CN109653077B - 一种三主缆双塔柱悬索桥 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种三主缆双塔柱悬索桥，其特征在于，包括：主梁，所述主梁为整体式或分体式结构；塔柱，所述塔柱于上游侧和下游侧成对地设置于主梁两侧，并与大地固结，用于承载边侧主缆和主梁；桥塔横梁，包括桥塔上横梁、桥塔中横梁、桥塔下横梁，所述桥塔横梁固结于成对设置的塔柱中间；边侧主缆，所述边侧主缆通过边侧索鞍安装于塔柱顶部，并通过边侧吊索与主梁的两侧顶部连接；中间主缆，所述中间主缆通过中间索鞍安装于桥塔上横梁的中间顶部，并通过中间吊索与主梁的中间顶部连接；锚碇，所述边侧主缆和中间主缆通过锚碇与大地固结。本公开三主缆双塔柱悬索桥能够有效减小主梁和索塔规模，降低工程造价，同时大幅提升了主梁的受力性能。
Description
技术领域
本公开涉及桥梁工程技术领域，尤其涉及一种三主缆双塔柱悬索桥。
背景技术
悬索桥是以主缆受拉为主要承重构件的柔性缆索桥梁结构。主梁自重、二期恒载、汽车活载等荷载均通过吊索传递给主缆，最终由主缆将全部荷载由主塔和锚碇传递给基础。传统悬索桥一般采用双主缆双塔柱结构，如主跨888m的虎门大桥、主跨1385m的江阴大桥、主跨1650m的西堠门大桥等。目前，悬索桥通常承受4车道或6车道汽车荷载，采用流线型钢箱梁结构。
随着交通量的增加，需要修建8车道及以上车道等超大交通量的悬索桥。面对超大交通量需求的悬索桥，通常采用双层钢桁梁结构，如主跨1700m的杨泗港大桥等。但是，双层钢桁梁悬索桥增加了两层桥面之间的竖杆和斜腹杆，材料增加较多，涂装面积大，养护维护成本较高。若将主梁改为分体式钢箱梁，采用三主缆三塔柱结构，需要增加分体式钢箱梁之间的横梁，需要增加中间的塔柱以及中间塔柱的基础，造价大幅提高。
面对修建超大交通量的大跨悬索桥建设需求，亟需研究主梁和塔柱结构均简洁经济的新型悬索桥结构方案。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本公开提供了一种三主缆双塔柱悬索桥，以至少部分解决以上所提出的技术问题。
(二)技术方案
根据本公开的一个方面，提供了一种三主缆双塔柱悬索桥，其特征在于，包括：
主梁，所述主梁为整体式或分体式结构；
塔柱，所述塔柱于上游侧和下游侧成对地设置于所述主梁两侧，并与大地固结，用于承载边侧主缆和主梁；
桥塔横梁，包括桥塔上横梁、桥塔中横梁、桥塔下横梁，所述桥塔横梁固结于成对设置的塔柱中间；
边侧主缆，所述边侧主缆通过边侧索鞍安装于塔柱顶部，并通过边侧吊索与主梁的两侧顶部连接；
中间主缆，所述中间主缆通过中间索鞍安装于所述桥塔上横梁的中间顶部，并通过中间吊索与主梁的中间顶部连接；
桥塔基础，所述桥塔基础设置于所述塔柱底端，塔柱通过所述桥塔基础与大地固结；
锚碇，所述边侧主缆和中间主缆通过锚碇与大地固结。
在一些实施例中，所述主梁为扁平钢箱梁、钢桁梁、分体式钢箱梁或分体式钢桁梁。
在一些实施例中，所述塔柱、桥塔上横梁、桥塔中横梁、桥塔下横梁组成桥塔。
在一些实施例中，两个所述边侧主缆分别通过N个边侧吊索与主梁两侧顶部连接，所述N≥3；
所述中间主缆通过N个中间吊索与主梁中间顶部连接，所述N≥3；
其中，所述主梁在横断面内的受力为三点弹性竖向支撑。
在一些实施例中，所述桥塔上横梁将中间主缆承担的竖向荷载通过中间索鞍以剪力和附加弯矩传递给上游侧和下游侧塔柱。
在一些实施例中，所述桥塔上横梁为钢结构、预应力钢筋混凝土结构或钢-混凝土组合结构。
在一些实施例中，所述桥塔上横梁的形状为上游侧和下游侧加高的长方体实腹式结构，或者在长方体实腹式结构的下面增加至少一层设置“∧”型或“∩”型撑杆的空腹式结构。
在一些实施例中，每一层所述“∧”型或“∩”型撑杆的空腹式结构的底部还安装有水平拉杆。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开三主缆双塔柱悬索桥至少具有以下有益效果其中之一：
