CN113174829B - 中承式悬索桥结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及中承式悬索桥结构，包括主桥加劲梁和位于主桥加劲梁两端的引桥主梁，主桥加劲梁位于两座主塔之间且通过主缆与两座主塔连接，主缆中部呈弧形，两组高点分别连接在两座主塔的顶部，中部低点位于主桥加劲梁下底面，两端连接在引桥主梁末端的锚碇上；主桥加劲梁到主缆最低点的高度与主桥加劲梁到主塔顶部高度的比例按设定的垂度分割比例设置。提供更大的锚碇设置范围，具备更强地形地质适应性；提升结构阻尼，提高结构抗震抗风性能；提高工程的经济性。

Description

中承式悬索桥结构
技术领域
本发明涉及桥梁技术领域，具体为中承式悬索桥结构。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
桥梁是公路、铁路、城市道路和农村道路及水利建设中，为了跨越各种障碍(如河流、或其它结构)的结构物。按结构受力特点划分，桥梁可分为梁、拱、刚架、悬索桥、斜拉桥等体系。悬索桥，是以承受拉力的缆索或链索作为主要承重构件的桥梁，由悬索、桥塔、锚碇、吊索、加劲梁等部分组成。悬索桥的主要承重构件是悬索，它主要承受拉力，可以采用抗拉强度高的钢材(钢丝、钢缆等)制作，充分利用材料的强度，因此在各种体系桥梁中的跨越能力最大，跨径可以达到2000～3500米。
传统悬索桥的加劲梁位于主缆之下，通过吊索悬吊在主缆上，可称之为下承式悬索桥，其结构力学体系成熟，工程实例较多，但目前下承式悬索桥具有以下不足：(1)刚度较小，变形较大；(2)塔柱抗震性能较差；(3)结构阻尼较小，易发生中低风速涡振；(4)地形地质的适应性较差，既要满足主塔处的地形地质条件，又要满足锚碇处的地形地质条件；(5)造价昂贵，工程经济性较差。
发明内容
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面提供中承式悬索桥结构，包括主桥加劲梁和位于主桥加劲梁两端的引桥主梁，主桥加劲梁位于两座主塔之间且通过主缆与两座主塔连接，主缆中部呈弧形，两组高点分别连接在两座主塔的顶部，中部低点位于主桥加劲梁下底面，两端连接在引桥主梁末端的锚碇上；主桥加劲梁到主缆最低点的高度与主桥加劲梁到主塔顶部高度的比例按设定的垂度分割比例设置。
主缆位于主桥加劲梁上顶面的部分通过对称布置的至少一对吊索连接。主缆位于主桥加劲梁下底面的部分通过对称布置的至少一对立柱连接。
多组立柱通过立柱间横向连接件连接在一起，立柱上设置刚性扣。
主塔顶部通过主索鞍固定主缆的高点，主塔底部具有基础，基础位于地面。
主桥加劲梁和引桥主梁通过主塔连接在一起，主塔设置有引桥支座和主桥竖向支座，纵向弹性阻尼限位器。
引桥支座与引桥主梁连接，主桥竖向支座与主桥加劲梁连接，纵向弹性阻尼限位器靠近主桥加劲梁设置。
主缆经主塔顶部连接至引桥主梁末端的锚碇，通过散索鞍将主缆的末端固定在锚碇上。
垂度分割比例取值范围为0.1～0.5。
主桥加劲梁为钢箱梁、钢桁梁或板梁。
与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
1、桥塔高度较低，风及地震在桥塔及基础中产生的响应降低，桥塔及基础抗风抗震性能提升。
2、桥塔塔顶标高降低，可用于因航空等限制塔顶标高的情况，桥型的适应性提升。
3、锚碇位置距离桥塔较近，且随垂度分割比例§的变化而变化，锚碇布置的地形地质适应性提升。
