CN113622283B - 一种双曲抛物面空间交叉缆索网的平拉式人行悬索桥 - Google Patents

Abstract

一种双曲抛物面空间交叉缆索网的平拉式人行悬索桥，双曲抛物面空间交叉缆索网体系是由数根钢丝缆索空间交叉构成，其空间构型为双曲抛物面空间交叉缆索网下垂形成的槽口向上缆索网，双肢柱桥塔由双肢柱框架和抛物线凹型盖梁组成，双曲抛物面空间交叉缆索网体系悬挂在双肢柱桥塔的抛物线凹型盖梁之上，背拉索分为左右两股锚固于锚碇之中，管桁架结构形式的桥面结构系统搁置在双曲抛物面空间交叉缆索网体系的凹槽之中。双曲抛物面空间交叉缆索网是斜向交叉布置的，斜向交叉缆索可以提供水平分力，提高了抗侧刚度和抗扭刚度，避免平拉式悬索桥左右大幅度摇摆晃动，也提高了抗风稳定性，具有简明轻巧的结构、纤细流畅的造型和鲜活飘逸的美感特点。

Description

一种双曲抛物面空间交叉缆索网的平拉式人行悬索桥

技术领域

本发明属于土木工程领域，涉及一种平拉式人行悬索桥的建造技术，尤其涉及一种双曲抛物面空间交叉缆索网的平拉式人行悬索桥。

背景技术

随着时代的发展，峡谷景区人行悬索桥日益增多，峡谷景区的旅游交通更加便捷。平拉式人行悬索桥结构不需要吊索，其桥面结构是直接铺设在主缆悬索之上，平拉式悬索桥的垂跨比通常采用1/40～1/25。

平拉式悬索桥具有建造速度快、投资省、构件装配式可以重复利用等优点，在军事战备、水利、交通、市政和矿山行业得到广泛应用。

大渡河泸定桥是一座著名的平拉式悬索桥，泸定桥是在九根平行缆索之上铺设木板而形成的平拉式悬索桥结构。

伦敦千禧桥也是一座著名的平拉式悬索桥，其桥左右各布置四根平行的钢丝缆索，飞燕状钢结构横梁搁置在左右钢丝缆索之上，横梁上搭上金属桥面板，便形成了一座纤细银带桥。

在峡谷景区的优良地质条件下，由于隧道式锚碇基础施工方便，平拉式人行悬索桥具有较强的竞争优势，平拉式人行悬索桥可促进峡谷景区旅游交通的发展。

传统的平拉式悬索桥通常是采用平行钢丝缆索结构体系，因而，其结构空间整体性不强，其侧向刚度和抗扭刚度较差，导致平拉式人行悬索桥的左右晃动幅度较大，导致其抗风稳定性不足。

发明内容

技术问题：本发明提供一种结构简洁、造型漂亮、施工方便、结构空间刚度大和造价低的双曲抛物面空间交叉缆索网的平拉式人行悬索桥，改革传统的平拉式人行悬索桥，双曲抛物面空间交叉缆索网体系代替平行钢丝缆索体系，双肢柱桥塔的抛物线凹型盖梁锚固双曲抛物面空间交叉缆索网体系，在双曲抛物面空间交叉缆索网体系上设置管桁架形式的加劲梁，建造峡谷景区人行悬索桥。

技术方案：本发明的一种双曲抛物面空间交叉缆索网的平拉式人行悬索桥，包括双肢柱桥塔、双曲抛物面空间交叉缆索网体系、背拉索、锚碇和桥面结构系统，所述双肢柱桥塔由双肢柱框架和抛物线凹型盖梁组成，所述抛物线凹型盖梁搁置在所述双肢柱框架之上；所述双曲抛物面空间交叉缆索网体系是由数根钢丝缆索空间交叉构成，其空间构型为双曲抛物面空间交叉缆索网下垂形成的槽口向上缆索网，所述双曲抛物面空间交叉缆索网体系悬挂在所述双肢柱桥塔的抛物线凹型盖梁之上；所述背拉索一端分为左右两股锚固于锚碇之中，所述背拉索另外一端分散锚固于所述双肢柱桥塔的抛物线凹型盖梁之上；管桁架结构形式的所述桥面结构系统搁置在所述双曲抛物面空间交叉缆索网体系的凹槽之中，所述桥面结构系统由钢结构曲梁、管桁架加劲梁和桥面板组成，数道抛物线型的所述钢结构曲梁横卧在所述双曲抛物面空间交叉缆索网体系之上，底部抛物线弧形的所述管桁架加劲梁搁置在所述双曲抛物面空间交叉缆索网体系之上，所述管桁架加劲梁与所述钢结构曲梁两者牢固焊接连接，在所述管桁架加劲梁顶面搁置所述桥面板。

