CN109306657A - 一种管道悬索跨越抗风体系 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种管道悬索跨越抗风体系，包括：两条水平抗风索，在水平方向均呈抛物线型设置，并与管道悬索跨越桥面在水平方向上平齐，且分别设置在所述管道悬索跨越桥面的两侧；所述两条水平抗风索分别通过若干根平行布置的风拉索与所述管道悬索跨越桥面连接；共轭索，在竖直方向呈反向抛物线型设置，且设置在所述管道悬索跨越桥面的底部；所述共轭索通过若干根平行布置的共轭索拉索与所述管道悬索跨越桥面连接。本发明通过设置水平抗风索及风拉索、竖向共轭索及共轭索拉索，实现了管道悬索跨越结构抵抗水平风荷载和风荷载升力以及提高结构侧向和竖向刚度的目的。

Description

一种管道悬索跨越抗风体系
技术领域
本发明涉及一种管道悬索跨越抗风体系，属于油气管道跨越工程设计领域。
背景技术
管道悬索跨越工程是油气长输管道跨越河流最常用的方式之一，悬索跨越结构具有跨越能力强、结构刚度小、阻尼低等特点，对风荷载极为敏感，尤其在峡谷河流地区，受到峡谷风的影响，结构风振安全是管道跨越工程最为关注的方面之一。以往工程设计中，一般采用与水平面夹角较大的抗风索体系或者采用刚度较大的桥面结构，但受峡谷地形影响，常规的抗风索布置难度极大，且受抗风索安装的限制，不能提供足够的侧向和竖向刚度，同时刚度较大的桥面结构带来的工程费用较高。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种管道悬索跨越抗风体系，通过设置水平抗风索及风拉索、竖向共轭索及共轭索拉索，实现了管道悬索跨越结构抵抗水平风荷载和风荷载升力以及提高结构侧向和竖向刚度的目的，为峡谷地形条件下，解决管道跨越结构抗风安全问题提供了一种新的方式。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种管道悬索跨越抗风体系，设有两个管道悬索跨越桥塔，两条主缆分别穿过两个管道悬索跨越桥塔的顶端且在竖直方向均呈抛物线型设置，所述两条主缆的下方通过若干根平行布置的主缆吊索吊有管道悬索跨越桥面；所述管道悬索跨越抗风体系还包括：
两条水平抗风索，在水平方向均呈抛物线型设置，并与所述管道悬索跨越桥面在水平方向上平齐，且分别设置在所述管道悬索跨越桥面的两侧；所述两条水平抗风索分别通过若干根平行布置的风拉索与所述管道悬索跨越桥面连接；
共轭索，在竖直方向呈反向抛物线型设置，且设置在所述管道悬索跨越桥面的底部；所述共轭索通过若干根平行布置的共轭索拉索与所述管道悬索跨越桥面连接。
进一步的，所述管道悬索跨越桥面的两端分别设有主缆锚固墩；两条主缆分别设有相应的主缆背索，所述主缆背索锚固在所述主缆锚固墩上。
进一步的，所述管道悬索跨越桥面的两端分别设有两个对称布置的水平抗风索锚固墩，用于锚固水平抗风索；
由于重力作用，所述水平抗风索与水平面夹角范围在0.3°～1.5°之间。
进一步的，所述管道悬索跨越桥面的底部两端分别设有共轭索锚固墩，用于锚固共轭索。
进一步的，所述管道悬索跨越桥塔固定在桥墩上，所述桥墩下方设有承台。
进一步的，所述主缆、水平抗风索、共轭索、主缆吊索、风拉索和共轭索拉索均由若干根钢丝组成，并在所述主缆、水平抗风索、共轭索、主缆吊索、风拉索和共轭索拉索的两端分别设置有锚头；所述主缆吊索、风拉索和共轭索拉索的两端锚头分别连接索夹和叉耳，用于主缆、水平抗风索或共轭索与管道悬索跨越桥面的连接，以实现力的传递。
进一步的，所述若干根平行布置的风拉索在水平方向上垂直于管道悬索跨越桥面的纵向设置；所述若干根平行布置的共轭索拉索和主缆吊索在竖直方向上垂直于管道悬索跨越桥面的纵向设置。
进一步的，由于重力作用，所述水平抗风索1与水平面夹角范围在0.3°～1.5°之间。
进一步的，主缆吊索间距、风拉索间距和共轭索拉索间距的范围为3～5m。
本发明的有益效果为：
本发明通过设置水平抗风索及风拉索、竖向共轭索及共轭索拉索，实现了管道悬索跨越结构抵抗水平风荷载和风荷载升力以及提高结构侧向和竖向刚度的目的，为峡谷地形条件下，解决管道跨越结构抗风安全问题提供了一种新的方式。
附图说明
图1为本发明所述管道悬索跨越抗风体系主视图；
