CN114753236B - 一种带中央环岛的多向旋转对称斜拉桥结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带中央环岛的多向旋转对称斜拉桥结构及施工方法，包括中心桥塔、中央环岛和N个桥跨结构；其中，N≥2。中心桥塔包括N个塔肢和若干个塔肢连接结构。中央环岛同轴设在中心桥塔外周，环岛下方设置桥墩。N个桥跨结构呈辐射状均布在中央环岛的外周，且通过中央环岛实现道路互通。桥跨结构主要包括N个方向的桥跨主梁，桥跨主梁的中心轴线与对应塔肢位于同一竖直平面；每个桥跨主梁均通过斜拉索实现与对应塔肢的张拉连接。本发明采用带中央环岛的多向旋转对称斜拉桥结构，在保证桥塔、桥跨结构、环岛合理受力的同时，提高了多叉路口的机动车通行能力，并通过高架桥形式实现“人车分离”，提升了交通安全性和通行效率。

Description

一种带中央环岛的多向旋转对称斜拉桥结构及施工方法

技术领域

本发明涉及一种斜拉桥结构及施工方法，特别是一种带中央环岛的多向旋转对称斜拉桥结构及施工方法。

背景技术

随着我国经济建设的高速发展，道路交通量越来越大，城市道路交汇处的通行效率尤其值得关注。这里车流密集，通行顺畅度差，最常见的解决方式是利用高架桥供多向交通，或者通过环岛缓解交通流的冲突点。然而，如果多向交叉路口需要较大跨径的(例如，大于50m)桥梁结构实现多向互通时，可选桥型方案甚少。

城市斜拉桥在城市建设常常起着重要作用，因其跨度较大、造型美观、形式多样为人们所乐见。常见的斜拉桥为独塔双跨式斜拉桥和双塔三跨式斜拉桥。然而，如何将斜拉桥应用在多向交叉路口，解决多向互通的交通功能，且能兼顾受力特性，则有待进行研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种带中央环岛的多向旋转对称斜拉桥结构及施工方法，该带中央环岛的多向旋转对称斜拉桥结构及施工方法采用中央环岛和多向辐射状布置的单索面斜拉桥的组合形式，利用中央环岛的“拱效应”平衡各个方向桥跨主梁的轴向压力，斜拉索对桥塔的水平分力也可以通过桥塔上方的塔肢连接结构得以抵消，在满足多向道路互通的使用功能的同时实现结构受力的“自平衡”。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种带中央环岛的多向旋转对称斜拉桥结构，包括中心桥塔、中央环岛和N个桥跨结构；其中，N≥2。

