CN109056528B - 一种铁路上承式钢桁梁悬索桥 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铁路桥梁，特别是一种铁路上承式钢桁梁悬索桥。包括吊索、用于支撑线路的钢桁梁、位于所述钢桁梁两端部的桥台和位于两端部之间的索塔，所述桥台、索塔通过支撑装置对所述钢桁梁进行支撑，所述索塔之间的钢桁梁还用吊索与所述索塔进一步连接，所述钢桁梁的结构为连续整体结构。有益效果是：钢桁梁采用三跨连续梁体系，保证钢梁在索塔处连续，同时采用较小跨度并取消其吊索的边跨来减小梁端转角，提高桥上轨道的平顺性，满足运营条件下列车的安全性和乘坐旅客的舒适性要求；在超过设计地震作用下，钢梁支座解除纵向和横向限位约束，采用纵向阻尼器和横向阻尼器来改善和缓解桥梁地震响应。

Description

一种铁路上承式钢桁梁悬索桥

技术领域

本发明涉及一种铁路桥梁，特别是一种铁路上承式钢桁梁悬索桥。

背景技术

悬索桥作为一种跨越能力最强的桥型，在公路桥梁建设中得到大量应用，千米级以上跨径的桥梁基本都是悬索桥。悬索桥主要由缆索系统、索塔、锚碇和加劲梁组成，竖向活载由加劲梁通过吊索传递至主缆，然后由主缆传递给索塔和锚碇。公路汽车速度低，对行车面平顺性要求也低，因此对加劲梁的刚度要求低，结构体系选择比较灵活，可采用单跨双铰体系、双跨双铰体系、三跨双铰体系、三跨连续体系等。公路汽车荷载轻，其制动力相应小，所以公路悬索桥加劲梁的约束多采用半漂浮甚至全漂浮体系。由于加劲梁纤细，索塔截面尺寸也较小，因此悬索桥地震震动响应中主要考虑加劲梁位移效应，常用纵向阻尼器来缓解。

目前，世界上没有建成并运营的铁路悬索桥，难度主要体现如下：铁路悬索桥是柔性结构，列车作用下，加劲梁变形曲率大，尤其是梁端。从而造成轨道的平顺性差，对列车的行车安全造成威胁，也影响乘坐的舒适性。列车荷载重，其制动力和起动力大且频率也高；铁路悬索桥体量大，其地震震动下钢梁响应明显，这两者都和公路悬索桥不同。铁路线路数目一般为单线和双线，大跨度铁路悬索桥所需的加劲梁宽度要大大超过双线桥梁宽度，即铁路线路确定的桥面宽度与大跨度铁路悬索桥需要的桥钢梁宽度不匹配问题。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种铁路上承式钢桁梁悬索桥。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种铁路上承式钢桁梁悬索桥，包括吊索、用于支撑线路的钢桁梁、位于所述钢桁梁两端部的桥台和位于两端部之间的索塔，所述桥台、索塔通过支撑装置对所述钢桁梁进行支撑，所述索塔之间的钢桁梁还用吊索与所述索塔进一步连接，所述钢桁梁的结构为连续整体结构。本申请设计的铁路上承式钢桁梁悬索桥，其钢桁梁采用三跨连续梁体系，保证钢梁在索塔处连续，同时采用较小跨度并取消其吊索的边跨来减小梁端转角，提高桥上轨道的平顺性，满足运营条件下列车的安全性和乘坐旅客的舒适性要求。

作为本发明的优选方案，支撑装置位于钢横梁与索塔或桥台的交接处，支撑装置包括支座，支座位于钢桁梁的下部。

作为本发明的优选方案，支座包括固定支座、横向活动支座、纵向活动支座和多向活动支座，支座用于传递钢桁梁的竖向力，其中横向活动支座还用于降低钢桁梁的纵向位移，纵向活动支座还用于降低钢桁梁的横向位移。