(1)本公开提供的三主缆双塔柱悬索桥，针对超大交通量的大跨悬索桥建设需求，将双主缆双塔柱双层钢桁梁悬索桥方案或三主缆三塔柱分体式钢箱梁悬索桥方案，改进为三主缆双塔柱整体式钢箱梁或分体式钢箱梁悬索桥方案，能够同时减小了主梁和索塔的规模，大大降低了工程造价；
(2)本公开提供的三主缆双塔柱悬索桥，两个边侧主缆分别通过边侧吊索与主梁两侧顶部连接，中间主缆通过中间吊索与主梁中间顶部连接，从而将主梁的受力由传统的两点弹性竖向支撑改进为三点弹性竖向支撑，大幅提升了主梁的受力性能；
(3)本公开提供的三主缆双塔柱悬索桥，桥塔上横梁的形状可以是在长方体实腹式结构的下面增加单层或多层的底部安装水平拉杆的“∧”型或“∩”型的空腹式结构，水平拉杆通过“自平衡”理念，能够有效减小中间主缆传递给上游侧和下游侧塔柱的附加弯矩，从而有效减小塔柱的弯曲变形。
附图说明
图1是本公开实施例三主缆双塔柱悬索桥的轴侧示意图。
图2是本公开实施例三主缆双塔柱悬索桥的边侧主缆、中间主缆、边侧吊索、中间吊索、主梁的横断面布置图。
图3是本公开实施例三主缆双塔柱悬索桥的主梁在三点弹性约束下的受力示意图。
图4是本公开实施例三主缆双塔柱悬索桥的桥塔上横梁采用实腹式结构时主缆、桥塔、主梁的横断面布置图。
图5是本公开实施例三主缆双塔柱悬索桥的实腹式桥塔上横梁传力示意图。
图6是本公开实施例三主缆双塔柱悬索桥的桥塔上横梁采用长方体下面增加单层底部安装水平拉杆的“∧”型支撑空腹式结构时主缆、桥塔、主梁的横断面布置图。
图7是本公开实施例三主缆双塔柱悬索桥的桥塔上横梁采用长方体下面增加单层底部安装水平拉杆的“∧”型支撑空腹式结构时传力示意图。
图8a、图8b分别是本公开实施例三主缆双塔柱悬索桥的桥塔上横梁采用长方体下面安装叠加双层、镜像双层的底部安装水平拉杆的“∧”型支撑空腹式结构时主缆、桥塔、主梁的横断面布置图。
图9a、图9b、图9c分别是本公开实施例三主缆双塔柱悬索桥的桥塔上横梁采用长方体下面安装单层、叠加双层、镜像双层的底部安装水平拉杆“∩”型支撑空腹式结构时主缆、桥塔、主梁的横断面布置图。
图10a与图10b是本公开实施例三主缆双塔柱悬索桥的锚碇布置的侧视图和俯视图。
图11a、图11b、图11c分别是本公开实施例三主缆双塔柱悬索桥的双塔单跨简支结构、双塔两跨连续结构、双塔三跨连续结构的正视图。
图12a、图12b、图12c分别是本公开实施例三主缆双塔柱悬索桥的三塔两跨连续结构、三塔三跨连续结构、三塔四跨连续结构的正视图。
【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
1、边侧主缆 2、中间主缆
3、塔柱 4、主梁
5、桥塔上横梁 6、桥塔中横梁
7、桥塔下横梁 8、桥塔基础
9、锚碇
11、边侧吊索 12、中间吊索
31、边侧索鞍 32、中间索鞍
21、边侧防撞护栏 22、中间防撞护栏
40、过渡墩
51、撑杆 52、拉杆
具体实施方式
本公开提供了一种三主缆双塔柱悬索桥，针对超大交通量的大跨悬索桥建设需求，将双主缆双塔柱双层钢桁梁悬索桥或三主缆三塔柱分体式钢箱梁悬索桥方案，改进为三主缆双塔柱整体式钢箱梁或分体式钢箱梁悬索桥方案。本公开提供的三主缆双塔柱悬索桥，实施方案简单、安全、经济、便于检查维护、景观效果好。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以由许多不同形式实现，而不应被解释为限于此处所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。
在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种三主缆双塔柱悬索桥，图1为本公开实施例的结构示意图。如图1所示，本公开三主缆双塔柱悬索桥的轴侧示意图，包括：边侧主缆1、中间主缆2、塔柱3、主梁4、桥塔上横梁5、桥塔中横梁6、桥塔下横梁7、桥塔基础8、锚碇9、边侧吊索11、中间吊索12、边侧索鞍31、中间索鞍32。
