CN112942057B - 一种吊索连接组件及四主缆悬索桥 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种吊索连接组件及四主缆悬索桥，属于悬索桥技术领域，吊索连接组件包括：主缆索夹，其包括外主缆索夹和内主缆索夹，外主缆索夹和内主缆索夹沿横桥向分开设置；吊索，其包括连接外主缆索夹的外吊索和连接内主缆索夹的内吊索；平衡板，其一端设有连接外吊索的第一销轴，另一端设有连接内吊索的第二销轴，第一销轴与第二销轴之间的间距小于外主缆索夹和内主缆索夹之间的间距。本申请的平衡板的一端通过第一销轴与外吊索连接，平衡板的另一端通过第二销轴与内吊索连接，且第一销轴与第二销轴之间的间距小于外主缆索夹和内主缆索夹之间的间距，可避免桥面加宽，平衡板在加劲梁上锚固构造更加简单且可保证各主缆及吊索受力均匀。

Description

一种吊索连接组件及四主缆悬索桥

技术领域

本申请涉及悬索桥技术领域，特别涉及一种吊索连接组件及四主缆悬索桥。

背景技术

一般悬索桥多采用上下游各设一根主缆的两主缆方案，但随着跨度及恒载的增加，主缆直径不断增大(例如五峰山长江大桥单根主缆直径已达1.3m)，进而导致如下问题：超大直径主缆的索股数量多、索鞍索夹尺寸大、施工周期长、架设控制困难且需研制与之配套的紧缆机和缠丝机。

为此，主跨1067m的美国华盛顿大桥、主跨1298m的美国韦拉扎诺大桥及主跨1013m的葡萄牙四月二十五日桥等少数超大跨度悬索桥将一侧单根主缆改为并列双缆形成四主缆悬索桥。四主缆悬索桥较两主缆悬索桥可减小单根主缆直径、缩短施工周期、降低架设难度，但单侧并列双缆与加劲梁间连接较难处理。

目前已建的四主缆悬索桥均采用单侧并列双缆与加劲梁间分别通过吊索连接的方案，实践表明该方案存在以下缺点：

(1)由于制造、施工误差，并列双缆线形及吊索长度等不完全相同导致主缆及吊索受力存在一定的不均，并进一步导致加劲梁受扭。

(2)因施工空间要求单侧并列双缆需拉开一定的间距，各主缆和加劲梁间分别采用铅锤吊索连接导致桥面宽度较大、吊点构造复杂。

我国暂未有四主缆悬索桥实例，但随着多座2000m级悬索桥进入前期研究阶段，四主缆悬索桥方案研究越来越迫切。为减小并列双缆导致桥面加宽，国内有研究提出将并列双缆间索夹相邻侧壁通过一组刚性销铰连接形成整体式索夹，并在部分刚性销铰上设置螺杆，螺杆和加劲梁间再设置吊索连接以实现主缆和加劲梁间传力的方案。该方案虽可一定程度避免桥面加宽，但存在以下缺点：

(1)并列双缆索夹间通过一组刚性销铰连接，各刚性销铰存在受力不均。

(2)吊索力通过刚性销铰传递到索夹及主缆上，索夹及主缆承受扭矩，受力复杂。

发明内容

本申请实施例提供一种吊索连接组件及四主缆悬索桥，以解决相关技术中四主缆悬索桥单侧并列双缆与加劲梁间已有的吊索连接方案，导致桥面宽度较大、吊点构造复杂、无法适应主缆线形及吊索长度误差、相关构件受力不均的问题。

本申请实施例第一方面提供了一种吊索连接组件，包括：

主缆索夹，所述主缆索夹包括外主缆索夹和内主缆索夹，所述外主缆索夹和内主缆索夹沿横桥向分开设置；

吊索，所述吊索包括连接所述外主缆索夹的外吊索和连接所述内主缆索夹的内吊索；

平衡板，所述平衡板的一端设有连接外吊索的第一销轴，所述平衡板的另一端设有连接内吊索的第二销轴，所述第一销轴与第二销轴之间的间距小于所述外主缆索夹和内主缆索夹之间的间距。

