CN107964865B - 一种主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥，包括主梁、主缆、吊杆和载物装置；所述载物装置安装在吊杆上；每个载物装置相互独立；所述载物装置内部填充重物；重物的质量与主梁减轻的质量正相关；载物装置沿主缆纵向均匀分布，每根吊杆上的载物装置及其内部重物的总质量相等，各个吊杆受力相等，便于吊杆采用相同规格的截面尺寸；所述载物装置与主梁相互独立无联系。将原来需由主梁重度贡献的整体结构重力刚度由独立的载物装置替代，主梁无需提供整体刚度，仅需提供较小的局部活载刚度，从而将主梁重度与刚度的功能加以分离，大幅缩减梁高和截面尺寸，降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁工程技术领域，具体为一种主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥。
背景技术
悬索桥作为柔性承重结构，为使其具有足够的体系刚度，往往要求梁体具有较大的高度和重度，这不但耗费大量的初始建筑材料(主梁材料常为高强钢材)，而且过大的自重亦消耗梁体自身的承载能力。庞大的梁体不仅花费大量资金，并且增加了加工、制作、运输、安装的难度，对运输工具、交通方式、载运和起吊装备等均具有挑战性，梁体过重不易跨越施工，加大施工难度，工期增加且维护困难，全寿命期成本高。高强轻质建筑材料难以在梁体中推广、使用。
内自锚悬索桥(申请号201610613624.X，201620807180.9)采用内自锚形式，省去了体积庞大的锚碇，使得对不同地质条件有较强适应性。与原地锚悬索桥相比，也减少了索塔对地基的压力。但由于主缆锚固在加劲梁上，梁承受了很大的轴向力，为此需加大梁的截面，导致主梁自重明显增加，经济成本也会大幅提高。且施工技术复杂，吊装主缆、安装吊索必须在加劲梁、桥塔做好之后再进行，因此需要搭建大量临时支架以安装加劲梁，导致大跨度结构施工费用过大。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥。
本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥，包括主梁、主缆和吊杆；主缆位于主梁中心线或横向的两侧；所述吊杆的一端与主缆连接，另一端与主梁连接；其特征在于该悬索桥还包括载物装置；所述载物装置安装在吊杆上；每个载物装置相互独立；所述载物装置内部填充重物；重物的质量与主梁减轻的质量正相关；载物装置沿主缆纵向均匀分布，每根吊杆上的载物装置及其内部重物的总质量相等，各个吊杆受力相等，便于吊杆采用相同规格的截面尺寸；所述载物装置与主梁相互独立无联系。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
(1)将原来需由主梁重度贡献的整体结构重力刚度由独立的载物装置替代，主梁无需提供整体刚度，仅需提供较小的局部活载刚度，从而将主梁重度与刚度的功能加以分离，主梁的截面尺寸依据悬索桥在运营阶段车辆、人群等活载所需的桥面刚度来确定，继而可将原重量和高度大的主梁替换成轻型矮主梁，大幅缩减梁高和截面尺寸，节省大量材料，减轻主梁自重，降低成本，降低加工、制作、运输和安装的难度，结构简单易施工，梁体易维护保养，并且能适应丘陵、峡谷等地形，解决轻质建筑材料难以适用于悬索桥主梁的窘境，特别适用于大跨径悬索桥。
(2)载物装置采用椭球体可降低结构体系的重心，增强结构的稳定性，流线型结构利于抗风。椭球体安装对标高要求精度较为宽松，且其后主梁安装期间主缆变形小，便于施工控制。椭球体在维护时可直接将重物放到桥下水中的浮船上，直接替换或修复，避免高空作业，便于实施。若桥下净空满足要求，椭球体亦可设置在通航河段内。
(3)载物装置采用空筒或者连续柔性筒对桥下净空无影响，更易满足通航要求。
(4)重物可采用废弃建筑材料或其他密度较大的材料、石块、水体等，便于就近取材，利于环保。
(5)稳定铰和连接件作为与吊杆独立的悬挂构件，便于后期单独维护或更换。
附图说明
图1为本发明主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥实施例1的顺桥向的整体结构示意图；
图2为本发明主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥实施例1的顺桥向的椭球体连接示意图；
图3为本发明主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥实施例1的横桥向的椭球体连接示意图；
图4为本发明主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥实施例1的椭球体连接立体示意图；
图5为本发明主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥实施例2的顺桥向的整体结构示意图；
图6为本发明主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥实施例2的顺桥向的空筒连接示意图；
图7为本发明主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥实施例2的空筒连接俯视示意图；