其中，所述主梁4为整体式或分体式结构；所述塔柱3于上游侧和下游侧成对地设置于所述主梁4两侧，通过桥塔基础8与大地固结，用于承载所述主梁4；桥塔横梁包括桥塔上横梁5、桥塔中横梁6及桥塔下横梁7，所述桥塔横梁固结于成对设置的所述塔柱3中间，所述主梁4设置于所述桥塔下横梁7之上；所述边侧主缆1通过边侧索鞍31安装于所述塔柱3顶部，并与主梁4的两侧顶部连接；所述中间主缆2通过中间索鞍32安装于所述桥塔上横梁5顶部，并与主梁4的中间顶部连接；所述边侧主缆1和中间主缆2通过锚碇9与大地固结。
以下对本实施例三主缆双塔柱悬索桥的各个部分进行详细说明。
图2为本公开提供的三主缆双塔柱悬索桥的边侧主缆1、中间主缆2、边侧吊索11、中间吊索12、主梁4的横断面布置图。如图2所示，两个边侧主缆1分别通过边侧吊索11与主梁4的两侧顶部连接，中间主缆2通过中间吊索12与主梁4的中间顶部连接。主梁顶部还设置有边侧防撞护栏21及中间防撞护栏22，可用于保护边侧吊索11及中间吊索12。具体地，所述边侧防撞护栏21设置于边侧吊索11内侧，所述中间防撞护栏22设置于中间吊索12两侧。
本公开的三主缆双塔柱悬索桥主梁受力为三点弹性约束，图3为本公开提供的三主缆双塔柱悬索桥的主梁在三点弹性约束下的受力示意图。如图3所示，K1是边侧主缆1约束下边侧吊索11的弹性刚度、K2是中间主缆2约束中间侧吊索12的弹性刚度，P是主梁承担的竖向荷载。所述主梁4为扁平钢箱梁，通过两个边侧主缆1分别通过边侧吊索11与主梁4两侧顶部连接，中间主缆2通过中间吊索12与主梁4中间顶部连接，从而将主梁4的受力由传统的两点弹性竖向支撑改进为三点弹性竖向支撑，大幅提升了主梁的受力性能。
所述桥塔上横梁5可以是钢结构、预应力钢筋混凝土结构或者钢-混凝土组合结构。所述桥塔上横梁5的形状可以是上游侧和下游侧加高的长方体实腹式结构。图4为本公开提供的三主缆双塔柱悬索桥的塔柱上横梁采用实腹式结构时边侧主缆1、中间主缆2、塔柱3、桥塔上横梁5、桥塔中横梁6、桥塔下横梁7、边侧索鞍31、中间索鞍32、主梁4的横断面布置图。如图4所示，两个边侧主缆1分别通过边侧索鞍31安装在上游侧和下游侧塔柱3的顶部，中间主缆2通过中间索鞍32安装在桥塔上横梁5中间部位的顶部；图中F1是边侧主缆1施加给塔柱3的竖向作用力，F2是中间主缆2施加给桥塔上横梁5的竖向作用力。
图5为本公开提供的三主缆双塔柱悬索桥的实腹式桥塔上横梁传力示意图。如图5所示，B为桥塔上横梁5的长度，中间主缆2承担的竖向荷载F2通过分解为剪力和附加弯矩，传递给上游侧和下游侧塔柱3。具体地，本公开的三主缆双塔柱悬索桥，桥塔上横梁5两端分别与上游侧和下游侧塔柱3固结，桥塔上横梁5将中间主缆2承担的竖向荷载通过中间索鞍32以剪力和附加弯矩传递给上游侧和下游侧塔柱3。
进一步地，桥塔上横梁5的形状还可以是在长方体实腹式结构的下面增加单层或多层的设置“∧”型或“∩”型撑杆51的空腹式结构，从而增加桥塔上横梁5的抗剪、抗弯刚度。在“∧”型或“∩”型撑杆51的空腹式结构的下方，还可以进一步安装水平拉杆52，水平拉杆52通过“自平衡”原理减小由中间主缆2传递而来的附加弯矩引起塔柱的过大弯曲变形。
图6为本公开提供的三主缆双塔柱悬索桥的桥塔上横梁采用长方体下面增加单层底部安装水平拉杆的“∧”型支撑空腹式结构时边侧主缆1、中间主缆2、塔柱3、桥塔上横梁5、桥塔中横梁6、桥塔下横梁7、边侧索鞍31、中间索鞍32、主梁4的横断面布置图。
图7为本公开提供的三主缆双塔柱悬索桥的桥塔上横梁采用长方体下面增加单层底部安装水平拉杆的“∧”型支撑空腹式结构时传力示意图。其中，水平拉杆通过“自平衡”方式，有效减小中间主缆传递给上游侧和下游侧塔柱的附加弯矩，从而有效减小塔柱的弯曲变形。
图8a、图8b分别为本公开提供的三主缆双塔柱悬索桥的桥塔上横梁采用长方体下面安装叠加双层、镜像双层的底部安装水平拉杆的“∧”型支撑空腹式结构时边侧主缆1、中间主缆2、塔柱3、桥塔上横梁5、桥塔中横梁6、桥塔下横梁7、边侧索鞍31、中间索鞍32、主梁4的横断面布置图。
