CN109183604A - 一种自锚式悬索桥中央扣构造 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自锚式悬索桥中央扣构造，一种自锚式悬索桥中央扣构造，其特征在于在中跨跨中设置多对刚性中央扣，所述多对刚性中央扣包括中央扣索夹和中央扣杆身，中央扣索夹安装在主缆上，中央扣杆身采用两根工字型钢杆件焊接或栓接而成，该两根工字型钢杆件呈人字形分布，中央扣杆身上端与中央扣索夹连接，中央扣杆身下端与主梁连接。通过调整各中央扣的斜率、截面尺寸等构造，实现多对刚性中央扣的刚度协调，形成斜率不同、截面不同的多对组合式中央扣，使多对中央扣共同发挥作用，平均分担主缆与主梁之间的不平衡力。本发明一种自锚式悬索桥中央扣构造，它能有效解决大跨径自锚式悬索桥主塔塔底受弯不利问题、塔顶主缆滑移问题。

Description

一种自锚式悬索桥中央扣构造

技术领域

本发明涉桥梁工程技术领域，具体地说是一种自锚式悬索桥中央扣构造。

背景技术

悬索桥是一种柔性结构，对于多塔多跨的大跨径悬索桥，结构体系柔度更大，在汽车等活载作用下，尤其是在最不利活载工况下，即一跨满载，一跨空载的状态下，结构变形较大，主缆将会在塔顶产生很大的不平衡力，进而在塔底产生较大的弯矩。为了抵抗该塔底弯矩，通常会通过调整主塔截面，提高主塔的抗弯承载力，但是该方法会加剧塔顶主缆的滑移趋势。针对上述问题，常见的解决方法主要是通过调整主塔截面、塔顶主缆抗滑移措施来实现结构体系的协调，但是随着悬索桥跨径的增大，主塔截面将会不断增加，塔顶主缆滑移趋势将会加剧，两者之间终究会出现不可协调的情况，进而制约多塔悬索桥跨径的发展。

为了更好的解决多塔多跨的大跨径悬索桥主塔受弯的问题，本发明专利从另一个角度提出一种自锚式悬索桥中央扣构造，在跨中将主缆与主梁连接在一起，在最不利活载工况下，通过中央扣构造，减小主缆变形，降低主缆塔顶不平衡力，进而大大减小主塔塔底弯矩。

常见中央扣主要分为刚性中央扣和柔性中央扣两种，在使用中，柔性中央扣大多数情况下是设置多对，刚性中央扣往往只设置一对，中央扣受力较小，这也是常见中央扣构造尺寸相对较小，数量相对较少的原因。中央扣的设置主要是用来改善结构的抗风、抗震等动力特性，也有用来减小缆、梁纵向相对位移，从而改善跨中短吊杆弯折情况，但是还没有中央扣是用来解决最不利活载工况下主塔受弯的静力问题。利用中央扣解决结构体系中主塔的受力问题，中央扣将承受较大的内力，为了合理设计中央扣构造，设置多对中央扣成了必然选择。内力较大时柔性中央扣的锚固将非常困难，此时则只能设置多对刚性中央扣，而多对刚性中央扣的刚度协调、进而平均分配主缆在该处产生的不平衡力，是中央扣设置是否合理、整个悬索桥体系成败的关键。

本发明一种自锚式悬索桥中央扣构造，构造简单，材料用量相比增大主塔截面而增加的材料用量大大减少；该方法不但不会引起塔顶主缆不平衡力的增加反而会降低该不平衡力；该方法能够实现多对刚性中央扣的刚度协调，平均分配主缆不平衡力。本发明一种自锚式悬索桥中央扣构造，具有较高的经济性，合理性和有效性，对悬索桥主塔设计、跨径发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自锚式悬索桥中央扣构造，它能有效解决大跨径悬索桥主塔受弯、塔顶主缆滑移问题，通过调整中央扣的斜率、截面尺寸，实现多对刚性中央扣的刚度协调，形成组合式中央扣，使多对中央扣共同发挥作用，平均分担主缆与主梁之间的不平衡力。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种自锚式悬索桥中央扣构造，其特征在于在中跨跨中设置多对刚性中央扣，所述多对刚性中央扣包括中央扣索夹和中央扣杆身，中央扣索夹安装在主缆上，中央扣杆身采用两根工字型钢杆件焊接或栓接而成，该两根工字型钢杆件呈人字形分布，中央扣杆身上端与中央扣索夹连接，中央扣杆身下端与主梁连接，所述多对刚性中央扣包括内侧中央扣、以及位于内侧中央扣两侧的外侧中央扣，内侧中央扣的工字型钢杆件的斜率小于外侧中央扣的工字型钢杆件的斜率，内侧中央扣的工字型钢杆件的截面翼缘宽度大于外侧中央扣的工字型钢杆件的截面翼缘宽度。