中心桥塔包括N个塔肢和若干个塔肢连接结构。

N个塔肢沿中心桥塔的中心轴线周向均匀且竖直布设，每个塔肢底部均固结于承台或基础上；相邻两个塔肢之间均通过至少一个塔肢连接结构进行连接。

中央环岛同轴设置在中心桥塔外周，且在下方利用桥墩进行支撑。

N个桥跨结构呈辐射状均匀布设在中央环岛的外周，且均通过中央环岛实现道路的互通。

桥跨结构主要包括N个方向的桥跨主梁，桥跨主梁的中心轴线与对应塔肢位于同一竖直平面；每个桥跨主梁均通过斜拉索实现与对应塔肢的张拉连接。

每个桥跨主梁均通过若干根斜拉索实现与对应塔肢的张拉连接，每根斜拉索的锚固端均位于桥跨结构的中心轴线上，每根斜拉索的张拉端均位于对应塔肢的中上部。

张拉连接桥跨主梁与对应塔肢的所有斜拉索均位于同一竖直平面内。

每个桥跨主梁和中央环岛的纵截面均为箱形截面。

N＝3或4。

塔肢之间的塔肢连接结构呈多层环形布设。

一种带中央环岛的多向旋转对称斜拉桥结构的施工方法，包括如下步骤：

步骤1、施工中心桥塔，具体包括如下步骤：

步骤1A、施工塔肢：在平整的承台或基础上施工N个塔肢，N个塔肢沿中心桥塔的中心轴线竖直均匀且径向布设；

步骤1B、施工塔肢连接结构：相邻两个塔肢之间均通过塔肢连接结构进行连接，从而形成中心桥塔；

步骤2、施工中央环岛：在步骤1施工完成的中心桥塔外周，同轴施工一圈环形的中央环岛，且中央环岛底部利用桥墩进行支撑；

步骤3、施工桥跨结构：桥跨结构主要包括N个方向的桥跨主梁，桥跨主梁依次顺时针编号为A#桥跨主梁、B#桥跨主梁、……、N#桥跨主梁，N个桥跨主梁与N个塔肢相对应；每个方向的桥跨主梁均包括若干个主梁节段，任一方向的桥跨主梁节段从中央环岛向外依次编号为0#主梁节段、1#主梁节段、2#主梁节段、……；则桥跨结构的施工方法，具体包括如下步骤：

步骤3A、施工桥跨主梁：在中央环岛的外周，利用桥面吊机对称同步施工N个方向的桥跨主梁，N个桥跨主梁与N个塔肢一一对应，每个方向桥跨主梁的中心轴线与对应塔肢均位于同一竖直平面；

步骤3B、张拉斜拉索：采用斜拉索将桥跨主梁与对应塔肢进行对称张拉连接；

步骤3C、交替重复步骤3A和步骤3B：采用节段拼装的施工方式对称同步施工N个桥跨主梁，当桥跨主梁施工到斜拉索锚固处所在的节段时N个方向同步对称张拉相应的斜拉索，直至桥跨主梁与桥台实现连接，从而实现N个桥跨结构的对称施工。

步骤4、在桥跨结构施工结束后，进行全桥索力调整和线形调整。

步骤5、在桥跨及环岛主梁的桥面上，施工桥面系及附属设施。

步骤6、通车运营。

步骤1B中，塔肢之间的塔肢连接结构呈多层环形设计。

步骤1A、步骤3A和步骤3B中的N＝3或4；当N＝3时，相邻两个塔肢或相邻两个桥跨主梁之间夹角为120°；当N＝4时，相邻两个塔肢或相邻两个桥跨主梁之间夹角为90°。

步骤3B中，斜拉索在每个桥跨结构中均采用中央单索面布置。

本发明具有如下有益效果：

1、利用斜拉桥本身结构特征以及受力的自平衡性，综合考虑通行效率及美观要求，本发明能够兼顾交通功能、受力合理和建筑美学的新桥型。

2、本发明采用带中央环岛的多向旋转对称斜拉桥结构，可提高多叉路口的机动车通行能力，并通过高架桥形式实现“人车分离”，提高交通安全性和通行效率。

3、本发明中的桥型结构，传力机理明确，受力均衡可靠。各桥跨方向的斜拉索水平分力，能够通过中央环岛的“拱效应”得到平衡；同时，因为桥跨主梁径向压力被转换成中央环岛的环向压力，从而提高了环岛混凝土箱梁的抗裂安全性。

4、本发明提出采用多向节段悬臂法进行各斜拉桥主跨施工。在完成基础、桥塔及环岛施工后，沿各个方向同步施工主梁节段，并对称张拉斜拉索，从而能够保证在施工过程中拉索对于桥塔的水平分力始终平衡，桥塔保持处于轴向受压状态。各方向桥跨主梁的水平力在环岛处也能得到平衡，避免环岛由于不对称水平力而产生倾覆的风险。

5、本发明除桥塔、环岛等结构采用现场架设支架施工外，桥跨主梁均采用梁段现场吊装的悬臂施工方式，工业化程度高，施工速度快，减少现场施工对周边环境的噪音、粉尘等影响，符合绿色建造的发展需求。

