CN108505428A - 一种大夹角小半径多塔曲线斜拉桥 - Google Patents

Abstract

本发明涉及桥梁结构技术领域，具体地指一种大夹角小半径多塔曲线斜拉桥。包括边跨梁段和中跨梁段；所述的边跨梁段为直线梁段，通过边跨斜拉索悬吊支承于边跨桥塔上；所述的中跨梁段为衔接两侧边跨梁段的弧形曲线梁段，通过中跨斜拉索悬吊支承于中跨桥塔上；所述的中跨桥塔塔高不高于两侧边跨桥塔塔高，中跨梁段远离其圆心的一侧设置有与中跨桥塔连接的张拉结构。本发明的桥梁结构简单，施工方便，成本低廉，具有良好的经济性，且跨度大、安全性高，具有极大的推广价值。

Description

一种大夹角小半径多塔曲线斜拉桥

技术领域

本发明涉及桥梁结构技术领域，具体地指一种大夹角小半径多塔曲线斜拉桥。

背景技术

对于跨度要求较大且为曲线线路的桥位，目前常规的桥型都难以适用，或者导致的工程造价较高，经济性较差。因此，有必要提出一种新型桥型，以适应上述特殊桥位。结合上述桥位，曲线斜拉桥是一种较为成熟的桥型，当跨度要求较大时，可采取曲线多塔斜拉桥的结构形式。

首先，对于多塔斜拉桥，其普遍存在的问题是中塔刚度较低。目前在设计多塔斜拉桥及解决中塔刚度问题时，常规的做法及存在的一些问题如下：

(1)总体布置而言，往往将多塔斜拉桥设计成“高中塔、低边塔”的形式，导致中塔的柔度相比较大，桥梁整体的竖向刚度较低。如再在此基础上通过加大中塔截面等方式来提高中塔刚度，经济性较差。

(2)对于提高中塔刚度，通过增设锚固斜缆是比较有效的手段。然而，锚固斜缆的应力疲劳问题比较突出。并且，当边塔下塔柱较高时，或者荷载较大时，边塔的下塔柱将处于不利受力状态。同时，对曲线斜拉桥的中塔采用锚固斜缆，将导致中塔承受较大的横向不利荷载。

其次，对于曲线斜拉桥，中塔的横向不利受力、主梁的扭转、跨中合龙等方面问题较为突出，是控制曲线斜拉桥设计的关键因素。

综上，结合多塔斜拉桥及曲线斜拉桥的技术特点及难点，如何有效的解决曲线多塔斜拉桥的技术问题，是值得研究的问题。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术中提到的常规模式的曲线斜拉桥及多塔斜拉桥存在的一系列问题，提供一种能够有效解决中塔刚度、中塔的横向不利受力、主梁的扭转、跨中合龙等问题的多塔曲线斜拉桥。

本发明的技术方案为：一种大夹角小半径多塔曲线斜拉桥，其特征在于：包括边跨梁段和中跨梁段；所述的边跨梁段为直线梁段，通过边跨斜拉索悬吊支承于边跨桥塔上；所述的中跨梁段为衔接两侧边跨梁段的水平弧形曲线梁段，通过中跨斜拉索悬吊支承于中跨桥塔上；所述的中跨桥塔塔高不高于两侧边跨桥塔塔高，中跨梁段远离其圆心的一侧设置有与中跨桥塔连接的张拉结构。

进一步的所述的张拉结构包括地锚基础；所述的地锚基础位于中跨梁段远离中跨梁段圆心一侧；所述的地锚基础上布置有地锚拉索；所述的地锚拉索下端锚固在地锚基础上，上端锚固在中跨桥塔的塔顶位置。

进一步的所述的地锚基础处于中跨桥塔与中跨梁段圆心连线的延长线上。

进一步的所述的中跨桥塔顺桥向两侧的边跨梁段的中心线的交点处于中跨桥塔与中跨梁段圆心连线的延长线上。

进一步的所述的中跨桥塔顺桥向两侧的边跨梁段的中心线的交点处于地锚基础与中跨桥塔之间。

进一步的所述的地锚基础与中跨桥塔之间布置有多根地锚拉索，多根地锚拉索下端锚固在地锚基础上，上端沿竖直方向等距间隔锚固在中跨桥塔横桥向侧部。

进一步的所述的中跨桥塔为钻石型桥塔，包括下端固定在承台上的两根塔柱以及位于两个塔柱之间的横梁；所述的横梁沿水平横桥向布置；所述的中跨梁段的中间区段支承在横梁上，且中跨梁段的中心与横梁中心在竖直方向上不重合；所述的横梁中心位于张拉结构与中跨梁段中心之间。