作为本发明的优选方案，支撑装置还包括阻尼器，阻尼器包括纵向阻尼器和横向阻尼器,纵向阻尼器用于减少钢桁梁的纵向位移，横向阻尼器用于减少钢桁梁的横向位移。

本申请设计的铁路上承式钢桁梁悬索桥，在利用一种加设自由微动的纵向阻尼器避免列车制动和起动对其产生不利影响的基础上，采用支座纵向限位约束来抵抗列车制动和起动作用，减小了钢梁纵向位移，从而取消中央扣措施。同时，采用支座横向限位约束来抵抗横向风位移，避免单独设置横向风支座。在超过设计地震作用下，钢梁支座解除纵向和横向限位约束，采用纵向阻尼器和横向阻尼器来改善和缓解桥梁地震响应。

作为本发明的优选方案，固定支座、纵向活动支座和横向活动支座，在地震的情况下可以解除位移限制，以使阻尼器发挥减缓悬索桥地震响应的作用。

作为本发明的优选方案，还包括用于承受线路荷载的桥面系，桥面系位于钢桁梁的上部。

本申请设计的铁路上承式钢桁梁悬索桥，采用水平桁架与正交异性钢桥面组合的上承式铁路桥面系和在横梁下端设置支承横向斜杆的构造，解决了较少线路数目的大跨度铁路悬索桥超宽度桁宽的构造布置问题。

作为本发明的优选方案，桥面系包括用于承受线路荷载的桥面板、位于桥面板下方并沿桥面纵向隔开布置的横梁，位于桥面板下方沿桥面横向隔开布置的纵梁、边纵梁，横梁的两端分别与钢桁梁相连。

作为本发明的优选方案，还包括位于桥面板下方的横肋和桁架式斜杆，横肋沿桥面纵向隔开布置，横肋与边纵梁相连,边纵梁通过桁架式斜杆与钢桁梁相连。

作为本发明的优选方案，桁架式斜杆与钢桁梁通过铰接的方式相连，桁架式斜杆与边纵梁通过铰接的方式相连。

本专利设计的铁路上承式钢桁梁悬索桥，其钢桁梁的结构体系采用三跨连续钢桁梁体系，即钢桁梁在索塔处连续通过，边跨采用较短的跨度并取消吊索。

本申请设计的铁路上承式钢桁梁悬索桥，其钢桁梁的约束条件由支座和阻尼器组成。支座设置在钢桁梁下弦与桥台或索塔相接处，在桥台处设置纵向活动支座和多向活动支座，在索塔处设置固定支座和横向活动支座，在索塔处设置纵向活动支座和多向活动支座，在桥台处设置纵向活动支座和多向活动支座。阻尼器有纵向阻尼器和横向阻尼器，钢梁上弦平面布置横向阻尼器和下弦平面布置横向阻尼器，钢梁下弦平面布置纵向阻尼器。钢桁梁的支座和阻尼器功能如下：

支座除传递钢梁竖向力外，固定支座和横向支座用来抵抗列车制动力和起动力，同时降低钢梁纵向位移；固定支座、纵向活动支座用来抵抗横向风力。在超过设计地震的作用下，部分固定支座和纵向活动支座解除位移限制，阻尼器发挥主导作用。

本申请设计的铁路上承式钢桁梁悬索桥，其桥面系在钢桁梁上弦平面，采用水平桁架与正交异性钢桥面组合的铁路桥面系，在主桁节点横梁和纵梁相交下端设置支承横向斜杆。该构造包括钢桥面板、横梁、横肋、纵梁、边纵梁，水平桁架斜杆、横向斜杆、上弦杆、下弦杆、斜腹杆、竖腹杆、下平联撑杆、下平联斜杆。桥面竖向荷载传力途径如下：纵梁传递给横梁，横梁传递给上弦杆和横向斜杆，横向斜杆再传递给下弦杆。横肋传递给水平桁架斜杆，斜杆传递给上弦杆。

本申请还公开了一种加设自由微动的液体粘滞阻尼器，包括液体黏滞阻尼装置，还包括自由微动装置，自由微动装置设于液体黏滞阻尼装置的一端。液体黏滞阻尼器是具有常规液体黏滞阻尼器的性能，能在温度及混凝土收缩徐变下自由变形，在较大的动荷载作用下起到减振耗能作用，本申请通过增加自由微动装置，可很好地避免刹车荷载及行车荷载对液体黏滞阻尼器产生扰动，大大减少了液体黏滞阻尼器在日常列车制动及行车荷载作用下产生的累积行程，同时也可以把温度变形对阻尼器耐久性产生的影响考虑在内，将大大降低了阻尼器密封件的磨损量，较当前普通液体黏滞阻尼器的寿命长。

