跨7与相邻的交叉吊索区8平顺融合，克服了结构外形间断、主梁内力间断问题。
参见图3，在边跨9的边跨主体区采用四索面全斜拉索结构，在边跨9的交叉吊索区8采用双索面斜拉索和吊索结构，边跨9的交叉吊索区8形成局部刚度加强的悬吊辅助跨10，解决了边跨不设置辅助墩，活载变形大，尾索应力幅高的特殊问题。
参见图4，桥塔1的塔顶设置有悬索鞍座11，所述悬索5从悬索鞍座11穿过。桥塔1从悬索鞍座11往下分层设置所述斜拉索4用同向回转鞍座12。桥塔1同一高度处设置有两个交叉设置的同向回转鞍座12。斜拉索4、同向回转鞍座12、悬索鞍座11、悬索5形成套箍式锚索承压结构13，从机理上实现了桥塔的无拉应力承压组合锚索，根本上解决了结构的安全耐久性问题。
斜拉索4从同向回转鞍座12的一端穿入，从同向回转鞍座12的另一端穿出，锚固于同侧主梁3。即斜拉索4采用连续绕过桥塔1上的同向回转鞍座12，锚固于同侧主梁3的型式，使不对等设置中跨7、边跨9的斜拉索(四索面或两索面)，灵活转换交叉吊索区8斜拉索4、吊索6的设置，并保证桥塔1的安全成为可能。
参见图1，本发明提升了桥梁整体刚度，实现了体系平顺融合，系统解决了体系交界处桥面锚固繁杂、主梁压力间断、边吊索和斜拉索尾索应力幅高的传统问题，根本改变了桥塔锚索区的应力状态：
中跨活载最大上、下挠度分别为503mm和2501mm，边跨活载最大上、下挠度分别为308mm和406mm，满足规范对刚度的要求；
主梁各位置均处于连续受压状态，中跨悬索段主梁最小压力为3.766MPa；
中跨边吊索活载最大应力幅128MPa，边跨尾索活载最大应力幅为163MPa，均小于规范200MPa的规定；
桥塔锚索区始终处于7MPa压应力安全状态下；
E2地震作用下，桥塔截面配筋率为1.0％、桩基配筋率为1.0％时，桥塔及桩基各关键截面处于可修复损伤范围之内，满足抗震验算要求；
桥梁颤振临界风速88.0m/s，大于颤振检验风速为70.8m/s，抗风性能优越。
本实施例为八车道结构。
本发明的技术优势反映出巨大的经济效益：
协作体系桥梁桥塔、主缆、主梁材料数量下降，主梁吊装整体提速。与1620m主跨全悬索桥造价42.6亿元相比，四索面同向回转斜拉索-悬索协作体系桥梁造价32.2亿元，降低24.4％。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种四索面同向回转斜拉索-悬索协作体系桥梁，其特征在于，包括桥塔(1)、锚碇(2)、主梁(3)、斜拉索(4)、悬索(5)、吊索(6)，所述桥塔(1)为单柱式桥塔，在主梁(3)上设有两根，所述锚碇(2)位于主梁(3)两端，主梁(3)上两根桥塔(1)之间的中间区域为中跨(7)，中跨(7)的两侧为交叉吊索区(8)，交叉吊索区(8)与桥塔(1)之间为四索面全斜拉索区，桥塔(1)与主梁(3)两个端部之间的区域为边跨(9)，边跨(9)包括边跨主体区与交叉吊索区(8)，其中边跨主体区靠近桥塔(1)，交叉吊索区(8)靠近主梁(3)的端部，
所述斜拉索(4)绕过桥塔(1)后固定在主梁(3)上，所述悬索(5)绕过桥塔(1)固定在锚啶(2)上，所述吊索(6)上端固定在悬索(5)上，下端固定在主梁(3)上，
中跨(7)采用四索面斜拉索和吊索结构，中跨(7)两侧的交叉吊索区(8)自然转化为双索面斜拉索和斜吊索结构，中跨(7)与相邻的交叉吊索区(8)平顺融合；
在边跨(9)的边跨主体区采用四索面全斜拉索结构，在边跨(9)的交叉吊索区(8)采用双索面斜拉索和吊索结构，边跨(9)的交叉吊索区(8)形成局部刚度加强的悬吊辅助跨(10)。
2.根据权利要求1所述的一种四索面同向回转斜拉索-悬索协作体系桥梁，其特征在于，所述主梁(3)为由分体钢箱拼接成的主梁。
本发明中，斜拉索、悬索、吊索均设计为空间结构，结构整体刚度提升，活载变形和应力幅偏大现象得到全面控制。
3.根据权利要求1所述的一种四索面同向回转斜拉索-悬索协作体系桥梁，其特征在于，桥塔(1)的塔顶设置有悬索鞍座(11)，所述悬索(5)从悬索鞍座(11)穿过。
4.根据权利要求3所述的一种四索面同向回转斜拉索-悬索协作体系桥梁，其特征在于，桥塔(1)从悬索鞍座(11)往下分层设置所述斜拉索(4)用同向回转鞍座(12)。
5.根据权利要求4所述的一种四索面同向回转斜拉索-悬索协作体系桥梁，其特征在于，桥塔(1)同一高度处设置有两个交叉设置的同向回转鞍座(12)。
6.根据权利要求4所述的一种四索面同向回转斜拉索-悬索协作体系桥梁，其特征在于，斜拉索(4)从同向回转鞍座(12)的一端穿入，从同向回转鞍座(12)的另一端穿出，锚固于同侧主梁(3)。
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