CN113235425A - 一种具有主索鞍及散索鞍特性的辊轴式索鞍及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有主索鞍及散索鞍特性的辊轴式索鞍及其使用方法，索鞍包括彼此连接的中跨侧半索鞍和锚跨侧半索鞍，中跨侧半索鞍的鞍槽侧壁相互平行，对主缆进行支承和转向；锚跨侧半索鞍的鞍槽侧壁向锚碇方向逐渐外扩，呈弧形锥面结构，对主缆进行支承、转向和发散；中跨侧半索鞍和锚跨侧半索鞍设于底座上，底座设于上承板上，上承板和下承板之间设有滚动摩擦副，通过滚动摩擦副的滚动实现索鞍的预偏。本发明构造简单、应力扩散合理、功能完善、安装维护方便，从而使得在陡峭山区峡谷中修建开挖量少、施工工期短、经济效益可观和环境友好的无塔地锚式悬索桥成为可能。

Description

一种具有主索鞍及散索鞍特性的辊轴式索鞍及其使用方法

技术领域

本发明属于桥梁工程悬索桥技术领域，具体是一种具有主索鞍及散索鞍特性的辊轴式索鞍及其使用方法。

背景技术

悬索桥又名吊桥，是指以承受拉力的缆索作为主要承重构件的桥梁结构，主要由主缆、加劲梁、索塔、索鞍、锚碇、吊索、索夹等构件组成。悬索桥可充分发挥缆索构件的抗拉强度，具有受力合理、用料省、结构自重轻的特点。悬索桥在各种桥型中跨越能力最强，这使得悬索桥桥型在跨越大江大河、宽阔峡谷等项目中得到了广泛采用。

如图1所示，常规地锚式悬索桥大多采用双塔单跨（图1a）或双塔三跨（图1b）布置，其索鞍可分为主索鞍和散索鞍两类。其中，主索鞍设置在桥塔顶部，主要作用是将主缆索竖向压力荷载均匀传递到索塔，并使主缆在塔顶处平缓弯曲过渡；散索鞍设置在锚碇散索鞍支墩上，主要作用是对主缆进行支承转向和分散主缆束股，使之便于锚固。

当在地势平坦的平原地区修建悬索桥时，采用图1所示的双索塔悬索桥可达到造型美观，造价合理的效果。然而，当桥位位于地势险峻的高山峡谷中时，为保证施工安全和避免对自然环境造成破坏，原则上应尽量减少开挖和爆破。此时，如仍采用双塔布置将不利于减少开挖，进而不利于降低工程造价和保护自然环境。

对此，现有技术公开了如图2所示的开挖量少、环境友好且适用于在高山峡谷中修建的新型无塔悬索桥结构形式。此专利的主要创新点在于取消了在两岸地势陡峭岸设置索塔，取而代之采用隧道锚+具有主索鞍及散索鞍特性的索鞍。这就对索鞍提出了更高的要求，要求索鞍能集主索鞍和散索鞍功能与一身：既要具有主索鞍传递竖向荷载及横向荷载的功能，同时也应具有散索鞍在锚跨侧能起到散索的功能，实现锚跨主缆索股的分散锚固。

索鞍是悬索桥主缆系的重要受力构件，在使用过程中处于复杂的三向空间受力状态，其结构形式是否合理直接影响着全桥的安全性能。尽管工程界各专家学者对索鞍的结构形式已经进行了大量的研究并提出了多项结构形式新颖、受力性能优越的索鞍发明专利。

然而，在本发明提出前，尚且没有一种辊轴式索鞍能满足集主索鞍和散索鞍功能于一身的要求，以满足无塔单跨地锚式悬索桥对索鞍的要求。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明提供一种具有主索鞍及散索鞍特性的辊轴式索鞍及其使用方法，为无塔单跨地锚式悬索桥桥型方案的实现奠定基础。