作为本发明的优选方案，自由微动装置包括套筒、穿出套筒的缸体、穿出缸体的销钉式挡体以及用于连接的连接环，套筒可活动地套设于缸体外，销钉式挡体的一端设有固定挡块。作为本发明的优选方案，套筒内部设有移动挡块,移动挡块上开有通孔，移动挡块的通孔内尺寸小于固定挡块的外尺寸，移动挡块的通孔内尺寸小于缸体的外尺寸，移动挡块位于固定挡块与缸体之间。在动力荷载作用下，桥梁上部结构与索塔或墩台之间产生相对位移，同时带动连接环和套筒所连接形成的刚体与缸体和销钉式挡体所形成的刚体产生相对运动，当振动所引起的最大相对位移时，移动挡块只在固定挡块和套筒一端所形成的腔体间隙内运动，当振动所引起的最大相对位移进一步增大时，移动挡块将抵紧固定挡块或套筒的一端端头，若结构振动所产生的最大相对位移再进一步增大时，由于移动挡块已充分的抵紧固定挡块或套筒的一端端头，此时液体黏滞阻尼器的缸体一和缸体二产生拉伸或压缩变形。动力荷载可以表现为列车制动和行车荷载、温度荷载、地震荷载。固定挡块和套筒的一端端头所组成的间隙可以设置为一个固定的值，间隙的大小根据结构减振的需要考虑为列车行车及制动所产生的变形，或温度荷载所产生的变形，或两种荷载的组合效应。为了较大的提高阻尼器的使用寿命，一般可以考虑为二者的组合效应。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、钢桁梁的结构为连续整体结构，保证钢梁在索塔处连续，同时采用较小跨度并取消其吊索的边跨来减小梁端转角，提高桥上轨道的平顺性，满足运营条件下列车的安全性和乘坐旅客的舒适性要求；

2、在超过设计地震作用下，钢梁支座解除纵向和横向限位约束，采用纵向阻尼器和横向阻尼器来改善和缓解桥梁地震响应。

附图说明

图1为铁路上承式钢梁悬索桥立面布置图；

图2为实施例1钢桁梁在桥台、索塔处的支座布置；

图3为实施例1钢桁梁上弦平面在桥台、索塔处的阻尼器布置；

图4为实施例1钢桁梁下弦平面在桥台、索塔处的阻尼器布置；

图5为实施例1钢桁梁一个节间的桥面系构造；

图6为实施例1钢桁梁横梁处钢桁梁横断面构造；

图7为实施例1钢桁梁横肋处的横断面构造；

图中标记：吊索-1，主缆-2，锚碇-3，索塔-4a，索塔-4b，钢桁梁-5，桥台-6a，桥台-6b，固定支座-11，纵向活动支座-12、13，多向活动支座-14、16、17，横向活动支座-15、20、21、22、23、24、25，加设自由微动的纵向阻尼器-26、28、29，纵向阻尼器-27，上弦杆-30，下弦杆-31，竖腹杆-32，斜腹杆-33，桥面钢桥面板-34，横梁-35，横肋-36，纵梁-37，边纵梁-38，水平桁架斜杆-39，横向斜杆-40，下平联横杆-41，下平联斜杆-42。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种铁路上承式钢桁梁5悬索桥，包括吊索1、用于支撑线路的钢桁梁5、位于所述钢桁梁5两端部的桥台(6a、6b)和位于两端部之间的索塔(4a、4b)，所述桥台(6a、6b)、索塔(4a、4b)通过支撑装置对所述钢桁梁5进行支撑，所述索塔(4a、4b)之间的钢桁梁5还用吊索1与所述索塔(4a、4b)进一步连接，所述钢桁梁5为连续整体结构。