进一步地，中央扣索夹下端与中央扣杆身焊接或者采用螺栓连接。

进一步地，对于钢主梁，中央扣杆身下端与主梁焊接连接。

进一步地，对于混凝土主梁，混凝土主梁设预埋钢构件，然后中央扣杆身下端与预埋件进行焊接连接。

这里说的工字型钢杆件的斜率指的是工字型钢杆件的高度与其在主梁上的投影长度之比。

本发明的一种自锚式悬索桥中央扣构造，用来解决大跨径悬索桥主塔受弯、塔顶主缆滑移问题，通过在跨中设置中央扣，作为主缆在跨中的锚固点，增加结构体系刚度，分担主缆与主梁之间的不平衡力，减小主塔塔底弯矩；采用多对刚性中央扣，通过调整其纵向斜率、截面尺寸，实现主缆与主梁之间的不平衡力在中央扣之间的分配，从而实现在最不利活载工况下减小主缆塔顶不平衡力。其中刚性中央扣上端通过索夹与主缆连接，承担主缆不平衡水平力，下端通过焊接或者其他适合主梁结构的构造与主梁连接，中间采用工字型钢杆件进行焊接或者栓接连接，将主缆与主梁之间的不平衡力传递给主梁承担。本发明通过增大外侧中央扣斜率、减小其截面尺寸，进而减小其纵向刚度，内侧中央扣斜率适当减小、截面尺寸适当增大，保证其纵向刚度与外侧中央扣纵向刚度协调，使主缆不平衡力能够通过外侧中央扣承担一部分水平力后，剩余水平力可以分配到内侧及其后中央扣上面，做到多对中央扣平均分担主缆与主梁之间的不平衡力。本发明通过调整对多对中央扣的纵向倾斜斜率、中央扣的截面尺寸，实现多对中央扣的刚度协调，保证多对刚性中央扣可以共同承担主缆与主梁之间的不平衡力，具有较高的经济性，合理性和有效性，对悬索桥主塔设计、跨径发展具有重要意义。

附图说明

图1为本发明多对刚性中央扣布置图。

图2为图1中外侧中央扣杆身的“工”字形截面。

图3为图1中内侧中央扣杆身的“工”字形截面。

图4为图1中外侧中央扣索夹及内侧中央扣索夹的截面。

图5为多对刚性中央扣在自锚式悬索桥中的布置图。

图中包括：外侧中央扣索夹1、内侧中央扣索夹2、外侧中央扣杆身3、内侧中央扣杆身4、主缆5、主梁顶面6。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述，在本实施例中按照设置三对中央扣进行描述，在实际应用中可以根据设计需要进行调整。

图1为多对刚性中央扣布置图。本发明的一种自锚式悬索桥中央扣构造，主要包括两对外侧中央扣和一对内侧中央扣。

外侧中央扣由外侧中央扣索夹1和外侧中央扣杆身3组成。外侧中央扣索夹1为悬索桥常规索夹，其横断面如图4所示。外侧中央扣杆身3为焊接工字形截面，由两根呈人字形分布的工字型钢杆件焊接而成，其横断面如图2所示。外侧中央扣索夹1安装在主缆上，下端与外侧中央扣杆身3焊接或者采用螺栓连接，外侧中央扣杆身3上端与外侧中央扣索夹1连接，下端与主梁连接。对于钢主梁，外侧中央扣杆身3下端与主梁焊接连接，对于混凝土主梁可以采用预埋钢构件，然后与预埋件进行焊接连接。外侧中央扣杆身的纵向斜率k1=a1/1b1，k3=a3/b3，a1、a3为中央扣的高度，a1、a3的取值根据设计确定，为了保证中央扣的合理受力，设计时a1、a3值不宜过大，b1、b3为外侧中央扣杆身3在主梁上的投影长度。图2为外侧中央扣杆身3横截面，为焊接工字形截面，横桥向尺寸c为工字形截面的高度，顺桥向尺寸d1为工字形截面翼缘宽度。