4、跨中部分的加劲梁通过刚性立柱支撑于主缆上，可方便地设置刚性中央扣，使加劲梁抗风性能提升。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明一个或多个实施例提供的立体结构示意图；
图2是本发明一个或多个实施例提供的垂直分割比例示意图；
图3是本发明一个或多个实施例提供的主塔支座局部示意图；
图4(a)是本发明一个或多个实施例提供的选用钢箱梁作为加劲梁的结构示意图；
图4(b)是本发明一个或多个实施例提供的选用钢桁梁作为加劲梁的结构示意图；
图4(c)是本发明一个或多个实施例提供的选用板梁作为加劲梁的结构示意图；
图中：1-基础，2-主塔，3-主缆，4-吊索，5-立柱，6-刚性扣，7-立柱间横向连接件，8-主桥加劲梁，9-主索鞍，10-散索鞍，11-锚碇，12-引桥主梁，13-引桥支座，14-主桥竖向支座，15-纵向弹性阻尼限位器，16-钢箱梁，17-钢桁梁，18-板梁。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术中所描述的，传统悬索桥结构力学体系成熟，工程实例较多，但总体上看，目前具有以下不足：(1)刚度较小，变形较大；(2)塔柱抗震性能较差；(3)结构阻尼较小，易发生中低风速涡振；(4)地形地质的适应性较差，既要满足主塔处的地形地质条件，又要满足锚碇处的地形地质条件；(5)造价昂贵，工程经济性较差。因此以下实施例给出了中承式悬索桥结构的结构形式来解决上述问题。
实施例一：
如图1-4所示，中承式悬索桥结构，包括主桥加劲梁8和位于主桥加劲梁8两端的引桥主梁12，主桥加劲梁8位于两座主塔2之间且通过主缆3与两座主塔2连接，主缆3中部呈弧形，两组高点分别连接在两座主塔2的顶部，中部低点位于主桥加劲梁8下底面，两端连接在引桥主梁12的锚碇11上；主桥加劲梁8到主缆3最低点的高度与主桥加劲梁8到主塔2顶部高度的比例按垂度分割比例§设定，垂度分割比例§取值范围0.1～0.5。
位于主桥加劲梁8上顶面的主缆3通过对称布置的至少一对吊索4连接。位于主桥加劲梁8下底面的主缆3通过对称布置的至少一对立柱5连接。
多组立柱5通过立柱间横向连接件7连接在一起，刚性扣6设置在立柱5和主缆3的连接点处，用于将立柱5一端和主缆3固定在一起。
主塔2顶部通过主索鞍9固定主缆3的高点，主塔2底部具有基础1，基础1连接地面设置。
主桥加劲梁8和引桥主梁12通过主塔2连接在一起，主塔2设置有与引桥主梁12连接的引桥支座13，和与主桥加劲梁8连接的主桥竖向支座14，分别支承两侧的引桥主梁12和主桥加劲梁8。主塔2还设有纵向弹性阻尼限位器15。
主缆3经主塔2顶部连接至引桥主梁12末端的锚碇11，通过散索鞍10将主缆3的末端固定在锚碇11上。
主缆3至少为两组，两组主缆3按桥梁横向两侧布置，每组主缆3可由一根或多根主缆组成。两组主缆的垂跨比推荐采用1/8～1/11。
横向两组主缆塔顶横向对称布置，主缆跨中标高相同，垂跨比相同；每组主缆3在主塔2顶部通过主索鞍9连接，主缆3上具有散索鞍10，通过锚碇11固定在地面上。
主桥加劲梁8位于主缆塔顶主索鞍与主缆跨中最低点之间，加劲梁处于主缆标高之下的部分采用吊索悬吊，加劲梁处于主缆标高之上的部分采用立柱支撑。
加劲梁与主缆之间应根据纵向稳定性要求设置刚性扣。当设置一道刚性扣时可选择跨中，当设置两道刚性扣时可选择加劲梁与主缆交叉点附近，当设置三道刚性扣时可选择跨中、加劲梁与主缆交叉点附近。
加劲梁可采用钢箱梁16、钢桁梁17或板梁18，通过吊索4悬吊和立柱5支撑在两组主缆3上，两组主缆3恒载受力相同；
主桥加劲梁8靠近主塔2的部位设置主桥竖向支座14和纵向弹性阻尼限位器15。