图2为本发明所述管道悬索跨越抗风体系俯视图；
图3为水平抗风索锚固系统示意图；
图4为共轭索锚固系统示意图；
其中，1-水平抗风索，2-风拉索，3-共轭索，4-共轭索拉索，6-水平抗风索锚固墩，7-共轭索锚固墩，8-主缆锚固墩，10-主缆背索，11-主缆，12-管道悬索跨越桥塔，13-桥墩，14-承台，15-管道悬索跨越桥面，21-水平抗风索锚固系统，22-共轭索锚固系统。
具体实施方式
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。
一种管道悬索跨越抗风体系，如图1、图2所示，设有两个管道悬索跨越桥塔12，所述管道悬索跨越桥塔12固定在桥墩13上，所述桥墩13下方设有承台14。两条主缆11分别穿过两个管道悬索跨越桥塔12的顶端且在竖直方向均呈抛物线型设置，所述管道悬索跨越桥面15的两端分别设有主缆锚固墩9；两条主缆11分别设有相应的主缆背索10，所述主缆背索10锚固在所述主缆锚固墩9上。所述两条主缆11的下方通过若干根竖直平行布置的主缆吊索吊有管道悬索跨越桥面15。
所述管道悬索跨越抗风体系还包括：
两条水平抗风索1，在水平方向均呈抛物线型设置，并与所述管道悬索跨越桥面15在水平方向上平齐，且分别设置在所述管道悬索跨越桥面15的两侧。由于重力作用，所述水平抗风索1与水平面夹角范围可在0.3°～1.5°之间。所述两条水平抗风索1分别通过若干根在水平方向平行布置的风拉索2与所述管道悬索跨越桥面15连接。通过两条水平抗风索1和若干根风拉索2，可抵抗管道悬索跨越结构的水平方向抗风荷载，并提供管道悬索跨越的侧向刚度。所述管道悬索跨越桥面15的两端分别设有两个对称布置的水平抗风索锚固墩6，用于锚固水平抗风索1。如图3所示，水平抗风索锚固墩6内设有水平抗风索锚固系统21。
共轭索3，在竖直方向呈反向抛物线型设置，且设置在所述管道悬索跨越桥面15的底部；所述共轭索3通过若干根竖直平行布置的共轭索拉索4与所述管道悬索跨越桥面15连接。通过共轭索3和若干根共轭索拉索4的设置，可抵抗管道悬索跨越结构风荷载的升力，并提供管道悬索跨越的竖向刚度。所述管道悬索跨越桥面15的底部两端分别设有共轭索锚固墩7，用于锚固共轭索3。如图4所示，所述共轭索锚固墩7内设有共轭索锚固系统22。
所述主缆11、水平抗风索1、共轭索3、主缆吊索、风拉索2和共轭索拉索4均由若干根钢丝组成，并在所述主缆11、水平抗风索1、共轭索3、主缆吊索、风拉索2和共轭索拉索4的两端分别设置有锚头；所述主缆吊索、风拉索2和共轭索拉索4的两端锚头分别连接索夹和叉耳，用于主缆、水平抗风索1或共轭索3与管道悬索跨越桥面15的连接，以实现力的传递。
所述水平抗风索锚固墩6、共轭索锚固墩7、主缆锚固墩8均由C30混凝土浇筑而成，内设钢筋骨架和锚固系统。
实施例
管道悬索跨越工程设计主跨跨度360m，南岸锚跨109.9m，北岸锚跨75.7m，全长545.6m。主缆矢跨比采用1/10，水平抗风索立面投影跨度360m，平面投影总宽54.6m，水平抗风索矢跨比采用1/15。跨越南侧与北侧分别设置有一个主缆锚固墩和两个水平抗风索锚固墩。在桥面结构下方设置两道共轭索，共轭索吊索范围为290m，矢跨比采用1/42，在南岸和北岸各设置一个共轭索锚固墩。
管道悬索跨越工程共设置锚固墩共有8个，其中主缆锚固墩2个，风索锚固墩4个，共轭索锚固墩2个。参考图2，南侧即左侧主缆锚固墩采用钢筋混凝土重力式锚固墩，采用C30混凝土，如果土层不均匀，统一下挖1m，采用片石混凝土换填。右侧主缆锚固墩、两侧水平抗风索锚固墩和共轭索锚固墩均采用钢筋混凝土重力式锚固墩，采用C30混凝土。
主缆采用热挤聚乙烯平行钢丝索，每根主缆由283根直径为5mm镀锌涂层高强钢丝组成，钢丝标准抗拉强度不小于1670MPa，束股有效截面积5557mm2，标称破断荷载9280kN。外挤双层PE防腐，PE外层颜色采用红色，强度安全系数≥2.50。索系锚具采用热铸锚，两端锚头均连接叉耳，叉耳分别与锚固墩锚固端耳板和塔端耳板连接。
水平抗风索采用热挤聚乙烯平行钢丝索，水平抗风索由151根直径5mm的镀锌涂层高强钢丝组成，单缆有效截面积为2964mm2，标称破断荷载4951kN。外挤双层PE防腐，PE外层颜色采用红色，强度安全系数≥2.50。索系锚具采用热铸锚，两端锚头均连接叉耳，叉耳分别与锚固墩锚固端耳板和侧向支撑耳板连接。
