CN108385519A - 多塔悬索桥主缆索股布置结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多塔悬索桥主缆索股布置结构，包括设有承缆槽的索鞍、布置在承缆槽内的索股和隔板，所述索股在承缆槽内布置结构的截面为菱形结构，所述承缆槽的槽型结构与索股的布置结构相吻合，该菱形结构中较长对角线作为索股在承缆槽内布置结构的中央列索股。本发明提高了索鞍抗滑移安全性，由此提高了悬索桥中主塔的刚性。

Description

多塔悬索桥主缆索股布置结构

技术领域

本发明涉及悬索桥技术领域，具体而言，涉及一种多塔悬索桥主缆索股布置结构。

背景技术

多塔悬索桥在跨越宽阔水域时极具竞争优势，但由于中主塔缺少边缆的有效约束，导致多塔悬索桥的整体刚度较弱，而较高的整体刚度是保障多塔悬索桥跨越能力的基本前提之一，其中增加中主塔刚度是提高整体刚度的有效手段。但是研究表明当中主塔的刚度增加时，多塔悬索桥的索力差也会随之增大，从而导致中主塔上的索鞍滑移风险也随之增加，在最不利工况下，即中主塔一跨满载而另一跨空载时，中主塔两侧会产生巨大的不平衡力，因此对于中主塔索鞍的抗滑移能力要求十分严格。

由此可见，多塔悬索桥的中主索鞍与主缆间的抗滑移安全性，是确保多塔悬索桥体系受力安全的基本前提之一。现有研究表明：主缆与索鞍间的摩擦抗力主要由主缆与索鞍承缆槽底面间的摩擦抗力和主缆与承缆槽侧壁间的摩擦抗力两大部分组成；增大主缆与索鞍承缆槽间的接触面积可以提高摩擦抗力，如在索鞍承缆槽内设置横向或竖向摩擦板，但密集的竖向摩擦板大幅增加了索鞍的制造复杂性和索股安装难度，而增设横向摩擦板对于制造和施工的要求更高；增加主缆的径向力也能提高主缆与索鞍间的摩擦抗力，如在索股上施加预紧力，但所施加的预紧力表现出显著的时变衰减性。

发明内容

本发明的主要目的在于提供多塔悬索桥主缆索股布置结构，以解决现有技术中多塔悬索桥索鞍滑移风险较高的问题。

为了实现上述目的，根据本发明提供的一种多塔悬索桥主缆索股布置结构，包括设有承缆槽的索鞍、布置在承缆槽内的索股和隔板，所述索股在承缆槽内布置结构的截面为菱形结构，所述承缆槽的槽路与索股的布置结构相吻合，该菱形截面中较长对角线作为索股在承缆槽内布置结构的中央列索股。较长对角线即为索股排列而成，本发明的结构相比于现有技术中央列索股高度有所提高，同时索股列数增加。经本申请人研究发现，承缆槽两侧壁受到的索股的侧向压力大小相同，且与中间最高列索股的受力状态直接相关，随着中央列索股高度的增加，索股整体传递到承缆槽侧壁上的侧向压力增大，故两者接触面间的摩擦力也逐步增大，与此同时增加索股列数使得索股与承缆槽底之间的接触面积大大增加，增大索股与承缆槽底的接触面积有利于增大两者间的接触稳定性。由此判断，在索股数目基本相同的情况下，本发明中的主缆索股布置结构与现有技术普遍采用的形式相比，能够发挥出最大的抗滑移效应，由此降低索鞍滑移风险，提高悬索桥的结构稳定性，为悬索桥刚度提高提供了良好的条件。其中菱形结构为正方形结构时，所述较长对角为正方形结构中两条对角线中的任意一条对角线即可。