图9a、图9b、图9c分别为本公开提供的三主缆双塔柱悬索桥的桥塔上横梁采用长方体下面安装单层、叠加双层、镜像双层的底部安装水平拉杆“∩”型支撑空腹式结构时边侧主缆1、中间主缆2、塔柱3、桥塔上横梁5、桥塔中横梁6、桥塔下横梁7、边侧索鞍31、中间索鞍32、主梁4的横断面布置图。
如图10a及图10b所示，本公开提供的三主缆双塔柱悬索桥的边侧主缆1、中间主缆2、锚碇9布置示意图。其中，图10a为侧视图，图10b为俯视图。
在本公开的一个具体实施例中，提供了一种三主缆双塔柱悬索桥，其具有两对塔柱3，图11a、图11b、图11c分别为本公开提供的三主缆双塔柱悬索桥的双塔单跨简支结构、双塔两跨连续结构、双塔三跨连续结构的正视图；对于双塔两跨连续结构、双塔三跨连续结构，所述桥梁边跨末端下方设置过渡墩40。
在本公开的一个具体实施例中，提供了一种三主缆双塔柱悬索桥，其具有三对塔柱3，图12a、图12b、图12c分别为本公开提供的三主缆双塔柱悬索桥的三塔两跨连续结构、三塔三跨连续结构、三塔四跨连续结构的正视图；对于三塔三跨连续结构、三塔四跨连续结构，所述桥梁边跨末端下方设置过渡墩40。
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种三主缆双塔柱悬索桥，其特征在于，包括：
主梁(4)，所述主梁(4)为整体式或分体式结构；
塔柱(3)，所述塔柱(3)于上游侧和下游侧成对地设置于所述主梁(4)两侧，并与大地固结，用于承载边侧主缆(1)和主梁(4)；
桥塔横梁，包括桥塔上横梁(5)、桥塔中横梁(6)、桥塔下横梁(7)，所述桥塔横梁固结于成对设置的塔柱(3)中间；
边侧主缆(1)，所述边侧主缆(1)通过边侧索鞍(31)安装于塔柱(3)顶部，并通过边侧吊索(11)与主梁(4)的两侧顶部连接；
中间主缆(2)，所述中间主缆(2)通过中间索鞍(32)安装于所述桥塔上横梁(5)的中间顶部，并通过中间吊索(12)与主梁(4)的中间顶部连接；
桥塔基础(8)，所述桥塔基础(8)设置于所述塔柱(3)底端，塔柱(3)通过所述桥塔基础(8)与大地固结；
锚碇(9)，所述边侧主缆(1)和中间主缆(2)通过锚碇(9)与大地固结。
2.根据权利要求1所述的三主缆双塔柱悬索桥，其特征在于，所述主梁(4)为扁平钢箱梁、钢桁梁、分体式钢箱梁或分体式钢桁梁。
3.根据权利要求1所述的三主缆双塔柱悬索桥，其特征在于，所述塔柱(3)、桥塔上横梁(5)、桥塔中横梁(6)、桥塔下横梁(7)组成桥塔。
4.根据权利要求1所述的三主缆双塔柱悬索桥，其特征在于，
两个所述边侧主缆(1)分别通过N个边侧吊索(11)与主梁(4)两侧顶部连接，所述N≥3；
所述中间主缆(2)通过N个中间吊索(12)与主梁(4)中间顶部连接，所述N≥3；
其中，所述主梁(4)在横断面内的受力为三点弹性竖向支撑。
5.根据权利要求1所述的三主缆双塔柱悬索桥，其特征在于，所述桥塔上横梁(5)将中间主缆(2)承担的竖向荷载通过中间索鞍(32)以剪力和附加弯矩传递给上游侧和下游侧塔柱(3)。
6.根据权利要求1所述的三主缆双塔柱悬索桥，其特征在于，所述桥塔上横梁(5)为钢结构、预应力钢筋混凝土结构或钢-混凝土组合结构。
7.根据权利要求6所述的三主缆双塔柱悬索桥，其特征在于，所述桥塔上横梁(5)的形状为上游侧和下游侧加高的长方体实腹式结构，或者在长方体实腹式结构的下面增加至少一层设置“∧”型或“∩”型撑杆(51)的空腹式结构。
8.根据权利要求7述的三主缆双塔柱悬索桥，其特征在于，每一层所述“∧”型或“∩”型撑杆(51)的空腹式结构的底部还安装有水平拉杆(52)。
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2019
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