共轭索由73根直径5mm的镀锌涂层高强钢丝组成，单缆有效截面积为1433mm2，标称破断荷载2394kN。外挤双层PE防腐，PE外层颜色采用红色。索系锚具采用热铸锚，两端锚头均连接叉耳，叉耳与锚固墩锚固端耳板连接。
主缆吊索、风拉索以及共轭索拉索均采用热挤聚乙烯平行钢丝索，成桥状态下主缆吊索间距和风拉索间距均为5.0m，每一吊(拉)点设置一根主缆吊(风拉)索，主缆吊索采用平行钢丝束，吊索型号为5×13(Φ22mm)，有效截面积255mm2，标称破断荷载426kN，风拉索型号为5×7(Φ15mm)，有效截面积137mm2，标称破断荷载230kN，均采用单护层防护，吊索和风拉索强度安全系数K≥4。
成桥状态下共轭索拉索间距均为5.0m，采用平行钢丝束，拉索型号5×7(Φ15mm)，有效截面积137mm2，标称破断荷载230kN，均采用单护层PE防护。
主缆吊索一端采用固定式热铸锚具，另一端采用套筒调节式热铸锚具，调节量±150mm。风拉索和共轭索拉索一端采用固定式热铸锚具，另一端采用套筒调节式热铸锚具，调节量±100mm。所有拉索均靠叉耳和销轴与索夹或桥面相连，索体防护均采用单层PE一次挤压成型。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种管道悬索跨越抗风体系，设有两个管道悬索跨越桥塔(12)，两条主缆(11)分别穿过两个管道悬索跨越桥塔(12)的顶端且在竖直方向均呈抛物线型设置，所述两条主缆(11)的下方通过若干根平行布置的主缆吊索吊有管道悬索跨越桥面(15)；其特征在于，所述管道悬索跨越抗风体系还包括：
两条水平抗风索(1)，在水平方向均呈抛物线型设置，并与所述管道悬索跨越桥面(15)在水平方向上平齐，且分别设置在所述管道悬索跨越桥面(15)的两侧；所述两条水平抗风索(1)分别通过若干根平行布置的风拉索(2)与所述管道悬索跨越桥面(15)连接；
共轭索(3)，在竖直方向呈反向抛物线型设置，且设置在所述管道悬索跨越桥面(15)的底部；所述共轭索(3)通过若干根平行布置的共轭索拉索(4)与所述管道悬索跨越桥面(15)连接。
2.根据权利要求1所述的管道悬索跨越抗风体系，其特征在于，
所述管道悬索跨越桥面(15)的两端分别设有主缆锚固墩(8)；两条主缆(11)分别设有相应的主缆背索(10)，所述主缆背索(10)锚固在所述主缆锚固墩(8)上。
3.根据权利要求1所述的管道悬索跨越抗风体系，其特征在于，所述管道悬索跨越桥面(15)的两端分别设有两个对称布置的水平抗风索锚固墩(6)，用于锚固水平抗风索(1)。
4.根据权利要求1所述的管道悬索跨越抗风体系，其特征在于，所述管道悬索跨越桥面(15)的底部两端分别设有共轭索锚固墩(7)，用于锚固共轭索(3)。
5.根据权利要求1所述的管道悬索跨越抗风体系，其特征在于，
所述管道悬索跨越桥塔(12)固定在桥墩(13)上，所述桥墩(13)下方设有承台(14)。
6.根据权利要求1所述的管道悬索跨越抗风体系，其特征在于，所述主缆(11)、水平抗风索(1)、共轭索(3)、主缆吊索、风拉索(2)和共轭索拉索(4)均由若干根钢丝组成，并在所述主缆(11)、水平抗风索(1)、共轭索(3)、主缆吊索、风拉索(2)和共轭索拉索(4)的两端分别设置有锚头；所述主缆吊索、风拉索(2)和共轭索拉索(4)的两端锚头分别连接索夹和叉耳，用于主缆、水平抗风索(1)或共轭索(3)与管道悬索跨越桥面(15)的连接，以实现力的传递。
7.根据权利要求1所述的管道悬索跨越抗风体系，其特征在于，所述若干根平行布置的风拉索(2)在水平方向上垂直于管道悬索跨越桥面(15)的纵向设置；所述若干根平行布置的共轭索拉索(4)和主缆吊索在竖直方向上垂直于管道悬索跨越桥面(15)的纵向设置。
8.根据权利要求1所述的管道悬索跨越抗风体系，其特征在于，由于重力作用，所述水平抗风索(1)与水平面夹角范围在0.3°～1.5°之间。
9.根据权利要求1所述的管道悬索跨越抗风体系，其特征在于，主缆吊索间距、风拉索间距和共轭索拉索间距的范围为3～5m。
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