在设计的索股数目基本相同的情况下，本发明所提出的多塔悬索桥主缆索股布置结构相比于现有的六边形布置结构将索股列数增加，索股与索鞍的承缆槽槽底的摩擦接触面增加，主缆转向时产生的径向力最终通过索股传递至承缆槽底，对槽底产生巨大的竖向压力，当主缆与槽底具有相对于索鞍滑动的趋势时，索股与槽底的接触面上便能产生抵抗滑移的摩擦抗力，增大索股与承缆槽底的接触面积有利于增大两者间的接触稳定性，提高索鞍抗滑移安全性；除此之外本发明还将中央列索股的高度增加，随着中央列索股高度的增加，索股整体传递到承缆槽侧壁上的侧向压力增大，故两者接触面间的摩擦力也逐步增大，由此也提高了索鞍抗滑移安全性。

进一步地，所述菱形结构中的索股列由中央列索股向两边按照两个索股的差量依次递减。在此条件下，所得本发明多塔悬索桥主缆索股布置结构使得索鞍与主缆之间的摩擦抗力最大。

进一步地，所述索股为镀锌高强钢丝或镀锌钢丝绳。

进一步地，所述镀锌高强钢丝直径为4.5-5.5mm。

进一步地，所述索股在承缆槽内布置结构的截面为正方形结构。采用索股在承缆槽内布置结构的截面为正方形结构的布置结构为最优布置结构。

进一步地，所述索股在承缆槽内布置结构的截面空隙率为18-22％。

可见，在设计的索股数目相同的情况下，本发明所提出的多塔悬索桥主缆索股布置结构相比于现有的正六边形布置结构将索股列数增加，索股与索鞍的承缆槽槽底的摩擦接触面增加，同时提高了中列索股高度，大缆整体对承缆槽侧壁侧向压力增大。由此本发明中的索鞍整体的抗滑移摩擦力显著提高，使得所构成的悬索桥的稳定性加强。本发明适用于悬索桥施工技术领域。

本发明的有益效果主要体现在：

第一，本发明全面考虑了索股与索鞍承缆槽底和索股与索鞍承缆槽壁间的摩擦特性，综合优化布索方式，与现有技术相比，在索股数目不变的前提下，使索股与主缆间的抗滑移能力得到了更好的发挥，提升了两者之间的抗滑移安全性；

第二，本发明降低了悬索桥施工成本，在提高悬索桥刚度的基础上无须增加额外的材料消耗。本发明在原索鞍主要的设计参数基础上，保持索股数目基本相同，材料用量基本不增加，通过调整索股布置结构，实现中索鞍受力的改善，较为显著地提高主缆与索鞍间的摩擦抗力；

第三，本发明主缆成束方便，并且无须考虑附加的施工步骤，采用原有成熟的建设工艺即可。本发明所提出的多塔悬索桥主缆索股布置结构使得索股对称地布置在承缆槽横截面的对称轴两侧，中间高两边低，中央列索股最高，由中间向两边每列索股数量依次递减，构成的主缆横截面为四边长度相等并且中心对称的菱形，成束方便，施工简单；

第四，现有成熟的增加索鞍摩擦抗力的手段依旧适用，增设竖向或横向摩擦板是目前增加索鞍摩擦抗力的主要手段，铸造方法和施工工艺均已成熟，在本发明中同样适用。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来辅助对本发明的理解，附图中所提供的内容及其在本发明中有关的说明可用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明多塔悬索桥主缆索股布置结构中索股在承缆槽内布置结构的截面示意图。

图2为现有技术中索股在承缆槽内布置结构的截面示意图。

图3本发明多塔悬索桥主缆索股布置结构的结构示意图。

上述附图中的有关标记为：

1：中央列索股；

2：隔板；

3：承缆槽壁；

4：承缆槽底；

5：锌块；

6：索股；

7：鞍头；

8：鞍身；

9.承缆槽；

10.槽路；

11.大拉杆；

12.小拉杆；

13.加劲肋；

14.底板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：

本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一分部的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