进一步的所述的中跨梁段的中心与横梁中心在横桥向方向上间隔1～1.5m。实际上，中跨梁段的中心与横梁中心在横桥向方向上间隔根据中塔基础受力具体计算得出。

进一步的所述的中跨梁段与边跨梁段为公路铁路两用桥梁梁段，中跨梁段的上桥面为倾斜布置的超高公路桥面，所述的边跨梁段的上桥面为公路桥面。

进一步的所述的中跨梁段的上桥面包括多个沿横桥向排列的单位桥面；所述的单位桥面远离中跨梁段圆心的一侧高于该单位桥面靠近中跨梁段圆心的一侧。

进一步的所述的单位桥面远离中跨梁段圆心的一侧高于该单位桥面靠近中跨梁段圆心的一侧30～50cm。实际上，单位桥面内外两侧高差根据主梁曲线半径及设计车速确定。

进一步的所述的中跨桥塔上布置有两排沿横桥向间隔布置的中跨斜拉索，两排中跨斜拉索分别锚固在中跨梁段的横桥向两侧。

本发明的优点有：1、提出了一种多塔曲线斜拉桥的结构形式，为部分特殊桥位桥梁的设计提供了一种新型结构形式的参考。可选择在桥轴线以外有条件的地方设置中墩，避免了采用一个大跨直接跨越，桥梁跨度减小一半，大大降低了工程造价。

2、首次在多塔斜拉桥中采用“高边塔、底中塔”的总体布置形式，有效地缓解了常规多塔斜拉桥的中塔刚度偏弱的问题，较大幅度的提高了桥梁总体竖向刚度；对于多塔曲线斜拉桥，中塔承受较大的斜拉索横向偏心作用力，采用“高边塔、底中塔”的形式，能够有效降低中塔的横向不利受力。

3、对于多塔曲线斜拉桥的中塔，由于同时承受较大的面内及面外荷载，中塔的拉应力水平较高，且难以调节控制，采用钢塔的材料形式，能够有效的克服中塔拉应力较大的问题；通过适当增大截面尺寸，一方面能够降低中塔的应力水平及提高稳定性，另一方面能够有效提高中塔的刚度，从而提高桥梁总体竖向刚度。

4、将多塔曲线斜拉桥的中塔向主梁平面曲线圆心侧设置横向偏心，能够降低中塔基础的横向不利受力，同时能够降低两侧塔柱的轴力差值，使得中塔受力均匀合理。

5、当主梁平面曲线半径较小，或者中塔及其基础的横向受力较大时，可将中塔增设横向地锚索，通过主动张拉的形式以平衡斜拉索的横向偏心作用力，从而降低中塔的横向受力，使结构受力趋于合理。

6、在多塔曲线斜拉桥的边跨设置辅助墩，能够提高桥梁总体竖向刚度。

7、将部分尾索取两对锚固于同一个节点处，能够为边塔提供更强的水平约束，从而提高桥梁总体竖向刚度。

8、为降低主梁的扭矩，合理成桥状态下的两侧斜拉索索力设计成不同的索力值。

9、采用钢混结合梁桥面以实现压重的效果，节约了材料用量，经济效益良好。

10、首次采用一种变高度的横梁结构形式，以满足桥面的超高设计，结构简洁，受力合理，可减少用钢量，桥面超高的设置灵活。

11、本发明在跨中合龙施工时，在合龙口设置横向对拉索，并且降低斜拉索索力，从而降低合龙口的横向偏差，以实现无应力状态合龙的要求。

12、从桥型来说，对于跨度要求较大且为曲线线路的桥位，在同等条件下，当采用悬索桥方案一跨跨越时，其工程造价要比该多塔曲线斜拉桥方案高很多，该多塔曲线斜拉桥能够节约25％的造价；

