CN115094743B - 改善大跨径三塔斜拉桥三向受力性能的方法及结构体系 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改善大跨径三塔斜拉桥三向受力性能的方法及结构体系，该方法包括通过中塔两侧的辅助索和纵向弹性拉索提高三塔斜拉桥竖向刚度；通过中塔与主梁之间的纵向弹性拉索和第一边塔、第二边塔上的纵向黏滞阻尼器对三塔斜拉桥分别进行温度荷载作用下、静力通最不利荷载工况下以及地震作用工况下的纵向静动力响应三级控制；通过中塔、第一边塔以及第二边塔与主梁之间的新型减震耗能抗风支座对大跨径三塔斜拉桥桥塔横向静动力响应进行三级控制；通过第一桥墩、第二桥墩与主梁之间的摩擦摆减隔震支座对大跨径三塔斜拉桥桥墩横向静动力响应进行两级控制；能够解决大跨径三塔斜拉桥温度效应显著、结构竖向刚度不足、抗震性能差的问题。

Description

改善大跨径三塔斜拉桥三向受力性能的方法及结构体系

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，更具体地，涉及一种改善大跨径三塔斜拉桥三向受力性能的方法及结构体系。

背景技术

斜拉桥是一种现代桥型，经济性好，适应性广，现在已发展成为大跨桥梁的主流桥型。面对深水、软基、多航道通航等复杂的建设条件，多塔斜拉桥具有很强的竞争力。目前，三塔斜拉桥在工程中得到了广泛应用。

三塔斜拉桥的结构体系直接关系桥梁的总体设计、结构安全及功能的实现；三塔斜拉桥与双塔斜拉桥相比，尽管形式上和双塔或单塔斜拉桥相似，但随着塔数的增加，梁长的延长，多塔斜拉桥的受力特点也发生了不同程度的变化；多塔斜拉桥更高、更长、更柔，三塔斜拉桥的中塔两侧缺乏有效的纵向约束，使结构刚度越来越小，自身阻尼越来越低，仅依靠结构自身刚度或阻尼或仅依靠外加刚度或阻尼已不能满足结构安全和功能的要求；另外，对汽车、温度、风和地震等静力和动力作用更为敏感，主梁纵向位移、主梁竖向挠度、斜拉索疲劳应力幅和塔底内力等比双塔斜拉桥要大得多；三塔斜拉桥与常规的两塔斜拉桥相比，最突出的技术难题是温度变形过大和竖向刚度不足，而对于高烈度区的三塔斜拉桥而言，抗震性能差也是普遍存在的技术难题。且目前已建成的多塔斜拉桥跨径不大于650m，结构力学行为、约束体系及装置的研究不系统，因此选择合理的结构体系减缓三塔斜拉桥的温度效应、增强结构竖向刚度、提高抗震性能，做到桥梁总体性能优越、构件规模经济，是设计中的关键问题，也是保证三塔斜拉桥结构安全、合理的关键。

国内外学者针对三塔斜拉桥竖向刚度不足的问题，提出了一些针对性的措施，比如增设辅助墩、增大主塔刚度、设置交叉索等，但推荐的纵向约束体系多为中塔塔梁固结或采用固定支座的形式，同时针对三塔斜拉桥横向约束体系的研究极少。而黄茅海大桥为独柱塔双索面三塔斜拉桥，主梁采用分体钢箱梁，支座设置困难，且塔梁固结处理难度大。因此急需针对三塔斜拉桥的受力特点，兼顾桥梁景观，提出一种改善大跨径三塔斜拉桥三向受力性能的结构体系。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种改善大跨径三塔斜拉桥三向受力性能的方法及结构体系，通过纵向黏滞阻尼器、纵向弹性拉索对大跨径三塔斜拉桥纵向静动力响应进行三级控制，通过新型减震耗能抗风支座对大跨径三塔斜拉桥桥塔横向静动力响应进行三级控制，通过摩擦摆减隔震支座对大跨径三塔斜拉桥桥墩横向静动力响应进行两级控制，使大跨径三塔斜拉桥各级受力明确、合理，提高大跨径三塔斜拉桥结构设计的合理性和经济性，同时兼顾了桥梁景观；能够解决大跨径三塔斜拉桥温度效应显著、结构竖向刚度不足、抗震性能差的问题。