关于本发明中术语和单位。本发明的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。术语“中央列索股”为索股布置结构中处于中央的一列索股。术语“空隙率”表示在索股布置体积中空隙体积占的比例。

本发明多塔悬索桥主缆索股布置结构，包括设有承缆槽9的索鞍、布置在承缆槽9内的索股6和隔板2，所述索股6在承缆槽内布置结构的截面为菱形结构，所述承缆槽9的槽型结构与索股6的布置结构相吻合，该菱形结构中索股6排列而成的较长对角线作为索股6在承缆槽9内布置结构的中央列索股1。

所述索股6在承缆槽9内布置结构的截面为正方形结构。

所述索股6为镀锌高强钢丝或镀锌钢丝绳。

所述镀锌高强钢丝直径为4.5-5.5mm。

所述菱形结构中的索股6列由中央列索股1向两边按照两个索股6的差量依次递减。

所述索股6在承缆槽内布置结构的截面空隙率为18-22％。

如图1所示，本发明提供了一种多塔悬索桥主缆索股布置结构的具体实施方式，所述索股6在承缆槽9内布置结构的截面为正方形结构，正方形结构的对角线作为中央列索股1，每根索股6由127根镀锌高强钢丝构成,在该布置结构中113根索股6对称地布置在承缆槽9横截面的对称轴两侧，该布置结构即为主缆，共15层15列，中央列索股1最高，由中间向两边每列索股数量按两个索股数量差依次递减。为便于描述，将索股6分层由下到上编号为第1至15层、从左到右编号为第1至第15列。所述镀锌高强钢丝直径为4.5-5.5mm，其中钢丝的公称抗拉强度不宜小于1600MPa。所述索股6在承缆槽9内布置结构的截面空隙率为18-22％。

如图3所示，主缆在索鞍处平缓过渡并完成转向。索鞍包括鞍头7和鞍身8组成的鞍体、底板13以及附属装置。鞍头7包含直接承放主缆的承缆槽9和隔板2，鞍头7是与主缆直接接触的部分。大体呈V形的承缆槽9含有承缆槽壁3和承缆槽底4，承缆槽底4设有与主缆索股6形状相吻合的纵向槽路10，所述承缆槽9槽型结构即体现在槽路10的结构上，槽路10的横断面根据索股6的排列形式设置成方形台阶槽状，中间低，两边高，槽路10分别与第1至第8层主缆索股的下表面接触。台阶之间设置与承缆槽底4连接的隔板2，在本具体实施方式中隔板2采用的是竖向隔板，在一些施工情况下根据具体施工结构也可以采用横向隔板，隔板2将每列索股6分开，每个隔板2又分为竖向叠置的若干块，以方便主缆索股从下到上逐层入鞍。鞍身8是支承鞍头7的骨架，底板14为鞍体提供一个较高精度的安装平面。在承缆槽9中的索股6顶部填入锌块5，增加最终传递到承缆槽底4的压力。在锌块5上方用8根大拉杆10和4对小拉杆11将承缆槽壁3上部对拉，拉杆沿索鞍纵向排列，大拉杆10贯穿隔板2和承缆槽壁3，小拉杆11未穿过承缆槽壁3，两者两端都通过拧紧螺栓与两侧承缆槽壁3锁定，以改善承缆槽壁3的受力状态增加主缆索股与其接触面上的侧向压力。承缆槽壁3外侧纵向设有多排加劲肋13对索鞍整体进行加固。