内侧中央扣由内侧中央扣索夹2和内侧中央扣杆身4组成。内侧中央扣索夹2为悬索桥常规索夹，其横断面如图4所示。内侧中央扣杆身4为焊接工字形截面，其横断面如图3所示。内侧中央扣索夹2安装在主缆上，下端与内侧中央扣杆身4焊接或者采用螺栓连接，4内侧中央扣杆身上端与2内侧中央扣索夹连接，下端与主梁连接。对于钢主梁，内侧中央扣杆身4下端与主梁焊接连接，对于混凝土主梁可以采用预埋钢构件，然后与预埋件进行焊接连接。内侧中央扣的纵向斜率k2=a2/b2，a2为中央扣的高度，a2的取值根据设计确定，为了保证中央扣的合理受力，设计时a2值不宜过大，b2为内侧中央扣杆身4在主梁上的投影长度。图3为内侧中央扣杆身4横截面，为焊接工字形截面，横桥向尺寸c为工字形截面的高度，顺桥向尺寸d2为工字形截面翼缘宽度。

为实现多对中央扣对主缆水平向不平衡力的平均分配，需要不断调整外侧中央扣的斜率k1、k3和内侧中央扣的斜率k2，一般k1、k3≥k2，k1、k3大小一般比较接近，具体取值根据计算需要确定。优选地，k1、k3与k2的比值在1.5~2:1为佳。外侧中央扣杆身3尺寸与内侧中央扣杆身4尺寸在截面高度上具有相同取值c，各自的翼缘尺寸对纵向刚度影响较大，为调整其刚度，还可以通过改变截面翼缘宽度d1、d2的取值来实现，一般d1≤d2。同时调整k1、k2、k3，d1、d2的值可以更快速的实现多对刚性中央扣的纵向刚度协调，使得外侧中央扣的纵向刚度相比内侧中央扣的纵向刚度要小。

本发明一种自锚式悬索桥中央扣构造，通过设置多对纵向斜率不同的刚性中央扣，实现中央扣的刚度协调，形成不同斜率、不同截面的组合中央扣，可以明显减小悬索桥主塔塔底弯矩，明显改善塔顶主缆抗滑移，为多塔、多跨、大跨径悬索桥的设计解决重要问题，具有十分重要的意义。

上述图示以及描述尽管给出了详尽的本发明一种自锚式悬索桥中央扣构造实例，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。

Claims (4)

1.一种自锚式悬索桥中央扣构造，其特征在于在中跨跨中设置多对刚性中央扣，所述多对刚性中央扣包括中央扣索夹和中央扣杆身，中央扣索夹安装在主缆上，中央扣杆身采用两根工字型钢杆件焊接或栓接而成，该两根工字型钢杆件呈人字形分布，中央扣杆身上端与中央扣索夹连接，中央扣杆身下端与主梁连接，所述多对刚性中央扣包括内侧中央扣、以及位于内侧中央扣两侧的外侧中央扣，内侧中央扣的工字型钢杆件的斜率小于外侧中央扣的工字型钢杆件的斜率，内侧中央扣的工字型钢杆件的截面翼缘宽度大于外侧中央扣的工字型钢杆件的截面翼缘宽度，且内侧中央扣的工字型钢杆件的和外侧中央扣的工字型钢杆件的截面具有相同高度。

2.按照权利要求1所述的一种自锚式悬索桥中央扣构造，其特征在于：中央扣索夹下端与中央扣杆身焊接或者采用螺栓连接。

3.按照权利要求1所述的一种自锚式悬索桥中央扣构造，其特征在于：对于钢主梁，中央扣杆身下端与主梁焊接连接。

4.按照权利要求1所述的一种自锚式悬索桥中央扣构造，其特征在于：对于混凝土主梁，混凝土主梁设预埋钢构件，然后中央扣杆身下端与预埋件进行焊接连接。