为了实现上述目的，本发明的一个方面提供一种改善大跨径三塔斜拉桥三向受力性能的方法，包括如下步骤：

S1：通过中塔两侧设置的辅助索和纵向弹性拉索提高三塔斜拉桥竖向刚度；

S2：通过沿主梁纵向在中塔与主梁之间设置的纵向弹性拉索和在第一边塔、第二边塔上设置的纵向黏滞阻尼器对三塔斜拉桥分别进行温度荷载作用下、静力最不利荷载工况下以及地震作用工况下的三级纵向控制，共同改善大跨径三塔斜拉桥的纵向静动力响应；

S3：通过沿主梁横向在中塔、第一边塔以及第二边塔与主梁之间分别设置的新型减震耗能抗风支座对大跨径三塔斜拉桥桥塔横向静动力响应进行三级控制，改善大跨径三塔斜拉桥的横向静动力响应；

S4：通过沿主梁横向在第一桥墩、第二桥墩与主梁之间分别设摩擦摆减隔震支座对大跨径三塔斜拉桥桥墩横向静动力响应进行两级控制，改善大跨径三塔斜拉桥的横向静动力响应。

进一步地，步骤S2的三级纵向控制包括：

S21：在温度荷载作用下，纵向黏滞阻尼器适应温度荷载慢速运动产生的位移，不影响主梁自由伸缩，设置在中塔处位于温度零点的纵向弹性拉索不会产生温度次内力；

S22：在静力最不利荷载工况下，通过设于中塔上的纵向弹性拉索发挥作用，限制主梁的梁端位移，减小主梁上伸缩装置规模；

S23：在地震作用工况下，通过设于中塔上的纵向弹性拉索防止主梁产生过大的纵向位移，通过设于第一边塔、第二边塔上的纵向黏滞阻尼器在其冲程范围内的自由变形发挥减震耗能作用；通过对纵向弹性拉索施加初拉力，保证纵向弹性拉索在地震作用下不会发生松弛，进而改善大跨径三塔斜拉桥的纵向静动力响应。

进一步地，步骤S3的三级纵向控制包括：

S31：通过新型减震耗能抗风支座提供初始内力限制主梁上方汽车和活载风对主梁引起的扰动，保证行车舒适性；

S32：在百年横风作用下，通过新型减震耗能抗风支座在其限位间隙内的弹性刚度，保证主梁的有限活动；当新型减震耗能抗风支座的变形大于其限位间隙时，通过新型减震耗能抗风支座形成较大的弹性刚度限制主梁较大的横向变形；

S33：在横向地震作用下，通过新型减震耗能抗风支座中的摩擦阻尼器实现横向减震耗能作用，减小桥塔的地震响应，进而改善大跨径三塔斜拉桥的横向静动力响应。

进一步地，步骤S4的二级纵向控制包括：

S41：通过摩擦摆减隔震支座提供限位剪力销，限制主梁横向运动，保证行车舒适性；

S42：在横向地震作用下，摩擦摆减隔震支座中限位剪力销剪断，摩擦发挥横向减震耗能作用，减小桥墩的地震响应。

本发明的另一个方面提供一种改善大跨径三塔斜拉桥三向受力性能的结构体系，所述大跨径三塔斜拉桥包括横跨于间隔设置的第一桥墩和第二桥墩上的主梁，依次沿主梁的纵向中心轴线设于主梁上的第一边塔、中塔以及第二边塔，在中塔两侧、第一边塔两侧以及第二边塔两侧分别设置的多组斜拉索；所述结构体系包括设于中塔与主梁之间的纵向弹性拉索，分别设于第一边塔与主梁之间、第二边塔与主梁之间的纵向黏滞阻尼器，将中塔、第一边塔以及第二边塔分别与主梁横向相连的新型减震耗能抗风支座、将第一桥墩、第二桥墩分别与主梁相连的摩擦摆减隔震支座以及设于所述中塔两侧的辅助索；

通过所述辅助索和所述纵向弹性拉索提高大跨径三塔斜拉桥的竖向刚度；通过所述纵向弹性拉索和所述纵向黏滞阻尼器改善大跨径三塔斜拉桥的纵向静动力响应；通过所述新型减震耗能抗风支座对大跨径三塔斜拉桥桥塔横向静动力响应进行三级控制，通过所述摩擦摆减隔震支座对大跨径三塔斜拉桥桥墩横向静动力响应进行两级控制，共同实现改善大跨径三塔斜拉桥的三向受力性能。