13、该多塔曲线斜拉桥地形适应性强，特别对于跨度要求较大且为曲线线路的桥位，能够克服常规桥型所存在的缺点，为特殊桥位的设计提供了一种全新的大跨度结构形式参考；

14、该多塔曲线斜拉桥具备良好的美观效果，结构轻盈柔美，能够完美地与周围环境相结合，并为城市桥梁及景观桥梁的设计提供了一个新的景观理念，社会效益显著；

15、该多塔曲线斜拉桥通过一系列措施巧妙地解决了刚度及受力的问题，结构受力合理安全，经济效益良好，是一种值得广泛推广的桥型。

本发明的桥梁结构简单，施工方便，成本低廉，具有良好的经济性，且跨度大、安全性高，具有极大的推广价值。

附图说明

图1：本发明的斜拉桥的主视图；

图2：本发明的斜拉桥的俯视图；

图3：本发明的中跨桥塔与中跨梁段布置结构示意图；

图4：本发明的中跨梁段结构示意图；

图5：本发明的边跨梁段结构示意图；

其中：1—边跨梁段；2—中跨梁段；3—边跨斜拉索；4—边跨桥塔；5—中跨斜拉索；6—中跨桥塔；6.1—承台；6.2—塔柱；6.3—横梁；7—地锚基础；8—地锚拉索；9—单位桥面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本实施例的斜拉桥为跨度大的曲线桥梁，如图1～2所示，包括边跨梁段1和中跨梁段2，边跨梁段1为直线梁段，通过边跨斜拉索3悬吊支承于边跨桥塔1上，中跨梁段2为衔接两侧边跨梁段1的水平弧形曲线梁段，通过中跨斜拉索5悬吊支承于中跨桥塔6上，中跨桥塔6上布置有两排沿横桥向间隔布置的中跨斜拉索5，两排中跨斜拉索5分别锚固在中跨梁段2的横桥向两侧，为了降低中跨梁段2的扭矩，合理成桥状态下的两侧中跨斜拉索5索力可设计成不同的索力值。本实施例的边跨梁段1可以设置多跨，根据实际地形考虑。本实施例通过将整个桥梁跨越的所有弯折区段集中在中跨梁段2上，通过降低桥塔6的高度，形成“高边塔、低中塔”的总体布置形式，从而缩短中塔承载的曲线段梁体长度，进而提高桥梁整体刚度及降低中塔的横向不利受力。

如图1所示，本实施例的中跨梁段2短于边跨梁段1，因此用于承载中跨梁段2的中跨桥塔6的塔高不高于用于承载边跨梁段1的边跨桥塔4。如图3所示，本实施例的中跨桥塔6为钻石型桥塔，包括下端固定在承台6.1上的两根塔柱6.2以及位于两个塔柱6.2之间的横梁6.3，横梁6.3沿水平横桥向布置，中跨梁段2的中间区段支承在横梁6.3上，且中跨梁段2的中心与横梁6.3中心在竖直方向上不重合。

通过设置偏心结构，能够降低中跨桥塔6的基础的横向不利受力，同时能够降低两侧塔柱6.2的轴力差值，使得中跨桥塔6的受力均匀合理。

为了进一步降低中跨桥塔6的横桥向受力，本实施例在中跨梁段2远离其圆心的一侧设置有与中跨桥塔6连接的张拉结构。张拉结构包括位于中跨梁段2远离中跨梁段2圆心一侧的地锚基础7，地锚基础7上布置有地锚拉索8，地锚拉索8下端锚固在地锚基础7上，上端锚固在中跨桥塔6的塔顶位置。地锚基础7处于中跨桥塔6与中跨梁段2圆心连线的延长线上。地锚基础7与中跨桥塔2之间布置有多根地锚拉索8，多根地锚拉索8下端锚固在地锚基础7上，上端沿竖直方向等距间隔锚固在中跨桥塔6横桥向侧部。通过主动张拉的形式以平衡中跨斜拉索5的横向偏心作用力，从而降低中跨桥塔2的横向受力，使结构受力趋于合理。

本实施例的曲线桥梁可以设置为以中跨桥塔6为中心的对称桥梁，也可以设置成不对称结构。中跨桥塔6顺桥向两侧的边跨梁段1的中心线的交点处于中跨桥塔6与中跨梁段2圆心连线的延长线上，中跨桥塔6顺桥向两侧的边跨梁段1的中心线的交点处于地锚基础与中跨桥塔6之间。

如图4～5所示，中跨梁段2与边跨梁段1为公路铁路两用桥梁梁段，边跨梁段1可以采用钢混结合的模式，既实现压重的效果，又节约了材料用量，经济效益良好。中跨梁段2的上桥面为倾斜布置的超高公路桥面，边跨梁段1的上桥面为公路桥面。中跨梁段2的上桥面包括多个沿横桥向排列的单位桥面9，单位桥面9远离中跨梁段2圆心的一侧高于该单位桥面9靠近中跨梁段2圆心的一侧。