本发明解决上述技术缺陷所采用的技术方案是：

一种具有主索鞍及散索鞍特性的辊轴式索鞍，包括彼此连接的中跨侧半索鞍和锚跨侧半索鞍，中跨侧半索鞍的鞍槽侧壁相互平行，对主缆进行支承和转向；

锚跨侧半索鞍的鞍槽侧壁向锚碇方向逐渐外扩，呈弧形锥面结构，对主缆进行支承、转向和发散；

中跨侧半索鞍和锚跨侧半索鞍设于底座上，底座设于上承板上，上承板和下承板之间设有滚动摩擦副，通过滚动摩擦副的滚动实现索鞍的预偏。

进一步地，滚动摩擦副包括上滑板、辊子、联板、联板螺钉和下滑板；

上滑板带动索鞍鞍体发生偏移，各辊子通过联板螺钉与联板连接，辊子组端部的辊子两侧设有限位榫，与上承板、下承板连接，以限制辊子与鞍体之间的滑移，从而实现协同滚动。

进一步地，主缆处于空缆状态下时，通过辊子预滚一个角度，通过上滑板带动索鞍鞍体发生偏移，从而使得索鞍产生一定的预偏量。

进一步地，下承板上设有多个销孔，销孔与格栅中销孔配钻，下承板通过销与格栅相连接，格栅将主缆传递给索鞍的压力扩散至地基之中。

进一步地，鞍槽中设有与主缆索股形状相吻合的纵向弧形槽路，以使主缆的压力作用于曲面的径向，使地基传递给索鞍的反作用力保持竖向；

槽路的横断面根据主缆索股的排列呈方形台阶状，鞍槽内顺桥向设有竖向隔板。

进一步地，各槽路索股顶面与中央列索股齐平，鞍槽侧壁通过合金钢拉杆和螺母夹紧，鞍槽外设有多道横肋、纵肋和纵向加劲肋。

进一步地，上承板顶部设有导向平键，导向平键通过六角螺栓与上承板连接；

上承板上设有多个销孔，与索鞍鞍体底座配钻；下承板两端设有挡块，挡块通过六角螺栓与下承板连接。

进一步地，格栅为竖直的横向钢板和纵向钢板组成的格构，格栅上下端分别设有格状顶板和格状底板，形成纵横两向均为Ⅰ字形断面的网格，网格内设有锚固钢筋并填浇混凝土，浇筑混凝土高度略低于格栅顶部。

进一步地，格栅顶部一端设有千斤顶支架，千斤顶支架上安装有顶推千斤顶。

本发明还涉及的上述的辊轴式索鞍的使用方法，包括如下步骤：

索鞍沿纵桥向分成中跨侧半索鞍和锚跨侧半索鞍两部分，吊至设计位置后用高强度螺栓拼接；

主缆索股全部就位并调股后，各槽路索股采用锌填块填至顶面与中央列索股齐平，再将鞍槽侧壁用合金钢拉杆、螺母夹紧，以增加主缆索股之间、主缆索股与隔板之间以及主缆索股与鞍槽侧壁之间的摩擦力，同时也可减小鞍槽侧壁的弯曲应力；

在施工期间，主缆处于空缆状态下，通过辊子预滚一个角度，通过上滑板带动索鞍鞍体发生偏移，从而使得索鞍产生一定的预偏量；

其中，在滚动摩擦副设计过程中，先通过全桥结构计算确定索鞍的预偏量，然后合理选择辊子的尺寸，最后根据成桥状态辊子处于竖直状态，计算出辊子预偏角。

本发明中，鞍体沿纵桥向分成中跨侧半索鞍和锚跨侧半索鞍两部分，中跨侧半索鞍鞍槽侧壁相互平行，起主索鞍的作用；而锚跨侧半索鞍鞍槽侧壁沿锚碇方向逐渐外扩，呈弧形锥面结构，起散索鞍的作用；鞍体下设不锈钢板-辊子-耐磨钢板滚动副，以适应施工及运营过程中索鞍与底座的相对移动。

本发明的辊轴式索鞍采用铸焊结合形式，其中鞍槽用铸钢铸造，底座由钢板焊成，鞍槽截面呈“U”形，鞍槽内沿顺桥向设竖向隔板，鞍槽侧壁利用拉杆、螺母夹紧。

本发明的辊轴式索鞍鞍身设有多道横肋、两道纵肋和多道纵向加劲肋，以改善鞍槽受力。

本发明的索鞍格栅由许多钢板焊接而成，格栅下设有可调高度的钢制楔形垫块，通过采用竖直的横向钢板、纵向钢板焊成的格构，同时上下设格状顶板、格状底板，形成纵横两向均为Ⅰ字形断面的网格，在网格内设锚固钢筋，格栅顶部一端设有千斤顶支架，千斤顶支架上安装有顶推千斤顶，通过顶推千斤顶将索鞍由空缆状态设计位置顶推至成桥状态设计位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