6、本发明的桥梁结构别致新颖，可作为城市地标建筑。塔上环形平台可适当开发，使之成为餐饮、休闲、观光等场所，提高其综合利用价值。除桥跨结构提供多向交通布局外，桥下空间也可用作商贸活动或开放式活动场地，解决桥下“负空间”的利用问题。

附图说明

图1是本发明一种带中央环岛的多向旋转对称斜拉桥结构的三维效果示意图。

图2显示了本发明的中心桥塔结构示意图。

图3显示了本发明的中央环岛结构平面图。

图4显示了本发明中实施例1的结构立面图。

图5显示了本发明中实施例1的结构平面图。

图6显示了本发明中实施例2的结构立面图。

图7显示了本发明中实施例2的结构平面图。

图8显示了本发明中实施例1的受力分析图。

图9显示了本发明中多向对称悬臂施工的施工示意图。

其中有：

10.中心桥塔；11.塔肢；12.塔肢连接结构；

20.中央环岛；21.环岛桥墩；

30.桥跨结构；32.桥墩；33.桥台；

40.斜拉索；

50.承台。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”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发明和简化描述，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，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。

本发明的一种带中央环岛的多向旋转对称斜拉桥结构，采用如下两种优选实施例进行详细说明。

实施例1

如图1至图5所示，一种带中央环岛的多向旋转对称斜拉桥结构包括中心桥塔10、中央环岛20和N个桥跨结构30。本实施例中，优选N＝3。

中心桥塔包括N＝3个塔肢11和若干个塔肢连接结构12。

N＝3个塔肢沿中心桥塔的中心轴线周向均匀且竖直布设，每个塔肢底部均故固定布设在承台50或基础上。相邻两个塔肢之间夹角均优选为120°。

相邻两个塔肢之间均通过至少一个塔肢连接结构进行连接，N＝3个塔肢之间的塔肢连接结构优选呈多层环形设计，有效提高了中心桥塔的整体性。

中央环岛同轴设置在中心桥塔外周，且在下方利用桥墩进行支撑，桥墩与中央环岛之间优选通过若干根环向均匀布设的环岛桥墩21进行支撑。中央环岛的纵截面优选为箱形截面，以提高其抗弯及抗扭性能。

N＝3个桥跨结构呈辐射状均匀布设在中央环岛的外周，且均通过中央环岛实现道路的互通。相邻两个桥跨结构之间夹角均优选为120°。

每个桥跨结构均包括桥跨主梁、桥墩32和桥台33。

桥跨主梁优选采用箱形截面设计，以提高其抗弯及抗扭性能。进一步，桥跨结构优选采用预制钢箱梁节段。

桥跨主梁的中心轴线与对应塔肢位于同一竖直平面，每个桥跨主梁均通过若干根斜拉索40实现与对应塔肢的张拉连接。每根斜拉索的锚固端均位于桥跨结构的中心轴线上，每根斜拉索的张拉端均位于对应塔肢的中上部，张拉连接桥跨主梁与对应塔肢的所有斜拉索均位于同一竖直平面内，也即斜拉索在每个桥跨结构中均采用中央单索面布置。

进一步，桥台设置在桥跨主梁远离中心环岛方向的末端，桥跨主梁下方设置桥墩。

如图8所示，本发明中的桥型结构，传力机理明确，受力均衡可靠。各桥跨结构方向的斜拉索水平分力，能够通过中央环岛的“拱效应”得到平衡；同时，因为桥跨主梁径向压力被转换成中央环岛的环向压力，从而提高了环岛混凝土箱梁的抗裂安全性。

实施例2

如图6和图7所示，实施例2与实施例1基本相同，不同点在于，N＝4。此时，桥跨主梁与塔肢的数量均为四个，桥跨主梁呈四向辐射状布置在中心环岛上，每个方向桥跨结构的跨径布置及构造均完全相同，相邻桥跨结构或相邻塔肢之间夹角均为90°，这种结构形式相对实施例1在实际工程中更为常见。