如图2所示，为现有技术中索股在承缆槽内布置结构的截面示意图，在现有技术中索股在承缆槽内布置结构为正六边型结构，所述承缆槽的槽型结构与索股6的布置结构相吻合。

在实际应用中采取本发明所提出的多塔悬索桥主缆索股布置结构来布置索股时，其建设工艺与传统工艺相同，无须考虑额外的施工步骤。

以下通过几组实验对比本发明多塔悬索桥主缆索股布置结构下以及现有技术下索鞍与主缆之间的摩擦抗力大小。

以下几组实验，每组实验均包括113根索股，每根索股由127根镀锌高强钢丝构成,均采用大型通用有限元软件Abaqus进行建模计算。选取索鞍某任意横截面的平面应力状态进行分析，在外荷载作用下，得到该截面的索股与承缆槽底接触面上的正应力σ1、索股与承缆槽壁接触面上的正应力σ2。设该截面上索股与承缆槽底接触面面积为S1，索股与承缆槽壁接触面面积为S2，,则正应力σ乘以接触面面积S则得到该截面上索股与承缆槽的接触压力N＝σ1·S1+σ2·S2。认为索鞍内接触面的摩擦系数为常数μ，则该截面索股与索鞍的摩擦抗力大小为f＝μN。计算得到某任意横截面内的摩擦抗力f后，再沿索鞍纵向分段求和得到整个索鞍在外荷载作用下的摩擦抗力F。

在有限元模型中，对索股单元施加相同的径向单位体积力，分别得到采用两种索股排列形式下索股的应力云图，其中索股与承缆槽壁间的压应力通过提取索股底部竖向应力s22得到，索股与承缆槽底间的压应力通过提取中列索股侧向应力s11得到。

实施例1-4：采用本发明多塔悬索桥主缆索股布置结构；

对比例1：采用现有技术中索股在承缆槽内布置结构为正六边型结构的布置结构；

上述两组实验中索鞍与主缆的摩擦抗力如下表1所示：

表1

实验	索鞍与主缆的摩擦抗力(kN)
		实施例1	124269.8kN
对比例1	103456.7kN

本实施例1所得索鞍与主缆的摩擦抗力相比于对比例1提高了20.1％。

根据上述实验结果结合工程实际施工经验可知，采用现有技术中的正六边型结构的索股布置结构的索鞍与主缆摩擦抗力要小于本发明中的索鞍与主缆摩擦抗力。

实施例1-4索鞍与主缆的摩擦抗力大小比较结果如表2所示。

表2

实验	菱形结构对角线对应角度(°)	索鞍与主缆的摩擦抗力大小
			实施例1	90	相比于对比例1明显提高
实施例2	70	相比于对比例1较为明显提高
			实施例3	50	相比于对比例1较为明显提高
实施例3	30	相比于对比例1较为提高

上述菱形结构对角线对应角度指的是连接形成对角线的两个角的角度，由此可见，当索股在承缆槽内布置结构的截面为正方形结构时，索鞍与主缆的摩擦抗力大小提升最高。

能够实现本发明，基于本发明的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.多塔悬索桥主缆索股布置结构，包括设有承缆槽(9)的索鞍、布置在承缆槽(9)内的索股(6)和隔板(2)，其特征在于，所述索股(6)在承缆槽(9)内布置结构的截面为菱形结构，所述承缆槽(9)的槽型结构与索股(6)的布置结构相吻合，该菱形结构中较长对角线作为索股(6)在承缆槽(9)内布置结构的中央列索股(1)。

2.如权利要求1所述的多塔悬索桥主缆索股布置结构，其特征在于，所述索股(6)在承缆槽(9)内布置结构的截面为正方形结构。

3.如权利要求1所述的多塔悬索桥主缆索股布置结构，其特征在于，所述索股(6)为镀锌高强钢丝或镀锌钢丝绳。

4.如权利要求3所述的多塔悬索桥主缆索股布置结构，其特征在于，所述镀锌高强钢丝直径为4.5-5.5mm。

5.如权利要求1所述的多塔悬索桥主缆索股布置结构，其特征在于，所述菱形结构中的索股列由中央列索股(1)向两边按照两个索股(6)的差量依次递减。

6.如权利要求1所述的多塔悬索桥主缆索股布置结构，其特征在于，所述索股(6)在承缆槽(9)内布置结构的截面空隙率为18-22％。