本申请设计的铁路上承式钢桁梁5悬索桥，其钢桁梁5采用三跨连续梁体系，保证钢梁在索塔(4a、4b)处连续，同时采用较小跨度并取消其吊索1的边跨来减小梁端转角，提高桥上轨道的平顺性，满足运营条件下列车的安全性和乘坐旅客的舒适性要求。

进一步，支撑装置位于钢横梁35与索塔(4a、4b)或桥台(6a、6b)的交接处，支撑装置包括支座，支座位于钢桁梁5的下部。

进一步，支座包括固定支座11、横向活动支座(15、20、21、22、23、24、25)、纵向活动支座(12、13)和多向活动支座(14、16、17)，支座用于传递钢桁梁5的竖向力，其中横向活动支座(15、20、21、22、23、24、25)还用于降低钢桁梁5的纵向位移，纵向活动支座(12、13)还用于降低钢桁梁5的横向位移。

进一步，支撑装置还包括阻尼器，阻尼器包括纵向阻尼器(26、27、28、29)和横向阻尼器,纵向阻尼器(26、27、28、29)用于减少钢桁梁5的纵向位移，横向阻尼器用于减少钢桁梁5的横向位移。

本申请设计的铁路上承式钢桁梁5悬索桥，在利用一种加设自由微动的纵向阻尼器(26、27、28、29)避免列车制动和起动对其产生不利影响的基础上，采用支座纵向限位约束来抵抗列车制动和起动作用，减小了钢梁纵向位移，从而取消中央扣措施。同时，采用支座横向限位约束来抵抗横向风位移，避免单独设置横向风支座。在超过设计地震作用下，钢梁支座解除纵向和横向限位约束，采用纵向阻尼器(26、27、28、29)和横向阻尼器来改善和缓解桥梁地震响应。

进一步，固定支座11、纵向活动支座(12、13)和横向活动支座(15、20、21、22、23、24、25)，在地震的情况下可以解除位移限制，以使阻尼器发挥减缓悬索桥地震响应的作用。

进一步，还包括用于承受线路荷载的桥面系，桥面系位于钢桁梁5的上部。

本申请设计的铁路上承式钢桁梁5悬索桥，采用水平桁架与正交异性钢桥面组合的上承式铁路桥面系和在横梁35下端设置支承横向斜杆40的构造，解决了较少线路数目的大跨度铁路悬索桥超宽度桁宽的构造布置问题。

进一步，桥面系包括用于承受线路荷载的桥面板、位于桥面板下方并沿桥面纵向隔开布置的横梁35，位于桥面板下方沿桥面横向隔开布置的纵梁37、边纵梁38，横梁35的两端分别与钢桁梁5相连。

进一步，还包括位于桥面板下方的横肋36和桁架式斜杆，横肋36沿桥面纵向隔开布置，横肋36与边纵梁38相连,边纵梁38通过桁架式斜杆与钢桁梁5相连。

进一步，桁架式斜杆与钢桁梁5通过铰接的方式相连，桁架式斜杆与边纵梁38通过铰接的方式相连。

钢桁梁5采用三跨连续钢桁梁，即钢桁梁5在索塔(4a、4b)处连续通过，边跨采用较短的跨度并取消吊索1。

铁路上承式钢桁梁5悬索桥，其钢桁梁5的约束由支座和阻尼器组成。支座设置在钢桁梁5下弦与桥台(6a、6b)或索塔(4a、4b)相接处，在桥台(6a、6b)处设置纵向活动支座(12、13)和多向活动支座(14、16、17)，在索塔(4a、4b)处设置固定支座11和横向活动支座(15、20、21、22、23、24、25)，在索塔(4a、4b)处设置纵向活动支座(12、13)和多向活动支座(14、16、17)，在桥台(6a、6b)处设置纵向活动支座(12、13)和多向活动支座(14、16、17)。阻尼器有纵向阻尼器(26、27、28、29)和横向阻尼器，钢梁上弦平面布置横向阻尼器和下弦平面布置横向阻尼器，钢梁下弦平面布置纵向阻尼器(26、27、28、29)。钢桁梁5的支座和阻尼器功能如下：