本实施例中，可以在边跨梁段1上设置辅助墩，能够提高桥梁总体竖向刚度，将部分边跨斜拉索3取两对锚固于同一个节点处，能够为边跨桥塔4提供更强的水平约束，从而提高提高桥梁总体竖向刚度。

本实施例在合龙施工时，边跨梁段1和中跨梁段2在连接处可设置横向对拉索，并且降低顺桥向两侧的斜拉索索力，从而降低合龙口的横向偏差，以实现无应力状态合龙的要求。

在同等条件下，当采用悬索桥方案一跨跨越时，其工程造价要比本实施例的曲线斜拉桥方案高很多，本实施例的斜拉桥能够节约25％的造价。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种大夹角小半径多塔曲线斜拉桥，其特征在于：包括边跨梁段(1)和中跨梁段(2)；所述的边跨梁段(1)为直线梁段，通过边跨斜拉索(3)悬吊支承于边跨桥塔(1)上；所述的中跨梁段(2)为衔接两侧边跨梁段(1)的水平弧形曲线梁段，通过中跨斜拉索(5)悬吊支承于中跨桥塔(6)上；所述的中跨桥塔(6)塔高不高于两侧边跨桥塔(4)塔高，中跨梁段(2)远离其圆心的一侧设置有与中跨桥塔(6)连接的张拉结构。

2.如权利要求1所述的一种大夹角小半径多塔曲线斜拉桥，其特征在于：所述的张拉结构包括地锚基础(7)；所述的地锚基础(7)位于中跨梁段(2)远离中跨梁段(2)圆心一侧；所述的地锚基础(7)上布置有地锚拉索(8)；所述的地锚拉索(8)下端锚固在地锚基础(7)上，上端锚固在中跨桥塔(6)的塔顶位置。

3.如权利要求2所述的一种大夹角小半径多塔曲线斜拉桥，其特征在于：所述的地锚基础(7)处于中跨桥塔(6)与中跨梁段(2)圆心连线的延长线上。

4.如权利要求3所述的一种大夹角小半径多塔曲线斜拉桥，其特征在于：所述的中跨桥塔(6)顺桥向两侧的边跨梁段(1)的中心线的交点处于中跨桥塔(6)与中跨梁段(2)圆心连线的延长线上。

5.如权利要求4所述的一种大夹角小半径多塔曲线斜拉桥，其特征在于：所述的中跨桥塔(6)顺桥向两侧的边跨梁段(1)的中心线的交点处于地锚基础与中跨桥塔(6)之间。

6.如权利要求3～5任一所述的一种大夹角小半径多塔曲线斜拉桥，其特征在于：所述的地锚基础(7)与中跨桥塔(2)之间布置有多根地锚拉索(8)，多根地锚拉索(8)下端锚固在地锚基础(7)上，上端沿竖直方向等距间隔锚固在中跨桥塔(6)横桥向侧部。

7.如权利要求1所述的一种大夹角小半径多塔曲线斜拉桥，其特征在于：所述的中跨桥塔(6)为钻石型桥塔，包括下端固定在承台(6.1)上的两根塔柱(6.2)以及位于两个塔柱(6.2)之间的横梁(6.3)；所述的横梁(6.3)沿水平横桥向布置；所述的中跨梁段(2)的中间区段支承在横梁(6.3)上，且中跨梁段(2)的中心与横梁(6.3)中心在竖直方向上不重合；所述的横梁(6.3)中心位于张拉结构与中跨梁段(2)中心之间。

8.如权利要求1所述的一种大夹角小半径多塔曲线斜拉桥，其特征在于：所述的中跨梁段(2)与边跨梁段(1)为公路铁路两用桥梁梁段，中跨梁段(2)的上桥面为倾斜布置的超高公路桥面，所述的边跨梁段(1)的上桥面为公路桥面。

9.如权利要求8所述的一种大夹角小半径多塔曲线斜拉桥，其特征在于：所述的中跨梁段(2)的上桥面包括多个沿横桥向排列的单位桥面(9)；所述的单位桥面(9)远离中跨梁段(2)圆心的一侧高于该单位桥面(9)靠近中跨梁段(2)圆心的一侧。

10.如权利要求1所述的一种大夹角小半径多塔曲线斜拉桥，其特征在于：所述的中跨桥塔(6)上布置有两排沿横桥向间隔布置的中跨斜拉索(5)，两排中跨斜拉索(5)分别锚固在中跨梁段(2)的横桥向两侧。