进一步地，所述纵向弹性拉索在所述中塔的两侧对称布置，两个所述纵向弹性拉索的布置方向和所述主梁的纵向中心轴线方向一致，即沿主梁纵向布置；

所述纵向弹性拉索的高度和所述主梁的高度平齐。

进一步地，所述纵向黏滞阻尼器在所述第一边塔和所述第二边塔的两侧对称布置，所述纵向黏滞阻尼器的布置方向和所述主梁的纵向中心轴线方向一致。

进一步地，所述新型减震耗能抗风支座在所述中塔的两侧、所述第一边塔的两侧以及所述第二边塔的两侧分别对称布置；

相对称设置的两个所述新型减震耗能抗风支座的布置方向与所述主梁的纵向中心轴线方向相垂直，即沿主梁横向布置。

进一步地，所述摩擦摆减隔震支座在所述第一桥墩、所述第二桥墩与主梁之间分别横向设置。

进一步地，所述辅助索在所述中塔的两侧沿所述主梁的纵向中心轴线方向对称布置；

所述辅助索的一端固定于中塔的塔体上，另一端与所述主梁固定。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

（1）本发明的一种改善大跨径三塔斜拉桥三向受力性能的方法及结构体系，通过在跨中增设的辅助索和中塔设置的纵向弹性拉索，有效提高三塔斜拉桥竖向刚度，解决三塔斜拉桥竖向刚度不足的技术难题；在塔梁间设置纵向黏滞阻尼器和纵向弹性拉索增加三塔斜拉桥纵向附加刚度及附加阻尼，控制大跨径三塔斜拉桥静动力作用下梁端位移，减小伸缩装置的规模，改善结构静动力作用下结构内力响应，提高了三塔斜拉桥抗震性能；在塔梁间横向设置的减震耗能抗风支座采用三阶段设计，可以控制活载风、温度作用下桥梁的横向变形，在主梁与桥墩之间起缓冲作用；百年横风作用下，减震耗能抗风支座能够限制主梁的横向变形；地震作用下，减震耗能抗风支座能够发挥减震耗能作用，改善结构受力性能；在墩梁间横向设置的摩擦摆减隔震支座采用两阶段设计，静力作用下，限制主梁的横向变形，地震作用下，发挥减震耗能作用，改善桥墩受力性能；能够解决大跨径三塔斜拉桥温度效应显著、结构竖向刚度不足、抗震性能差的问题。

（2）本发明的一种改善大跨径三塔斜拉桥三向受力性能的方法及结构体系，通过在所述中塔的两侧与所述主梁之间沿所述主梁的纵向中心轴线分别对称设辅助索和纵向弹性拉索，提高大跨径三塔斜拉桥的竖向刚度；通过在所述第一边塔的两侧与所述主梁之间和所述第二边塔的两侧与所述主梁之间分别沿所述主梁的纵向中心轴线对称设纵向黏滞阻尼器，在所述中塔的两侧与所述主梁之间沿所述主梁的纵向中心轴线对称设纵向弹性拉索，对大跨径三塔斜拉桥纵向静动力响应进行三级控制，共同改善大跨径三塔斜拉桥的纵向静动力响应；通过在所述中塔的两侧与主梁之间、所述第一边塔的两侧与主梁之间以及所述第二边塔的两侧与主梁之间沿主梁横向分别连接新型减震耗能抗风支座对大跨径三塔斜拉桥桥塔横向静动力响应进行三级控制，在所述主梁和所述第一桥墩、所述第二桥墩之间分别沿主梁的横向设置摩擦摆减隔震支座对大跨径三塔斜拉桥桥墩横向静动力响应进行两级控制，共同实现改善大跨径三塔斜拉桥的横向静动力响应；使大跨径三塔斜拉桥各级受力明确、合理，提高大跨径三塔斜拉桥结构设计的合理性和经济性，同时兼顾了桥梁景观。