优选地，所述管桁架加劲梁是由底部弧形桁架、纵向系杆和桁架式纵向支撑组成，左右两根所述纵向系杆连接多片所述底部弧形桁架的两边端部，所述桁架式纵向支撑连接多片所述底部弧形桁架的中间腰部。

优选地，所述底部弧形桁架是由抛物线弧形下弦杆、水平上弦杆和竖杆组成，所述水平上弦杆连接凹口向上的所述抛物线弧形下弦杆的两个端点，所述竖杆连接所述抛物线弧形下弦杆和所述水平上弦杆的两个中点。

本发明的一种双曲抛物面空间交叉缆索网的平拉式人行悬索桥的施工方法，该方法包括以下步骤：

第一步： 根据地质地形、地貌条件，进行峡谷景区平拉式人行悬索桥的桥址选择，建造引桥，施工桥塔基础和锚碇，现场安装施工双肢柱框架和抛物线凹型盖梁，形成双肢柱桥塔，并进行背拉索的安装施工；

第二步： 依据双曲抛物面数学方程，交叉布置双曲抛物面空间索网，形成双曲抛物面空间交叉缆索网体系；

第三步：隔开一定的间距，在双曲抛物面空间交叉缆索网体系之上横卧布置抛物线型的钢结构曲梁；

第四步： 将抛物线弧形下弦杆、水平上弦杆和竖杆三者牢固焊接连接，形成底部弧形桁架；

第五步： 隔开一定的间距，将底部弧形桁架布置在双曲抛物面空间交叉缆索网体系之上，在多片底部弧形桁架和钢结构曲梁之间焊接连接纵向系杆和桁架式纵向支撑，形成管桁架加劲梁；

第六步：在管桁架加劲梁顶面施工安装桥面板，安装金属栏杆，安装LED彩灯，形成峡谷景区人行悬索桥，运用使用。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

双曲抛物面空间悬索交叉网体系代替平行缆索体系，提高了平拉式人行景观悬索桥的结构空间刚度，增加了抗侧刚度和抗扭刚度，斜向交叉缆索可以提供水平分力，可避免平拉式悬索桥的左右大幅度摇摆晃动，双曲抛物面空间悬索交叉网体系提高了抗风稳定性。

改革传统的平拉式人行悬索桥，双肢柱桥塔支撑着抛物线凹型盖梁，抛物线凹型盖梁锚固双曲抛物面空间交叉缆索网体系，采用双曲抛物面空间交叉缆索网体系代替平行钢丝缆索体系，双肢柱桥塔设置背拉索平衡双曲抛物面空间交叉缆索网体系的拉力，在双曲抛物面空间交叉缆索网体系上设置管桁架形式的加劲梁，在管桁架形式的加劲梁之上铺设桥面板，形成一种双曲抛物面空间交叉缆索网的平拉式人行悬索桥，具有简明轻巧的结构、纤细流畅的造型和鲜活飘逸的美感的优点。

利用双曲抛物面的直纹特性，改革传统的平拉式悬索桥，采用双曲抛物面空间交叉缆索网体系代替平行钢丝缆索体系，双曲抛物面空间交叉缆索网是由多股钢丝缆索空间交叉布置，固定空间缆索交叉节点，可以大幅度提高平拉式悬索桥结构的整体性，提高峡谷景区平拉式人行悬索桥的空间刚度。双曲抛物面空间交叉缆索网是斜向交叉布置的，斜向交叉缆索可以提供水平分力，提高了抗侧刚度，可以避免平拉式悬索桥左右大幅度摇摆晃动。

双曲抛物面空间交叉缆索网是空间交叉布置缆索网，大幅度提高了平拉式悬索桥的抗扭刚度，大幅度提高了颤振抗风稳定性。

双肢柱桥塔由双肢柱框架和抛物线凹型盖梁组成，抛物线凹型盖梁悬挂双曲抛物面空间交叉缆索网，结构简明，造型漂亮，斜拉背索拽紧双肢柱桥塔，双肢柱桥塔造型独特新颖。

桥面结构系统由抛物线型钢结构曲梁、管桁架加劲梁和桥面板组成，桥面板荷载转递给管桁架加劲梁，管桁架加劲梁转递荷载给抛物线型钢结构曲梁，抛物线型钢结构曲梁转递荷载给双曲抛物面空间交叉缆索网，受力明确。