（1）本发明构造简单、应力扩散合理、功能完善、安装维护方便，从而使得在陡峭山区峡谷中修建开挖量少、施工工期短、经济效益可观和环境友好的无塔地锚式悬索桥成为可能。

（2）本发明的鞍体沿纵桥向分成中跨侧半索鞍和锚跨侧半索鞍两部分，吊至设计位置后用高强度螺栓拼接，中跨侧半索鞍的鞍槽侧壁相互平行，起主索鞍的作用；而锚跨侧半索鞍的鞍槽侧壁沿锚碇方向逐渐外扩，呈弧形锥面结构，起散索鞍的作用。

（3）本发明鞍体的鞍槽截面呈“U”形，为增加主缆与鞍槽间的摩阻力并方便索股定位，于鞍槽内沿顺桥向设多块竖向隔板，竖向隔板沿高度方向进行了分层。在索股全部就位并调股后，各索股顶部用锌块填平，再利用拉杆、螺母将鞍槽侧壁夹紧，以增加主缆索股之间、主缆索股与隔板之间以及主缆索股与鞍槽侧壁之间的摩擦力，同时也可减小鞍槽侧壁的弯曲应力。

（4）鞍身设有多道横肋、两道纵肋和多道纵向加劲肋，能够改善鞍槽受力。

（5）本发明设置了滚动摩擦副，以适应施工及运营过程中相对移动，利用辊子的滚动来达到索鞍预偏的要求。本发明设置了格栅，将鞍体的垂直反力均匀分布于地基中。

附图说明

图1a为常规双塔单跨地锚式悬索桥整体结构示意图；

图1b为常规双塔三跨地锚式悬索桥整体结构示意图；

图2为无塔单跨地锚式悬索桥整体结构示意图；

图3为具有主索鞍及散索鞍特性的辊轴式索鞍立体示意图；

图4为具有主索鞍及散索鞍特性的辊轴式索鞍立面示意图；

图5为具有主索鞍及散索鞍特性的辊轴式索鞍侧面示意图；

图6为具有主索鞍及散索鞍特性的辊轴式索鞍平面示意图；

图7为具有主索鞍及散索鞍特性的辊轴式索鞍上承板平面示意图；

图8为具有主索鞍及散索鞍特性的辊轴式索鞍下承板平面示意图；

图9a为具有主索鞍及散索鞍特性的辊轴式索鞍移动摩擦副结构示意图（空缆状态）；

图9b为具有主索鞍及散索鞍特性的辊轴式索鞍移动摩擦副结构示意图（成桥状态）；

图10为具有主索鞍及散索鞍特性的辊轴式索鞍格栅立面示意图；

图11为具有主索鞍及散索鞍特性的辊轴式索鞍格栅顶板平面示意图；

其中，图例说明如下：

A、中跨侧半索鞍结构；B、锚跨侧半索鞍结构；

1、鞍槽；2、底座；3、横肋；4、纵向加劲肋；5、上承板；6、滚动摩擦副；

7、下承板；8、挡块；9、格栅；10、销；11、高强螺栓；12、六角螺栓；13、锚固钢筋；14、主缆；15、纵肋；16、拉杆；17、螺母；18、导向平键；19、隔板；20、上滑板；21、辊子；22、联板；23、联板螺钉；24、下滑板；25、格栅顶板；26、格栅底板；27、反力架；28、格栅侧板；29、横向钢板；30、纵向钢板；31、千斤顶支架。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本申请实施例中使用的技术术语或者科学术语应当为所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“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。“上”、“下”、“左”、“右”、“横”以及“竖”等仅用于相对于附图中的部件的方位而言的，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中的部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。

如图3、4、5、6所示，本实施例的复合辊轴式索鞍，具有主索鞍及散索鞍特性，由鞍槽1、底座2、横肋3、纵向加劲肋4、上承板5、滚动摩擦副6、下承板7、挡块8、格栅9、销10和纵肋15组成。

如图3所示，索鞍沿纵桥向分成中跨侧半索鞍A和锚跨侧半索鞍B两部分，吊至设计位置后用高强度螺栓11拼接。中跨侧半索鞍A的鞍槽1侧壁相互平行，其作用类似于主索鞍，对主缆14起支承和转向作用；锚跨侧半索鞍B的鞍槽1侧壁向锚碇方向逐渐外扩，呈弧形锥面结构，其作用类似于散索鞍，对主缆14起支承、转向和发散作用。