主缆锚跨侧，主缆通过散索鞍、锚碇实现主缆锚固。
中承式悬索桥结构在桥塔底部设置有基础1和承台，基础设置于地表以下工程地质合适的地基层中，承台位于基础与桥塔之间，与基础顶部和桥塔底部连接成整体。
上述的基础、桥塔、主缆、加劲梁、吊索、立柱、刚性扣、立柱间横向连接件、锚碇构成中承式悬索桥结构。
具体的如图1～图4所示，中承式悬索桥由基础1、主塔2、主缆3、吊索4、立柱5、刚性扣6、立柱间横向连接件7、主桥加劲梁8、主索鞍9、散索鞍10、锚碇11、主桥竖向支座14、纵向弹性阻尼限位器15组成。
如图1、图2所示，边跨可设置主桥加劲梁8及吊索4，形成2至3跨体系，跨间可设置成简支或结构连续体系。
如图3所示，主塔2设置有引桥支座13、主桥竖向支座14及纵向弹性阻尼限位器15，分别支承两侧的引桥主梁12和主桥加劲梁8。
如图4所示，主桥加劲梁8采用钢箱梁16、钢桁梁17或板梁18。
上述结构的中承式悬索桥，与同等跨度、同等主缆垂跨比常规悬索桥相比，中承式悬索桥，桥塔高度较低，风及地震在桥塔及基础中产生的响应较小，桥塔及基础抗风抗震性能较好。
上述结构的中承式悬索桥，与同等跨度、同等主缆垂跨比常规悬索桥相比，中承式悬索桥，桥塔塔顶标高降低，可用于因航空等限制塔顶标高的情况，桥型的适应性更好。
上述结构的中承式悬索桥，与同等跨度、同等主缆垂跨比常规悬索桥相比，中承式悬索桥，锚碇位置距离桥塔较近，且随垂度分割比例§的变化而变化，锚碇布置的地形地质适应性更好。
上述结构的中承式悬索桥，与同等跨度、同等主缆垂跨比常规悬索桥相比，中承式悬索桥，跨中部分加劲梁通过刚性立柱支撑于主缆上，可方便地设置刚性中央扣，加劲梁抗风性能更好。
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 (7)

1.中承式悬索桥结构，其特征在于：包括主桥加劲梁和位于主桥加劲梁两端的引桥主梁，主桥加劲梁位于两座主塔之间且通过主缆与两座主塔连接，主缆中部呈弧形，两组高点分别连接在两座主塔的顶部，中部低点位于主桥加劲梁下底面，两端连接在引桥主梁末端的锚碇上；主桥加劲梁到主缆最低点的高度与主桥加劲梁到主塔顶部高度的比例按设定的垂度分割比例设置，垂度分割比例取值范围为0.1～0.5；
主缆位于主桥加劲梁下底面的部分通过对称布置的至少一对立柱连接，多组立柱通过立柱间横向连接件连接在一起，立柱上设置刚性扣，当设置一道刚性扣时选择跨中，当设置两道刚性扣时选择加劲梁与主缆交叉点附近，当设置三道刚性扣时选择跨中、加劲梁与主缆交叉点附近。
2.如权利要求1所述的中承式悬索桥结构，其特征在于：所述主缆位于主桥加劲梁上顶面的部分通过对称布置的至少一对吊索连接。
3.如权利要求1所述的中承式悬索桥结构，其特征在于：所述主塔顶部通过主索鞍固定主缆的高点，主塔底部具有基础，基础位于地面。
4.如权利要求1所述的中承式悬索桥结构，其特征在于：所述主桥加劲梁和引桥主梁通过主塔连接在一起，主塔设置有引桥支座、主桥竖向支座和纵向弹性阻尼限位器。
5.如权利要求4所述的中承式悬索桥结构，其特征在于：所述引桥支座与引桥主梁连接，主桥竖向支座与主桥加劲梁连接，纵向弹性阻尼限位器靠近主桥加劲梁设置。
6.如权利要求1所述的中承式悬索桥结构，其特征在于：所述主缆经主塔顶部连接至引桥主梁末端的锚碇，通过散索鞍将主缆的末端固定在锚碇上。
7.如权利要求1所述的中承式悬索桥结构，其特征在于：所述主桥加劲梁为钢箱梁、钢桁梁或板梁。
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