附图说明

图1为本发明实施例一种改善大跨径三塔斜拉桥三向受力性能的结构体系的侧视结构示意图；

图2为本发明实施例一种改善大跨径三塔斜拉桥三向受力性能的结构体系的俯视剖视结构示意图；

图3为本发明实施例一种改善大跨径三塔斜拉桥三向受力性能方法的流程示意图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-第一桥墩、2-第二桥墩、3-主梁、4-中塔、5-第一边塔、6-第二边塔、7-斜拉索、8-纵向弹性拉索、9-纵向黏滞阻尼器、10-新型减震耗能抗风支座、11-摩擦摆减隔震支座、12-辅助索。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，当元件被称为“固定于”、“设置于”或“设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上；术语“安装”、“相连”、“连接”、“设有”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或两个元件的相互作用关系。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发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”......仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性 或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”......的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1和图2所示，本发明的一个方面提供一种改善大跨径三塔斜拉桥三向受力性能的结构体系，所述大跨径三塔斜拉桥包括间隔设置的第一桥墩1、第二桥墩2，横跨所述第一桥墩1和所述第二桥墩2设置的主梁3，设于所述主梁3上的中塔4、设于所述中塔4两侧的第一边塔5和第二边塔6，分别设于所述中塔4两侧、所述第一边塔5两侧以及所述第二边塔6两侧的斜拉索7；所述斜拉索7在所述中塔4两侧、所述第一边塔5两侧以及所述第二边塔6两侧分别设置多组；所述斜拉索7的一端固定于中塔4、第一边塔5和/或第二边塔6的塔体上，一端与所述主梁3固定；所述中塔4设于所述主梁3的正中央；所述第一边塔5设于所述中塔4与所述第一桥墩1之间；所述第二边塔6设于设于所述中塔4与所述第二桥墩2之间；该改善大跨径三塔斜拉桥三向受力性能的结构体系包括设于所述中塔4与所述主梁3之间的纵向弹性拉索8，分别设于所述第一边塔5与所述主梁3之间、所述第二边塔6与所述主梁3之间的纵向黏滞阻尼器9，将所述中塔4、所述第一边塔5以及所述第二边塔6分别与主梁3横向相连的新型减震耗能抗风支座10以及将所述第一桥墩1、所述第二桥墩2分别与所述主梁3相连的摩擦摆减隔震支座11以及设于所述中塔4两侧的辅助索12；本发明通过纵向黏滞阻尼器、纵向弹性拉索对大跨径三塔斜拉桥纵向静动力响应进行三级控制，通过新型减震耗能抗风支座对大跨径三塔斜拉桥桥塔横向静动力响应进行三级控制，通过摩擦摆减隔震支座对大跨径三塔斜拉桥桥墩横向静动力响应进行两级控制，使大跨径三塔斜拉桥各级受力明确、合理，提高大跨径三塔斜拉桥结构设计的合理性和经济性，同时兼顾了桥梁景观；本发明的结构体系竖向刚度大、抗震性能好，既能够成功解决三塔斜拉桥竖向刚度不足的问题，又可以有效控制梁端位移减小伸缩缝规模，且在地震下具有减震耗能作用，有效减小地震响应；能够解决大跨径三塔斜拉桥温度效应显著、结构竖向刚度不足、抗震性能差的问题。

进一步地，如图1和图2所示，所述纵向弹性拉索8在所述中塔4的两侧对称布置，两个所述纵向弹性拉索8的布置方向和所述主梁3的纵向中心轴线方向一致，即沿主梁3纵向布置；所述纵向弹性拉索8的高度和所述主梁3的高度平齐；所述纵向黏滞阻尼器9在所述第一边塔5和所述第二边塔6的两侧对称布置，4个所述纵向黏滞阻尼器9的布置方向和所述主梁3的纵向中心轴线方向一致；所述纵向黏滞阻尼器9的高度低于所述主梁3的高度；所述新型减震耗能抗风支座10在所述中塔4的两侧、所述第一边塔5的两侧以及所述第二边塔6的两侧分别对称布置；相对称设置的两个所述新型减震耗能抗风支座10的布置方向与所述主梁3的纵向中心轴线方向相垂直，即沿主梁3横向布置；所述摩擦摆减隔震支座11在所述第一桥墩1、所述第二桥墩2与主梁3之间分别横向设置；所述辅助索12在所述中塔4的两侧沿所述主梁3的纵向中心轴线方向对称布置，所述辅助索12优选为5对；所述辅助索12的一端固定于中塔4的塔体上,另一端与所述主梁3固定；本发明通过纵向弹性拉索8将主梁3与中塔4纵向相连接；通过纵向黏滞阻尼器9，将主梁3分别与第一边塔5和第二边塔6纵向相连接；通过新型减震耗能抗风支座10将主梁3与中塔4、第一边塔5以及第二边塔6分别横向相连接，通过摩擦摆减隔震支座11将主梁3与第一桥墩1、第二桥墩2分别竖向相连接；通过沿主梁3纵向在所述中塔4的两侧分别设辅助索12和纵向弹性拉索8提高大跨径三塔斜拉桥的竖向刚度；通过沿主梁3纵向在所述中塔4与主梁3之间设纵向弹性拉索8和在所述第一边塔5、所述第二边塔6上设纵向黏滞阻尼器9改善大跨径三塔斜拉桥的纵向静动力响应；通过沿主梁3横向在中塔4、第一边塔5以及第二边塔6与主梁3之间设新型减震耗能抗风支座10、沿主梁3横向在第一桥墩1、第二桥墩2与主梁3之间设摩擦摆减隔震支座11改善大跨径三塔斜拉桥的横向静动力响应。