在一些实施例中：所述第一销轴与第二销轴沿所述平衡板的中心线对称设置，所述外主缆索夹和内主缆索夹沿所述平衡板的中心线对称设置。

在一些实施例中：所述外主缆索夹包括上半索夹体和下半索夹体，所述下半索夹体上设有连接所述吊索的耳板，所述上半索夹体和下半索夹体之间形成夹持主缆的主缆索孔，所述内主缆索夹与外主缆索夹结构相同。

在一些实施例中：所述外吊索的轴线延伸至所述外主缆索夹的主缆索孔的中心，所述内吊索的轴线延伸至所述内主缆索夹的主缆索孔的中心。

在一些实施例中：所述平衡板为倒立的半圆形、等腰梯形或等腰三角形结构,所述平衡板上开设有连接所述第一销轴的第一销孔和连接所述第二销轴的第二销孔，以及连接加劲梁的第三销孔，所述第一销孔、第二销孔和第三销孔之间的连线组成等腰三角形结构。

在一些实施例中：所述外吊索与所述外主缆索夹之间通过转向接头连接，所述内吊索与所述内主缆索夹之间通过转向接头连接。

在一些实施例中：所述转向接头包括相互连接的上耳板和下耳板，所述上耳板上开设有第一通孔，所述下耳板上开设有第二通孔，所述第一通孔的轴线与所述第二通孔的轴线相互垂直。

在一些实施例中：所述外吊索的长度和内吊索的长度相同。

本申请实施例第二方面提供了一种四主缆悬索桥，包括：

桥塔，所述桥塔包括上游塔柱和下游塔柱，及位于上游塔柱和下游塔柱之间的桥塔横梁；

加劲梁，所述加劲梁位于所述上游塔柱和下游塔柱之间，且位于所述桥塔横梁的顶部；

主缆，所述主缆包括位于所述上游塔柱顶部的外主缆和内主缆，以及位于所述下游塔柱顶部的外主缆和内主缆；

上述任一实施例所述的吊索连接组件，外主缆索夹与所述外主缆固定连接，内主缆索夹与所述内主缆固定连接，平衡板与所述加劲梁铰接。

在一些实施例中：所述加劲梁的顶部设有铰接所述平衡板的加劲梁耳板，所述加劲梁耳板与所述平衡板通过第三销轴铰接。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

(1)内外主缆索夹分别通过内外吊索和加劲梁相连且内外吊索轴线延伸至内外主缆索夹的主缆索孔中心，可避免整体索夹受力不均、主缆及索夹受扭问题，主缆及索夹受力更加均匀、明确。

(2)内外吊索下端通过平衡板与加劲梁耳板连接且平衡板上对应销孔间距小于并列双缆间距，可避免桥面加宽且加劲梁上锚固构造简单。

(3)平衡板上开设有连接外吊索的第一销孔、连接内吊索的第二销孔及连接加劲梁耳板的第三销孔，三者之间连线组成等腰三角形结构，使得平衡板可绕平衡板和加劲梁耳板间销轴转动以调整主缆线形及吊索长度误差并保证并列双缆及吊索受力均匀。

(4)吊索与索夹间设置转向接头可适应主缆与加劲梁纵、横向位移差，进而减小吊索锚口处钢丝弯折应力。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的结构示意图；

图2为本申请实施例的平衡板的结构示意图；

图3为本申请实施例的转向接头的主视图；

图4为本申请实施例的转向接头的左视图；

图5为本申请实施例的外吊索和内吊索长度无误差的受力简图；

图6为本申请实施例的外吊索和内吊索长度有误差的受力简图。

附图标记：

1、吊索；1a、外吊索；1b、内吊索；2、转向接头；2a、上耳板；2b、下耳板；2c、第一通孔；2d、第二通孔；3、平衡板；3a、第一销孔；3b、第二销孔；3c、第三销孔；4、主缆索夹；4a、外主缆索夹；4b、内主缆索夹；5、加劲梁耳板；6、加劲梁。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种吊索连接组件及四主缆悬索桥，其能解决相关技术中四主缆悬索桥单侧并列双缆与加劲梁间已有的吊索连接方案，导致桥面宽度较大、吊点构造复杂、无法适应主缆线形及吊索长度误差、相关构件受力不均的问题。