底座2固定在上承板5上。上承板5下设有滚动摩擦副6，通过滚动摩擦副6中辊子22的滚动来实现索鞍的预偏。

滚动摩擦副6下设有下承板7，下承板7设有多个销孔，其销孔需与格栅9中销孔配钻。下承板7通过销10与格栅9相连接。最后通过格栅9将主缆14传递给索鞍的压力扩散至地基之中。

如图5、图6所示，本实施例具有主索鞍及散索鞍特性的辊轴式索鞍的鞍体由鞍槽1和底座2组成，采用铸焊结合形式，其中弧形鞍槽1采用铸钢铸造，用于支承和发散主缆14缆束；底座2由钢板焊成，用于支承鞍槽1。鞍槽1中设有与主缆14索股形状相吻合的纵向弧形槽路，以使主缆14的压力作用于曲面的径向，使地基传递给索鞍的反作用力保持竖向。

本实施例鞍体的鞍槽截面呈“U”形，为增加主缆与鞍槽间的摩阻力并方便索股定位，于鞍槽内沿顺桥向设多块竖向隔板，竖向隔板沿高度方向进行了分层。

槽路的横断面根据主缆14索股的排列呈方形台阶状。同时，为增加主缆14与鞍槽1间的摩阻力并方便主缆14索股定位，在鞍槽1内顺桥向设有竖向隔板19。在主缆14索股全部就位并调股后，各槽路索股采用锌填块填至顶面与中央列索股齐平，再将鞍槽1侧壁用合金钢拉杆16、螺母17夹紧，以增加主缆14索股之间、主缆14索股与隔板19之间以及主缆14索股与鞍槽1侧壁之间的摩擦力，同时也可减小鞍槽1侧壁的弯曲应力。鞍槽1外设有多道横肋3、两道纵肋15和多道纵向加劲肋4，对鞍槽1起支承和加劲作用。

如图7、图8所示，本实施例中，上承板5和下承板7均采用组焊件形式。上承板5顶部设有导向平键18，以便于索鞍鞍体的移动。导向平键18通过六角螺栓12与上承板5连接。上承板5设有多个销孔，与索鞍鞍体底座2配钻。下承板7两端设有挡块8，以防止索鞍定位后产生移动。挡块8通过六角螺栓12与下承板7连接。下承板7设有定位销10销孔，通过定位销10将下承板7与格栅9连接。

如图9a、图9b所示，上承板5下设有锈钢板-辊子-耐磨钢板滚动摩擦副，以适应施工及运营过程中相对移动。具体的，上承板5和下承板7之间设有滚动摩擦副6，滚动摩擦副6由上滑板20、辊子21、联板22、联板螺钉23、下滑板24组成。各辊子21通过联板螺钉23与联板22连接，从而协同滚动。

端部辊子21两侧设限位榫与上承板、下承板连接，以限制滚子与鞍体之间的滑移，利用辊子的滚动来达到索鞍预偏的要求。滚动摩擦副6设置在下承板7上。鞍体通过下承板7安装于格栅9上。

在施工期间主缆14处于空缆状态下，通过辊子21预滚一个角度θ，通过上滑板20带动索鞍鞍体发生偏移，从而使得索鞍产生一定的预偏量δ。在滚动摩擦副6设计过程中，先通过全桥结构计算确定索鞍的预偏量δ，然后合理选择辊子21的尺寸，最后根据成桥状态辊子21处于竖直状态，计算出辊子21预偏角θ。

如图10、图11所示，本实施例中，格栅9由许多钢板焊接而成。格栅9下设有可调高度的钢制楔形垫块。格栅9采用竖直的横向钢板29、纵向钢板30焊成的格构，上下设格状顶板25、格状底板26，形成纵横两向均为Ⅰ字形断面的网格，网格内设锚固钢筋13并填浇混凝土，浇筑混凝土高度略低于格栅9顶部，格栅9内混凝土需振捣密实。格栅9顶部一端设有千斤顶支架31，千斤顶支架31上安装有顶推千斤顶，通过顶推千斤顶将索鞍由空缆状态设计位置顶推至成桥状态设计位置。