如图3所示，本发明的另一个方面提供一种改善大跨径三塔斜拉桥三向受力性能的方法，包括如下步骤：

S1：通过在中塔4的两侧设置辅助索12和纵向弹性拉索8提高三塔斜拉桥竖向刚度；具体地，通过对跨中增设辅助索的数量进行了比选，发现采用5对辅助索的效果较好，且相对经济合理；并针对中塔约束体系进行了比选，随着中塔弹性约束刚度的增加，三塔斜拉桥竖向刚度逐渐提高，当纵向约束刚度为1e5kN/m时，可以达到中塔纵向刚性约束的效果。最终选择跨中增设5对辅助索和中塔设置纵向弹性约束（6.5e5kN/m）的方式提高三塔斜拉桥竖向刚度；

S2：通过沿主梁3纵向方向在中塔4与主梁3之间设置的纵向弹性拉索8和在第一边塔5、第二边塔6上设置的纵向黏滞阻尼器9对三塔斜拉桥分别进行温度荷载作用下、静力最不利荷载工况下以及地震作用工况下的三级纵向控制，共同改善大跨径三塔斜拉桥的纵向静动力响应；具体包括如下步骤：

S21：第一级控制，在温度荷载作用下，所述纵向黏滞阻尼器9能够适应温度荷载慢速运动产生的位移，不影响主梁3自由伸缩，所述纵向弹性拉索8设置在所述中塔4处，位于温度零点，不会产生温度次内力；

S22：第二级控制，在静力最不利荷载工况下，设于中塔4上的纵向弹性拉索8发挥作用，限制主梁3的梁端位移，减小主梁3上伸缩装置规模；

S23：第三级控制：在地震作用工况下，设于中塔4上的纵向弹性拉索8发挥作用，防止主梁3产生过大的纵向位移，设于所述第一边塔5、所述第二边塔6上的纵向黏滞阻尼器9在其冲程范围内自由变形，发挥减震耗能作用，同时为了保证地震作用下所述中塔4上的所述纵向弹性拉索8发挥作用，对所述纵向弹性拉索8施加初拉力，保证所述纵向弹性拉索8在地震作用下不会发生松弛；

S3：通过沿主梁3横向方向在中塔4、第一边塔5以及第二边塔6与主梁3之间分别设置的新型减震耗能抗风支座10对大跨径三塔斜拉桥桥塔横向静动力响应进行三级控制，改善大跨径三塔斜拉桥的横向静动力响应；具体包括如下步骤：

S31：第一级控制，新型减震耗能抗风支座提供一个初始内力，限制主梁3上方汽车和活载风对主梁引起的扰动，保证行车舒适性；

S32：第二级控制，在百年横风作用下，新型减震耗能抗风支座在其限位间隙内形成一个较小的弹性刚度，能够保证主梁3的有限活动，在主梁3与桥墩（第一桥墩1和第二桥墩2）之间起到缓冲作用，当新型减震耗能抗风支座的变形大于其限位间隙时，新型减震耗能抗风支座10形成一个较大的弹性刚度，限制主梁较大的横向变形；

S33：第三级控制，在横向地震作用下，新型减震耗能抗风支座10中的摩擦阻尼器发挥作用，实现横向减震耗能作用，减小桥塔的地震响应。

S4：通过沿主梁3横向方向在第一桥墩1、第二桥墩2与主梁3之间分别设摩擦摆减隔震支座11对大跨径三塔斜拉桥桥墩横向静动力响应进行两级控制，改善大跨径三塔斜拉桥的横向静动力响应；具体包括：