桥面结构系统布置在双曲抛物面空间交叉缆索网体系网兜之中，多道抛物线型钢结构曲梁横卧在双曲抛物面空间交叉缆索网之上，多道抛物线型钢结构曲梁均匀转递桥面荷载给双曲抛物面空间交叉缆索网，抛物线型钢结构曲梁与双曲抛物面空间交叉缆索网两者协同工作。

双曲抛物面空间交叉缆索网的平拉式人行悬索桥造型漂亮，犹如一条悬挂空中的银丝带，双曲抛物面空间交叉缆索网承托管桁架加劲梁桥面，交叉布置缆索网与桥面管桁架加劲梁协同工作，符合简明轻巧的结构、纤细流畅的造型和鲜活飘逸的美感的峡谷景区特色人行悬索桥的设计美学。

双曲抛物面空间交叉缆索网的平拉式人行悬索桥装配式施工方便，钢管混凝土的双肢柱桥塔固定于基础之中，斜拉背索一头隧道式锚固于锚定之中另外一头拽紧双肢柱桥塔，双曲抛物面空间交叉缆索网悬挂于双肢柱桥塔的抛物线凹型盖梁之上，双曲抛物面空间交叉缆索网分散缆索减轻安装自重，管桁架加劲梁桥面搁置在双曲抛物面空间交叉缆索网的凹槽之中，装配式施工快捷，结构简明，经济实惠。

双曲抛物面空间交叉缆索网的平拉式人行悬索桥是一种造型漂亮、空间刚度好、装配式施工方便和经济实惠的峡谷景区人行悬索桥，具有较强的竞争优势。

附图说明

图1是双曲抛物面空间交叉缆索网体系三维示意图；

图2是图1中的双肢柱桥塔三维示意图；

图3是双曲抛物面的几何构型示意图

图4是双曲抛物面空间交叉缆索网的平拉式人行悬索桥三维示意图；

图5是图4在支座处的局部三维示意图；

图6是图4中的桥面结构系统三维示意图；

图7是图6中的管桁架加劲梁三维示意图；

图8是图7中的底部弧形桁架三维示意图；

图9是锚碇基础示意图。

图中有：双肢柱桥塔1；双肢柱框架11；抛物线凹型盖梁12；双曲抛物面空间交叉缆索网体系2；背拉索3；锚碇4；桥面结构系统5；钢结构曲梁51；管桁架加劲梁52；桥面板53；底部弧形桁架521；抛物线弧形下弦杆5211；水平上弦杆5212；竖杆5213；纵向系杆522；桁架式纵向支撑523。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明做进一步具体说明。

实施例1：

如图1至图9所示的双曲抛物面空间交叉缆索网的平拉式人行悬索桥，包括双肢柱桥塔1、双曲抛物面空间交叉缆索网体系2、背拉索3、锚碇4和桥面结构系统5，其特征为：双肢柱桥塔1由双肢柱框架11和抛物线凹型盖梁12组成，抛物线凹型盖梁12搁置在双肢柱框架11之上；双曲抛物面空间交叉缆索网体系2是由数根钢丝缆索空间交叉构成，其空间构型为双曲抛物面空间交叉缆索网下垂形成的槽口向上缆索网，双曲抛物面空间交叉缆索网体系2悬挂在双肢柱桥塔1的抛物线凹型盖梁12之上；背拉索3一端分为左右两股锚固于锚碇4之中，背拉索3另外一端分散锚固于双肢柱桥塔1的抛物线凹型盖梁12之上；管桁架结构形式的桥面结构系统5搁置在双曲抛物面空间交叉缆索网体系2的凹槽之中，所述的桥面结构系统5由钢结构曲梁51、管桁架加劲梁52和桥面板53组成，数道抛物线型的钢结构曲梁51横卧在双曲抛物面空间交叉缆索网体系2之上，底部抛物线弧形的管桁架加劲梁52搁置在双曲抛物面空间交叉缆索网体系2之上，管桁架加劲梁52并与钢结构曲梁51两者牢固焊接连接，在管桁架加劲梁52顶面搁置桥面板53。