支座除传递钢梁竖向力外，固定支座11和横向支座用来抵抗列车制动力和起动力，同时降低钢梁纵向位移；固定支座11、纵向活动支座(12、13)用来抵抗横向风力。在超过设计地震的作用下，部分固定支座11和纵向活动支座(12、13)解除位移限制，阻尼器发挥主导作用。

钢桁梁5悬索桥，其桥面系在钢桁梁5上弦平面，采用水平桁架与正交异性钢桥面组合的铁路桥面系，在主桁节点横梁35和纵梁37相交下端设置支承横向斜杆40。该构造包括钢桥面板、横梁35、横肋36、纵梁37、边纵梁38，水平桁架斜杆39、横向斜杆40、上弦杆30、下弦杆31、斜腹杆33、竖腹杆32、下平联撑杆、下平联斜杆42。桥面竖向荷载传力途径如下：纵梁37传递给横梁35，横梁35传递给上弦杆30和横向斜杆40，横向斜杆40再传递给下弦杆31。横肋36传递给水平桁架斜杆39，斜杆传递给上弦杆30。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种铁路上承式钢桁梁悬索桥，其特征在于，

包括用于支撑线路的钢桁梁、位于所述钢桁梁两端的桥台、位于所述钢桁梁两端之间的索塔和支撑装置；

所述支撑装置位于所述钢桁梁与所述桥台、索塔的交接处；

所述桥台、索塔通过所述支撑装置对所述钢桁梁进行支撑；

所述钢桁梁结构为连续的整体结构；

所述支撑装置包括支座，所述支座位于所述钢桁梁的下部，所述支座包括固定支座、横向活动支座、纵向活动支座和多向活动支座，所述支座用于传递钢桁梁的竖向力，其中所述横向活动支座还用于降低所述钢桁梁的纵向位移，所述纵向活动支座还用于降低所述钢桁梁的横向位移；

所述支撑装置还包括阻尼器，所述阻尼器包括纵向阻尼器和横向阻尼器,所述纵向阻尼器用于减少所述钢桁梁的纵向位移，所述横向阻尼器用于减少所述钢桁梁的横向位移；

还包括用于承受线路荷载的桥面系，所述桥面系位于所述钢桁梁的上部；

所述桥面系包括用于承受线路荷载的桥面板、位于桥面板下方并沿桥面纵向隔开布置的横梁，位于桥面板下方沿桥面横向隔开布置的纵梁、边纵梁，横梁的两端分别与所述钢桁梁相连；还包括位于桥面板下方的横肋和桁架式斜杆，横肋沿桥面纵向隔开布置，横肋与所述边纵梁相连，边纵梁通过桁架式斜杆与所述钢桁梁相连，桁架式斜杆与所述钢桁梁通过铰接的方式相连，所述桁架式斜杆与所述边纵梁通过铰接的方式相连；

所述悬索桥还包括加设自由微动的液体粘滞阻尼器，包括液体黏滞阻尼装置，还包括自由微动装置，自由微动装置设于液体黏滞阻尼装置的一端，自由微动装置包括套筒、穿出套筒的缸体、穿出缸体的销钉式挡体以及用于连接的连接环，套筒可活动地套设于缸体外，销钉式挡体的一端设有固定挡块；套筒内部设有移动挡块，移动挡块上开有通孔，移动挡块的通孔内尺寸小于固定挡块的外尺寸，移动挡块的通孔内尺寸小于缸体的外尺寸，移动挡块位于固定挡块与缸体之间，在动力荷载作用下，桥梁上部结构与索塔或墩台之间产生相对位移，同时带动连接环和套筒所连接形成的刚体与缸体和销钉式挡体所形成的刚体产生相对运动。

2.根据权利要求1所述的悬索桥，其特征在于，所述索塔至少为两个，所述索塔之间通过主缆连接，所述索塔之间的钢桁梁还用吊索与所述主缆连接。

3.根据权利要求1所述的悬索桥，其特征在于，所述固定支座、所述纵向活动支座和所述横向活动支座，在地震的情况下可以解除位移限制，以使阻尼器发挥减缓悬索桥地震响应的作用。