参见图1所示，本申请实施例第一方面提供了一种吊索连接组件，包括：

主缆索夹4，该主缆索夹4包括外主缆索夹4a和内主缆索夹4b，外主缆索夹4a和内主缆索夹4b沿横桥向分开设置，外主缆索夹4a相比内主缆索夹4b远离桥梁的中轴线，内主缆索夹4b相比外主缆索夹4a接近桥梁的中轴线。

吊索1，该吊索1包括连接外主缆索夹4a的外吊索1a和连接内主缆索夹4b的内吊索1b；外吊索1a的长度和内吊索1b的长度相同,以使外吊索1a和内吊索1b受力均匀。

平衡板3，该平衡板3的一端设有连接外吊索1a的第一销轴，在平衡板3的另一端设有连接内吊索1b的第二销轴，第一销轴与第二销轴之间的间距小于外主缆索夹4a和内主缆索夹4b之间的间距。

本申请实施例的吊索连接组件的主缆索夹4设置了连接外主缆的外主缆索夹4a和连接内主缆的内主缆索夹4b，以及连接加劲梁6的平衡板3，外主缆索夹4a与平衡板3之间通过外吊索1a连接，内主缆索夹4b与平衡板3之间通过内吊索1b连接。

平衡板3的一端通过第一销轴与外吊索1a连接，平衡板3的另一端通过第二销轴与内吊索1b连接，且第一销轴与第二销轴之间的间距小于外主缆索夹4a和内主缆索夹4b之间的间距，可避免桥面加宽且平衡板3在加劲梁6上锚固构造更加简单。

在一些可选实施例中：参见图1所示，本申请实施例提供了一种吊索连接组件，该吊索连接组件的第一销轴与第二销轴沿平衡板3的中心线对称设置，外主缆索夹4a和内主缆索夹4b沿平衡板3的中心线对称设置。

本申请实施例的平衡板3的两端分别通过对称设置的第一销轴与第二销分别连接外吊索1a和内吊索1b，外吊索1a和内吊索1b分别与沿平衡板3的中心线对称设置的外主缆索夹4a和内主缆索夹4b连接。避免外主缆索夹4a和内主缆索夹4b受力不均、外主缆及内主缆受扭问题，外主缆、内主缆与外主缆索夹4a和内主缆索夹4b受力更加均匀、明确。

在一些可选实施例中：参见图1所示，本申请实施例提供了一种吊索连接组件，该吊索连接组件的外主缆索夹4a包括上半索夹体和下半索夹体，下半索夹体上设有连接吊索1的耳板，上半索夹体和下半索夹体之间形成夹持主缆的主缆索孔，内主缆索夹4b与外主缆索夹4a结构相同。

本申请实施例的外吊索1a的轴线延伸至外主缆索夹4a的主缆索孔的中心，内吊索1b的轴线延伸至内主缆索夹4b的主缆索孔的中心,进而确保加劲梁6和主缆间传力明确且恒载状态下主缆及主缆索夹4不受扭矩。

在一些可选实施例中：参见图1和图2所示，本申请实施例提供了一种吊索连接组件，该吊索连接组件的平衡板3优选为等腰三角形结构，平衡板3还可以优先为倒立的半圆形或等腰梯形结构。在平衡板3上开设有连接所述第一销轴的第一销孔3a和连接第二销轴的第二销孔3b，以及连接加劲梁耳板5的第三销孔3c，第一销孔3a、第二销孔3b和第三销孔3c之间的连线组成等腰三角形结构，保证了平衡板3受力平衡。

在一些可选实施例中：参见图1和图3和图4所示，本申请实施例提供了一种吊索连接组件，该吊索连接组件的外吊索1a与外主缆索夹4a之间通过转向接头2连接，内吊索1b与内主缆索夹4b之间通过转向接头2连接。