一种带中央环岛的多向旋转对称斜拉桥结构的施工方法，包括如下步骤：

步骤1、施工下部结构及中心桥塔，具体包括如下步骤。

在塔肢施工前，应做好场地平整，下部结构施工，如桥台、桥墩及承台、桩基的施工。

步骤1A、施工塔肢：在平整的承台或基础上施工N个塔肢，N个塔肢沿中心桥塔的中心轴线竖直均匀且径向布设。

本实例中，优选N＝3或4，当N＝3时，相邻两个塔肢之间夹角均呈120°；当N＝4时，相邻两个塔肢之间夹角均呈90°。

在塔肢的施工过程中，需严格控制塔肢(也称塔身)的倾斜度，注意预埋件的埋设，包括照明设施、爬梯及平台等。当采用混凝土桥塔时，塔身所用混凝土需进行配合比试验，要求混凝土浇筑后震捣密实，表面光洁。

步骤1B、施工塔肢连接结构：将相邻两个塔肢之间均通过若干层塔肢连接结构进行连接，从而形成中心桥塔，N个塔肢之间的塔肢连接结构优选呈多层环形设计。

步骤2、施工中央环岛：在步骤1施工完成的中心桥塔外周，同轴施工一圈环形的中央环岛，且中央环岛底部利用桥墩进行支撑。

步骤3、施工桥跨结构：桥跨结构主要包括N个方向的桥跨主梁，桥跨主梁依次顺时针编号为A#桥跨主梁、B#桥跨主梁、……、N#桥跨主梁，N个桥跨主梁与N个塔肢相对应；每个方向的桥跨主梁均包括若干个主梁节段，任一方向的桥跨主梁节段从中央环岛向外依次编号为0#主梁节段、1#主梁节段、2#主梁节段、……；则桥跨结构的施工方法，具体包括如下步骤：

步骤3A、施工桥跨主梁：利用桥面吊机在中央环岛的外周对称同步施工N个方向桥跨主梁，N个桥跨主梁与N个塔肢一一对应，每个方向桥跨主梁的中心轴线与对应塔肢均位于同一竖直平面；

优选N＝3或4，当N＝3时，相邻两个桥跨主梁的中心轴线之间夹角为120°；当N＝4时，相邻两个桥跨主梁的中心轴线之间夹角为90°。

步骤3B、张拉斜拉索：采用斜拉索将桥跨主梁与对应塔肢进行对称张拉连接；

步骤3C、交替重复步骤3A和步骤3B：采用节段拼装的施工方式对称同步施工N个桥跨主梁，当桥跨主梁施工到斜拉索锚固处所在的节段时N个方向同步对称张拉相应的斜拉索，直至桥跨主梁与桥台实现连接，从而实现N个桥跨结构的对称施工。

进一步，桥跨结构在边跨位置可以对箱梁进行适当压重。

步骤4、桥跨结构施工结束后进行全桥索力调整和线形调整。

步骤5、在桥跨及环岛主梁桥面施工桥面系及附属设施。

步骤6、通车运营。

本发明充分发挥中央环岛及斜拉桥构造的特点，在满足各方向道路互通的使用功能基础上，保障了桥塔、桥跨结构、环岛受力的合理性，造型独特美观。同时兼顾绿色施工与桥下空间使用，施工工期短，环境污染少，交通规划简单灵活，为城市高架桥设计提供全新思路。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种带中央环岛的多向旋转对称斜拉桥结构，其特征在于：包括中心桥塔、中央环岛和N个桥跨结构；其中，N≥2；

中心桥塔包括N个塔肢和若干个塔肢连接结构；

N个塔肢沿中心桥塔的中心轴线周向均匀且竖直布设，每个塔肢底部均与承台或基础固结；相邻两个塔肢之间均通过至少一个塔肢连接结构进行连接；

中央环岛同轴设置在中心桥塔外周，且在下方利用桥墩进行支撑；

N个桥跨结构呈辐射状均匀布设在中央环岛的外周，且均通过中央环岛实现道路的互通；

桥跨结构主要包括N个方向的桥跨主梁，桥跨主梁的中心轴线与对应塔肢位于同一竖直平面；每个桥跨主梁均通过斜拉索实现与对应塔肢的张拉连接。

2.根据权利要求1所述的带中央环岛的多向旋转对称斜拉桥结构，其特征在于：每个桥跨主梁均通过若干根斜拉索实现与对应塔肢的张拉连接，每根斜拉索的锚固端均位于桥跨结构的中心轴线上，每根斜拉索的张拉端均位于对应塔肢的中上部。