本实施例中，格栅9为组焊件，安放在钢制楔形垫块上。格栅9采用纵横向以竖直钢板焊成的格构，格栅的主要作用是将鞍体的垂直反力均匀分布于地基中，故格栅安装位置应当准确，格栅内混凝土应振捣密实。

以上详细描述了本发明的一个理想实施例。通过上述的说明内容，本领域的相关技术人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内作出诸多调整和变化。因此，本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，而必须根据权利要求书来确定其技术保护范围。

Claims (10)

1.一种具有主索鞍及散索鞍特性的辊轴式索鞍，其特征在于：包括彼此连接的中跨侧半索鞍和锚跨侧半索鞍，中跨侧半索鞍的鞍槽侧壁相互平行，对主缆进行支承和转向；

锚跨侧半索鞍的鞍槽侧壁向锚碇方向逐渐外扩，呈弧形锥面结构，对主缆进行支承、转向和发散；

中跨侧半索鞍和锚跨侧半索鞍设于底座上，底座设于上承板上，上承板和下承板之间设有滚动摩擦副，通过滚动摩擦副的滚动实现索鞍的预偏。

2.根据权利要求1所述的辊轴式索鞍，其特征在于：滚动摩擦副包括上滑板、辊子、联板、联板螺钉和下滑板；

上滑板带动索鞍鞍体发生偏移，各辊子通过联板螺钉与联板连接，辊子组端部的辊子两侧设有限位榫，与上承板、下承板连接，以限制辊子与鞍体之间的滑移，从而实现协同滚动。

3.根据权利要求2所述的辊轴式索鞍，其特征在于：主缆处于空缆状态下时，通过辊子预滚一个角度，通过上滑板带动索鞍鞍体发生偏移，从而使得索鞍产生一定的预偏量。

4.根据权利要求2所述的辊轴式索鞍，其特征在于：下承板上设有多个销孔，销孔与格栅中销孔配钻，下承板通过销与格栅相连接，格栅将主缆传递给索鞍的压力扩散至地基之中。

5.根据权利要求1所述的辊轴式索鞍，其特征在于：鞍槽中设有与主缆索股形状相吻合的纵向弧形槽路，以使主缆的压力作用于曲面的径向，使地基传递给索鞍的反作用力保持竖向；

槽路的横断面根据主缆索股的排列呈方形台阶状，鞍槽内顺桥向设有竖向隔板。

6.根据权利要求5所述的辊轴式索鞍，其特征在于：各槽路索股顶面与中央列索股齐平，鞍槽侧壁通过合金钢拉杆和螺母夹紧，鞍槽外设有多道横肋、纵肋和纵向加劲肋。

7.根据权利要求1所述的辊轴式索鞍，其特征在于：上承板顶部设有导向平键，导向平键通过六角螺栓与上承板连接；

上承板上设有多个销孔，与索鞍鞍体底座配钻；下承板两端设有挡块，挡块通过六角螺栓与下承板连接。

8.根据权利要求4所述的辊轴式索鞍，其特征在于：

格栅为竖直的横向钢板和纵向钢板组成的格构，格栅上下端分别设有格状顶板和格状底板，形成纵横两向均为Ⅰ字形断面的网格，网格内设有锚固钢筋并填浇混凝土，浇筑混凝土高度略低于格栅顶部。

9.根据权利要求8所述的辊轴式索鞍，其特征在于：格栅顶部一端设有千斤顶支架，千斤顶支架上安装有顶推千斤顶。

10.权利要求1-9之一的辊轴式索鞍的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：

索鞍沿纵桥向分成中跨侧半索鞍和锚跨侧半索鞍两部分，吊至设计位置后用高强度螺栓拼接；

主缆索股全部就位并调股后，各槽路索股采用锌填块填至顶面与中央列索股齐平，再将鞍槽侧壁用合金钢拉杆、螺母夹紧，以增加主缆索股之间、主缆索股与隔板之间以及主缆索股与鞍槽侧壁之间的摩擦力，同时也可减小鞍槽侧壁的弯曲应力；

在施工期间，主缆处于空缆状态下，通过辊子预滚一个角度，通过上滑板带动索鞍鞍体发生偏移，从而使得索鞍产生一定的预偏量；

其中，在滚动摩擦副设计过程中，先通过全桥结构计算确定索鞍的预偏量，然后合理选择辊子的尺寸，最后根据成桥状态辊子处于竖直状态，计算出辊子预偏角。

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