转向接头2包括相互连接的上耳板2a和下耳板2b，上耳板2a上开设有第一通孔2c，下耳板2b上开设有第二通孔2d，第一通孔2c的轴线与第二通孔2d的轴线相互垂直。

本申请实施例的外吊索1a与外主缆索夹4a之间通过转向接头2连接，内吊索1b与内主缆索夹4b之间通过转向接头2连接,转向接头2可适应主缆与加劲梁6沿纵向、横向位移差，进而减小外吊索1a和内吊索1b锚口处钢丝弯折应力。

参见图2所示，本申请实施例第二方面提供了一种四主缆悬索桥，包括：

桥塔(图中未画出)，该桥塔包括上游塔柱和下游塔柱，及位于上游塔柱和下游塔柱之间的桥塔横梁。

加劲梁6，该加劲梁6位于上游塔柱和下游塔柱之间，且位于桥塔横梁的顶部，加劲梁6采用箱梁或钢桁梁等结构。

主缆(图中未画出)，该主缆包括位于上游塔柱顶部并列的外主缆和内主缆，以及位于下游塔柱顶部并列的外主缆和内主缆。

上述实施例所述的吊索连接组件，吊索连接组件的外主缆索夹4a与外主缆固定连接，内主缆索夹4b与内主缆固定连接，平衡板3与加劲梁6铰接。

在加劲梁6的顶部设有铰接平衡板3的加劲梁耳板5，加劲梁耳板5与平衡板3通过第三销轴铰接。平衡板3可绕平衡板3和加劲梁耳板5间的第三销轴转动以调整主缆线形及吊索1长度误差并保证并列的外主缆和内主缆及外吊索1a和内吊索1b受力均匀。对平衡板3静力分析如下：

当并列的外主缆和内主缆线形及外吊索1a和内吊索1b长度完全一致时，平衡板3受力分析如图5所示，图5中A₁为外吊索1a与外主缆索夹4a的连接点，B₁为外吊索1a与平衡板3之间的连接点，A₂为内吊索1b与内主缆索夹4b的连接点，B₂为内吊索1b与平衡板3之间的连接点,可列出如下静力平衡方程：

式中：

F₁——外吊索1a拉力；

F₂——内吊索1b拉力；

F——加劲梁6对吊索1总竖向力的一半；

α₁——外吊索1a和铅垂面夹角；

α₂——内吊索1b和铅垂面夹角；

β₁——第一销孔3a与第三销孔3c的连线和水平面的夹角；

β₂——第二销孔3b与第三销孔3c的连线和水平面夹角；

R₁——第一销孔3a与第三销孔3c之间的距离；

R₂——第二销孔3b与第三销孔3c之间的距离。

根据主缆、吊索连接组件的对称性，可知

β₁＝β₂＝β、R₁＝R₂＝R＝0.5D₂/cosβ；

则式1解得F₁＝F₂＝F/cosα；

式中：

D₁——外主缆索夹4a与内主缆索夹4b之间的间距；

D₂——第一销孔3a与第二销孔3b之间的间距；

H——外主缆索夹4a、内主缆索夹4b与平衡板3之间的垂直距离。

当并列的外主缆和内主缆线形及外吊索1a和内吊索1b长度不完全一致时，并假设外吊索1a缩短0.5ΔL，内吊索1b伸长0.5ΔL，此时平衡板3受力分析如图6所示，图6中B₁′为外吊索1a与平衡板3之间的实际连接点，B₂′为内吊索1b与平衡板3之间的实际连接点。可列出如下静力平衡方程：

其中，

F′₁——外吊索1a实际拉力；

F′₂——内吊索1b实际拉力；

选取吊索1常规参数，验证平衡板3对调整主缆线形及吊索1长度误差并保证并列的外主缆和内主缆线形及外吊索1a和内吊索1b受力均匀的作用。设H＝10m、D1＝3.5m、D2＝1.12m、β＝0°，并选取ΔL＝0.05m