图8为本发明主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥实施例2的某根吊杆上的空筒连接示意图；
图9为本发明主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥实施例3的某根吊杆上的连续柔性筒连接示意图。(图中：1、主梁；2、主缆；3、椭球体；31、转轴；4、空筒；5、吊杆；6、稳定铰；7、第一连接件；8、连续柔性筒；9、第二连接件)
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。
本发明提供了一种主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥(简称悬索桥)，包括主梁1、主缆2和吊杆5；主缆2位于主梁1中心线或横向的两侧；所述吊杆5的一端与主缆2连接，另一端与主梁1连接；所述主缆2、吊杆5和主梁1形成横截面为空间四边形结构；其特征在于该悬索桥还包括载物装置；所述载物装置安装在吊杆5上；每个载物装置相互独立；载物装置沿主缆纵向均匀分布，每根吊杆上的载物装置及其内部重物的总质量相等，保证各个吊杆受力相等，便于吊杆5采用相同规格的截面尺寸；所述载物装置与主梁1相互独立无联系；
所述载物装置采用耐腐蚀材料，内部填充重物，重物的质量根据不同的设计需求，进行合理的计算和分析来确定，重物的质量与主梁1减轻的质量成正相关，以弥补由于主梁轻质化造成的整体刚度损失，满足主梁1和主缆2的稳定性要求；所述重物为密度较大的材料，例如废弃建筑材料、石块、水等；
所述载物装置具体是椭球体3、空筒4或连续柔性筒8；
所述椭球体3中心位置安装有转轴31，外形采用流线型的椭球体形状，椭球体3在风荷载作用下，可绕转轴31自由旋转，始终保持较小的迎风面积，有效减小风阻，增大桥梁整体抗风稳定性；所述吊杆5的下端悬挂椭球体3；所述椭球体3与吊杆5通过稳定铰6连接；所述椭球体3位于主梁1下部，与主梁1相互独立无联系，其内部填充重物；每个椭球体3相互独立，两个椭球体3之间的距离和与其连接的两个吊杆5的距离相等，使椭球体3的重力效应沿主缆2纵向均匀分布，每根吊杆上的椭球体3及其内部重物的总质量相等，保证各个吊杆受力基本相等，便于采用相同规格的吊杆截面尺寸；此结构可用于桥下通航净空受限的主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥；
所述空筒4与吊杆5通过第一连接件7连接，空筒4采用上疏下密的方式沿吊杆5的高度方向布置，使重物质量尽量集中在吊杆5下部，降低整体重物的重心，增加稳定性；所述空筒4位于主梁1与主缆2之间，与主梁1相互独立无联系，其内部填充重物；每个空筒4相互独立，每根吊杆上的空筒及其内部重物的总质量相等，保证各个吊杆受力相等，便于采用相同规格的吊杆截面尺寸；此结构可用于桥下通航净空不受限的主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥；
所述连续柔性筒8与吊杆5通过第二连接件9连接，连续柔性筒沿吊杆5的高度方向布置，使重物质量尽量集中在吊杆5下部，降低整体重物的重心，增加稳定性；所述连续柔性筒位于主梁1与主缆2之间，与主梁1相互独立无联系，其内部填充重物；每个连续柔性筒8相互独立，每根吊杆上的连续柔性筒8及其内部重物的总质量相等，保证各个吊杆受力相等，便于采用相同规格的吊杆截面尺寸；此结构可用于桥下通航净空不受限的主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥；
所述第一连接件7优选绳索；所述第二连接件9优选螺栓；优选地，空筒4对称地安装在吊杆5上；优选地，连续柔性筒8对称地安装在吊杆5上；
实施例1
一种桥下通航净空受限的主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥，其特征在于该悬索桥包括主梁1、主缆2和吊杆5；两条主缆2位于主梁1横向的两侧，相互平行；所述吊杆5的一端与主缆2连接，另一端与主梁1连接；所述主缆2、吊杆5和主梁1形成横截面为空间四边形结构；其特征在于该悬索桥还包括椭球体3；
所述椭球体3中心位置安装有转轴31，外形采用流线型的椭球体形状，椭球体3在风荷载作用下，可绕转轴31自由旋转，始终保持较小的迎风面积，有效减小风阻，增大桥梁整体抗风稳定性；所述吊杆5的下端悬挂椭球体3；所述椭球体3与吊杆5通过稳定铰6连接；所述椭球体3位于主梁1下部，与主梁1相互独立无联系，其内部填充重物；每个椭球体3相互独立，两个椭球体3之间的距离和与其连接的两个吊杆5的距离相等，使椭球体3的重力效应沿主缆2纵向均匀分布，每根吊杆上的椭球体3及其内部重物的总质量相等，保证各个吊杆受力基本相等，便于采用相同规格的吊杆截面尺寸；此结构可用于桥下通航净空受限的主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥。
实施例2
一种桥下通航净空不受限的主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥，其特征在于该悬索桥包括主梁1、主缆2和吊杆5；两条主缆2位于主梁1横向的两侧，相互平行；所述吊杆5的一端与主缆2连接，另一端与主梁1连接；所述主缆2、吊杆5和主梁1形成横截面为空间四边形结构；其特征在于该悬索桥还包括空筒4；