3.根据权利要求2所述的带中央环岛的多向旋转对称斜拉桥结构，其特征在于：张拉连接桥跨主梁与对应塔肢的所有斜拉索均位于同一竖直平面内。

4.根据权利要求1所述的带中央环岛的多向旋转对称斜拉桥结构，其特征在于：每个桥跨主梁和中央环岛的纵截面均为箱形截面。

5.根据权利要求1所述的带中央环岛的多向旋转对称斜拉桥结构，其特征在于：N=3或4。

6.根据权利要求1所述的带中央环岛的多向旋转对称斜拉桥结构，其特征在于：塔肢之间的塔肢连接结构呈多层环形设计。

7.一种带中央环岛的多向旋转对称斜拉桥结构的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、施工中心桥塔，具体包括如下步骤：

步骤1A、施工塔肢：在平整的承台或基础上施工N个塔肢，N个塔肢沿中心桥塔的中心轴线竖直均匀且径向布设；

步骤1B、施工塔肢连接结构：相邻两个塔肢之间均通过塔肢连接结构进行连接，从而形成中心桥塔；

步骤2、施工中央环岛：在步骤1施工完成的中心桥塔外周，同轴施工一圈环形的中央环岛，且中央环岛底部利用桥墩进行支撑；

步骤3、施工桥跨结构：桥跨结构主要包括N个方向的桥跨主梁，桥跨主梁依次顺时针编号为A#桥跨主梁、B#桥跨主梁、……、N#桥跨主梁，N个桥跨主梁与N个塔肢相对应；每个方向的桥跨主梁均包括若干个主梁节段，任一方向的桥跨主梁节段从中央环岛向外依次编号为0#主梁节段、1#主梁节段、2#主梁节段、……；则桥跨结构的施工方法，具体包括如下步骤：

步骤3A、施工桥跨主梁：利用桥面吊机在中央环岛的外周对称同步施工N个方向的桥跨主梁，N个桥跨主梁与N个塔肢一一对应，每个方向桥跨主梁的中心轴线与对应塔肢均位于同一竖直平面；

步骤3B、张拉斜拉索：采用斜拉索将桥跨主梁与对应塔肢进行对称张拉连接；

步骤3C、交替重复步骤3A和步骤3B：采用节段拼装的施工方式对称同步施工N个桥跨主梁，当桥跨主梁施工到斜拉索锚固处所在的节段时N个方向同步对称张拉相应的斜拉索，直至桥跨主梁与桥台实现连接，从而实现N个桥跨结构的对称施工；

步骤4、桥跨结构施工结束后进行全桥索力调整和线形调整；

步骤5、在桥跨及环岛主梁桥面施工桥面系及附属设施；

步骤6、通车运营。

8.根据权利要求7所述的带中央环岛的多向旋转对称斜拉桥结构的施工方法，其特征在于：步骤1B中，塔肢之间的塔肢连接结构呈多层环形设计。

9.根据权利要求7所述的带中央环岛的多向旋转对称斜拉桥结构的施工方法，其特征在于：步骤1A、步骤3A和步骤3B中的N=3或4；当N=3时，相邻两个塔肢或相邻两个桥跨主梁之间夹角为120°；当N=4时，相邻两个塔肢或相邻两个桥跨主梁之间夹角为90°。

10.根据权利要求7所述的带中央环岛的多向旋转对称斜拉桥结构的施工方法，其特征在于：步骤3B中，斜拉索在每个桥跨结构中均采用中央单索面布置。