带入式1解得F₁＝F₂＝1.007F；

带入式2解得F₁′＝1.012F，F₂′＝1.002F。

由上述结果知，本申请可有效调整主缆线形及吊索1长度误差并保证并列的外主缆和内主缆线及外吊索1a和内吊索1b受力均匀。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种吊索连接组件，其特征在于，包括：

主缆索夹(4)，所述主缆索夹(4)包括外主缆索夹(4a)和内主缆索夹(4b)，所述外主缆索夹(4a)和内主缆索夹(4b)沿横桥向分开设置；

吊索(1)，所述吊索(1)包括连接所述外主缆索夹(4a)的外吊索(1a)和连接所述内主缆索夹(4b)的内吊索(1b)；

平衡板(3)，所述平衡板(3)的一端设有连接外吊索(1a)的第一销轴，所述平衡板(3)的另一端设有连接内吊索(1b)的第二销轴，所述第一销轴与第二销轴之间的间距小于所述外主缆索夹(4a)和内主缆索夹(4b)之间的间距。

2.如权利要求1所述的一种吊索连接组件，其特征在于：

所述第一销轴与第二销轴沿所述平衡板(3)的中心线对称设置，所述外主缆索夹(4a)和内主缆索夹(4b)沿所述平衡板(3)的中心线对称设置。

3.如权利要求1所述的一种吊索连接组件，其特征在于：

所述外主缆索夹(4a)包括上半索夹体和下半索夹体，所述下半索夹体上设有连接所述吊索(1)的耳板，所述上半索夹体和下半索夹体之间形成夹持主缆的主缆索孔，所述内主缆索夹(4b)与外主缆索夹(4a)结构相同。

4.如权利要求3所述的一种吊索连接组件，其特征在于：

所述外吊索(1a)的轴线延伸至所述外主缆索夹(4a)的主缆索孔的中心，所述内吊索(1b)的轴线延伸至所述内主缆索夹(4b)的主缆索孔的中心。

5.如权利要求1所述的一种吊索连接组件，其特征在于：

所述平衡板(3)为倒立的半圆形、等腰梯形或等腰三角形结构,所述平衡板(3)上开设有连接所述第一销轴的第一销孔(3a)和连接所述第二销轴的第二销孔(3b)，以及连接加劲梁(5)的第三销孔(3c)，所述第一销孔(3a)、第二销孔(3b)和第三销孔(3c)之间的连线组成等腰三角形结构。

6.如权利要求1所述的一种吊索连接组件，其特征在于：

所述外吊索(1a)与所述外主缆索夹(4a)之间通过转向接头(2)连接，所述内吊索(1b)与所述内主缆索夹(4b)之间通过转向接头(2)连接。

7.如权利要求6所述的一种吊索连接组件，其特征在于：

所述转向接头(2)包括相互连接的上耳板(2a)和下耳板(2b)，所述上耳板(2a)上开设有第一通孔(2c)，所述下耳板(2b)上开设有第二通孔(2d)，所述第一通孔(2c)的轴线与所述第二通孔(2d)的轴线相互垂直。

8.如权利要求1所述的一种吊索连接组件，其特征在于：

所述外吊索(1a)的长度和内吊索(1b)的长度相同。

9.一种四主缆悬索桥，其特征在于，包括：

桥塔，所述桥塔包括上游塔柱和下游塔柱，及位于上游塔柱和下游塔柱之间的桥塔横梁；

加劲梁(6)，所述加劲梁(6)位于所述上游塔柱和下游塔柱之间，且位于所述桥塔横梁的顶部；

主缆，所述主缆包括位于所述上游塔柱顶部的外主缆和内主缆，以及位于所述下游塔柱顶部的外主缆和内主缆；

权利要求1至8任一项所述的吊索连接组件，外主缆索夹(4a)与所述外主缆固定连接，内主缆索夹(4b)与所述内主缆固定连接，平衡板(3)与所述加劲梁(6)铰接。

10.如权利要求9所述的一种四主缆悬索桥，其特征在于：

所述加劲梁(6)的顶部设有铰接所述平衡板(3)的加劲梁耳板(5)，所述加劲梁耳板(5)与所述平衡板(3)通过第三销轴铰接。

Images