所述的管桁架加劲梁52是由底部弧形桁架521、纵向系杆522和桁架式纵向支撑523组成，左右两根纵向系杆522连接多片底部弧形桁架521的两边端部，桁架式纵向支撑523连接多片底部弧形桁架521的中间腰部。

所述的底部弧形桁架521是由抛物线弧形下弦杆5211、水平上弦杆5212和竖杆5213组成，水平上弦杆5212连接凹口向上的抛物线弧形下弦杆5211的两个端点，竖杆5213连接抛物线弧形下弦杆5211和水平上弦杆5212的两个中点。

实施例2：

本发明的一种双曲抛物面空间交叉缆索网的平拉式人行悬索桥的施工方法，包括以下步骤：

第一步： 根据地质地形、地貌条件，进行峡谷景区平拉式人行悬索桥的桥址选择，建造引桥，施工桥塔基础和锚碇4，现场安装施工双肢柱框架11和抛物线凹型盖梁12，形成双肢柱桥塔1，并进行背拉索3的安装施工；

第二步： 依据双曲抛物面数学方程，交叉布置双曲抛物面空间索网，形成双曲抛物面空间交叉缆索网体系2；

第三步： 隔开一定的间距，在双曲抛物面空间交叉缆索网体系2之上横卧布置抛物线型的钢结构曲梁51；

第四步： 将抛物线弧形下弦杆5211、水平上弦杆5212和竖杆5213三者牢固焊接连接，形成底部弧形桁架521；

第五步： 隔开一定的间距，将底部弧形桁架521布置在双曲抛物面空间交叉缆索网体系2之上，在多片底部弧形桁架521和钢结构曲梁51之间焊接连接纵向系杆522和桁架式纵向支撑523，形成管桁架加劲梁52；

第六步：在管桁架加劲梁52顶面施工安装桥面板53，安装金属栏杆，安装LED彩灯，形成峡谷景区人行悬索桥，运用使用。

实施例3：

某峡谷景区人行景观悬索桥，主跨径为120m，桥面宽度6m，桥面标高为20m，为了提高峡谷景区人行景观桥的抗侧刚度和抗风稳定性，采用双曲抛物面空间交叉缆索网的平拉式人行悬索桥技术方案。

双肢柱桥塔1由双肢柱框架11和抛物线凹型盖梁12组成，抛物线凹型盖梁12搁置在双肢柱框架11之上，双肢柱采用双曲线造型，双肢柱采用直径700mm的圆钢管混凝土柱，钢管壁厚14mm，管内灌注C60混凝土，双肢柱设置两道横梁，横梁采用直径500mm的圆钢管混凝土梁，钢管壁厚10mm，管内灌注C40混凝土，顶部抛物线凹型盖梁12长度12m，矢高为3m，采用1.0m高×0.7宽的矩形钢管混凝土梁，钢管壁厚14mm，管内灌注C60混凝土。

双曲抛物面空间交叉缆索网体系2是由数根钢丝缆索空间交叉构成，其空间构型为双曲抛物面空间交叉缆索网下垂形成的槽口向上缆索网，双曲抛物面空间交叉缆索网体系2悬挂在双肢柱桥塔1的抛物线凹型盖梁12之上。

双曲抛物面索网的几何尺寸为：长度120米，长度方向的矢高-0.75米，宽度12米，宽度方向的矢高3米，平面投影斜率k为0.05。

双曲抛物面索网按照抛物线方程下垂1/30，中间下垂4米，双曲抛物面索网采用2000MPa直径40mm高强钢丝14根，形成双曲抛物面交叉索网悬索结构体系。

桥面结构系统5由钢结构曲梁51、管桁架加劲梁52和桥面板53组成，抛物线形的钢结构曲梁51采用直径300mm空心钢管，钢管壁厚12mm。

管桁架加劲梁52由底部弧形桁架521、纵向系杆522和桁架式纵向支撑523组成，底部弧形桁架521由抛物线弧形下弦杆5211、水平上弦杆5212和竖杆5213构成，抛物线弧形下弦杆5211、水平上弦杆5212和竖杆5213均采用直径160mm空心钢管，钢管壁厚6mm；左右两根纵向系杆522连接多片弧形桁架的两边端部，纵向系杆522采用直径140mm空心钢管，钢管壁厚5mm，桁架式纵向支撑523下弦杆和上弦杆采用直径140mm空心钢管，钢管壁厚4mm，桁架式纵向支撑523的腹杆采用直径80mm空心钢管，钢管壁厚3mm。