所述空筒4与吊杆5通过第一连接件7连接，空筒4采用上疏下密的方式沿吊杆5的高度方向布置，使重物质量尽量集中在吊杆5下部，降低整体重物的重心，增加稳定性；所述空筒4位于主梁1与主缆2之间，与主梁1相互独立无联系，其内部填充重物；每个空筒4相互独立，每根吊杆上的空筒及其内部重物的总质量相等，保证各个吊杆受力相等，便于采用相同规格的吊杆截面尺寸；此结构可用于桥下通航净空不受限的主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥。
实施例3
一种桥下通航净空不受限的主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥，其特征在于该悬索桥包括主梁1、主缆2和吊杆5；两条主缆2位于主梁1横向的两侧，相互平行；所述吊杆5的一端与主缆2连接，另一端与主梁1连接；所述主缆2、吊杆5和主梁1形成横截面为空间四边形结构；其特征在于该悬索桥还包括连续柔性筒8；
所述连续柔性筒8与吊杆5通过第二连接件9连接，连续柔性筒沿吊杆5的高度方向布置；所述连续柔性筒位于主梁1与主缆2之间，与主梁1相互独立无联系，其内部填充重物；每个连续柔性筒8相互独立，每根吊杆上的连续柔性筒8及其内部重物的总质量相等，保证各个吊杆受力相等，便于采用相同规格的吊杆截面尺寸；此结构可用于桥下通航净空不受限的主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥。
本发明未述及之处适用于现有技术。
Claims (10)
1.一种主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥，包括主梁、主缆和吊杆；主缆位于主梁中心线或横向的两侧；所述吊杆的一端与主缆连接，另一端与主梁连接；其特征在于该悬索桥还包括载物装置；所述载物装置安装在吊杆上；每个载物装置相互独立；所述载物装置内部填充重物；重物的质量与主梁减轻的质量正相关；载物装置沿主缆纵向均匀分布，每根吊杆上的载物装置及其内部重物的总质量相等，各个吊杆受力相等，便于吊杆采用相同规格的截面尺寸；所述载物装置与主梁相互独立无联系。
2.根据权利要求1所述的主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥，其特征在于所述重物为密度较大的材料。
3.根据权利要求2所述的主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥，其特征在于所述重物为废弃建筑材料、石块或水。
4.根据权利要求1所述的主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥，其特征在于所述载物装置是椭球体、空筒或连续柔性筒。
5.根据权利要求4所述的主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥，其特征在于所述椭球体中心位置安装有转轴，外形采用流线型；所述吊杆的下端悬挂椭球体；所述椭球体与吊杆通过稳定铰连接；所述椭球体位于主梁下部，与主梁相互独立无联系，其内部填充重物；每个椭球体相互独立，两个椭球体之间的距离和与其连接的两个吊杆的距离相等，使椭球体的重力效应沿主缆纵向均匀分布，每根吊杆上的椭球体及其内部重物的总质量相等，保证各个吊杆受力基本相等，便于采用相同规格的吊杆截面尺寸。
6.根据权利要求4所述的主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥，其特征在于所述空筒与吊杆通过第一连接件连接，空筒采用上疏下密的方式沿吊杆的高度方向布置；所述空筒位于主梁与主缆之间，与主梁相互独立无联系，其内部填充重物；每个空筒相互独立，每根吊杆上的空筒及其内部重物的总质量相等，保证各个吊杆受力相等，便于采用相同规格的吊杆截面尺寸。
7.根据权利要求4所述的主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥，其特征在于所述连续柔性筒与吊杆通过第二连接件连接，连续柔性筒沿吊杆的高度方向布置；所述连续柔性筒位于主梁与主缆之间，与主梁相互独立无联系，其内部填充重物；每个连续柔性筒相互独立，每根吊杆上的连续柔性筒及其内部重物的总质量相等，保证各个吊杆受力相等，便于采用相同规格的吊杆截面尺寸。
8.根据权利要求6所述的主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥，其特征在于所述第一连接件是绳索。
9.根据权利要求7所述的主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥，其特征在于所述第二连接件是螺栓。
10.根据权利要求6或7所述的主梁重度与刚度功能分离式轻质矮梁悬索桥，其特征在于空筒对称地安装在吊杆上；连续柔性筒对称地安装在吊杆上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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