在管桁架加劲梁52的顶面，施工安装桥面板53，安装金属栏杆，安装LED彩灯，形成峡谷景区人行悬索桥，运用使用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种双曲抛物面空间交叉缆索网的平拉式人行悬索桥，包括双肢柱桥塔（1）、双曲抛物面空间交叉缆索网体系（2）、背拉索（3）、锚碇（4）和桥面结构系统（5），其特征在于：所述双肢柱桥塔（1）由双肢柱框架（11）和抛物线凹型盖梁（12）组成，所述抛物线凹型盖梁（12）搁置在所述双肢柱框架（11）之上；所述双曲抛物面空间交叉缆索网体系（2）是由数根钢丝缆索空间交叉构成，其空间构型为双曲抛物面空间交叉缆索网下垂形成的槽口向上缆索网，所述双曲抛物面空间交叉缆索网体系（2）悬挂在所述双肢柱桥塔（1）的所述抛物线凹型盖梁（12）之上；所述背拉索（3）一端分为左右两股锚固于所述锚碇（4）之中，所述背拉索（3）另外一端分散锚固于所述双肢柱桥塔（1）的所述抛物线凹型盖梁（12）之上；管桁架结构形式的所述桥面结构系统（5）搁置在所述双曲抛物面空间交叉缆索网体系（2）的凹槽之中，所述桥面结构系统（5）由钢结构曲梁（51）、管桁架加劲梁（52）和桥面板（53）组成，数道抛物线型的所述钢结构曲梁（51）横卧在所述双曲抛物面空间交叉缆索网体系（2）之上，底部抛物线弧形的所述管桁架加劲梁（52）搁置在所述双曲抛物面空间交叉缆索网体系（2）之上，所述管桁架加劲梁（52）与所述钢结构曲梁（51）两者牢固焊接连接，在所述管桁架加劲梁（52）顶面搁置所述桥面板（53）。

2.根据权利要求1所述的双曲抛物面空间交叉缆索网的平拉式人行悬索桥，其特征在于：所述管桁架加劲梁（52）是由底部弧形桁架（521）、纵向系杆（522）和桁架式纵向支撑（523）组成，左右两根所述纵向系杆（522）连接多片所述底部弧形桁架（521）的两边端部，所述桁架式纵向支撑（523）连接多片所述底部弧形桁架（521）的中间腰部。

3.根据权利要求2所述的双曲抛物面空间交叉缆索网的平拉式人行悬索桥，其特征在于：所述底部弧形桁架（521）是由抛物线弧形下弦杆（5211）、水平上弦杆（5212）和竖杆（5213）组成，所述水平上弦杆（5212）连接凹口向上的所述抛物线弧形下弦杆（5211）的两个端点，所述竖杆（5213）连接所述抛物线弧形下弦杆（5211）和所述水平上弦杆（5212）的两个中点。

4.建造权利要求3所述的双曲抛物面空间交叉缆索网的平拉式人行悬索桥的施工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

第一步： 根据地质地形、地貌条件，进行峡谷景区平拉式人行悬索桥的桥址选择，建造引桥，施工桥塔基础和锚碇（4），现场安装施工双肢柱框架（11）和抛物线凹型盖梁（12），形成双肢柱桥塔（1），并进行背拉索（3）的安装施工；

第二步： 依据双曲抛物面数学方程，交叉布置双曲抛物面空间索网，形成双曲抛物面空间交叉缆索网体系（2）；

第三步： 隔开一定的间距，在双曲抛物面空间交叉缆索网体系（2）之上横卧布置抛物线型的钢结构曲梁（51）；

第四步： 将抛物线弧形下弦杆（5211）、水平上弦杆（5212）和竖杆（5213）三者牢固焊接连接，形成底部弧形桁架（521）；

第五步： 隔开一定的间距，将底部弧形桁架（521）布置在双曲抛物面空间交叉缆索网体系（2）之上，在多片底部弧形桁架（521）和钢结构曲梁（51）之间焊接连接纵向系杆（522）和桁架式纵向支撑（523），形成管桁架加劲梁（52）；

第六步：在管桁架加劲梁（52）顶面施工安装桥面板（53），安装金属栏杆，安装LED彩灯，形成峡谷景区人行悬索桥，运用使用。

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