S41：第一级控制，通过摩擦摆减隔震支座提供限位剪力销，限制主梁横向运动，保证行车舒适性；

S42：第二级控制：在横向地震作用下，由于横向水平力较大，摩擦摆减隔震支座中限位剪力销剪断，摩擦摆减隔震支座发挥横向减震耗能作用，减小桥墩的地震响应。

本发明提供一种改善大跨径三塔斜拉桥三向受力性能的结构体系的工作原理：通过在所述中塔4的两侧与所述主梁3之间沿所述主梁3的纵向中心轴线分别对称设辅助索12和纵向弹性拉索8，提高大跨径三塔斜拉桥的竖向刚度；通过在所述第一边塔5的两侧与所述主梁3之间和所述第二边塔6的两侧与所述主梁3之间分别沿所述主梁3的纵向中心轴线对称设纵向黏滞阻尼器9，在所述中塔4的两侧与所述主梁3之间沿所述主梁3的纵向中心轴线对称设纵向弹性拉索8，对大跨径三塔斜拉桥纵向静动力响应进行三级控制，共同改善大跨径三塔斜拉桥的纵向静动力响应；通过在所述中塔4的两侧与主梁3之间、所述第一边塔5的两侧与主梁3之间以及所述第二边塔6的两侧与主梁3之间沿主梁3横向分别连接新型减震耗能抗风支座10对大跨径三塔斜拉桥桥塔横向静动力响应进行三级控制，在所述主梁3和所述第一桥墩1、所述第二桥墩2之间分别沿主梁3的横向设置摩擦摆减隔震支座11对大跨径三塔斜拉桥桥墩横向静动力响应进行两级控制，共同实现改善大跨径三塔斜拉桥的横向静动力响应；通过在跨中增设的辅助索和中塔设置的纵向弹性拉索，有效提高三塔斜拉桥竖向刚度，解决三塔斜拉桥竖向刚度不足的技术难题；能够解决大跨径三塔斜拉桥温度效应显著、结构竖向刚度不足、抗震性能差的问题。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种改善大跨径三塔斜拉桥三向受力性能的方法，其特征在于，应用改善大跨径三塔斜拉桥三向受力性能的结构体系实现，所述大跨径三塔斜拉桥包括横跨于间隔设置的第一桥墩（1）和第二桥墩（2）上的主梁（3），依次沿主梁（3）的纵向中心轴线设于主梁（3）上的第一边塔（5）、中塔（4）以及第二边塔（6），在中塔（4）两侧、第一边塔（5）两侧以及第二边塔（6）两侧分别设置的多组斜拉索（7）；所述结构体系包括设于中塔（4）与主梁（3）之间的纵向弹性拉索（8），分别设于第一边塔（5）与主梁（3）之间、第二边塔（6）与主梁（3）之间的纵向黏滞阻尼器（9），将中塔（4）、第一边塔（5）以及第二边塔（6）分别与主梁（3）横向相连的新型减震耗能抗风支座（10）、将第一桥墩（1）、第二桥墩（2）分别与主梁（3）相连的摩擦摆减隔震支座（11）以及设于所述中塔（4）两侧的辅助索（12）；

通过所述辅助索（12）和所述纵向弹性拉索（8）提高大跨径三塔斜拉桥的竖向刚度；通过所述纵向弹性拉索（8）和所述纵向黏滞阻尼器（9）改善大跨径三塔斜拉桥的纵向静动力响应；通过所述新型减震耗能抗风支座（10）对大跨径三塔斜拉桥桥塔横向静动力响应进行三级控制，通过所述摩擦摆减隔震支座（11）对大跨径三塔斜拉桥桥墩横向静动力响应进行两级控制，共同实现改善大跨径三塔斜拉桥的三向受力性能；

所述方法包括如下步骤：

S1：通过中塔两侧设置的辅助索和纵向弹性拉索提高三塔斜拉桥竖向刚度；

S2：通过沿主梁纵向在中塔与主梁之间设置的纵向弹性拉索和在第一边塔、第二边塔上设置的纵向黏滞阻尼器对三塔斜拉桥分别进行温度荷载作用下、静力最不利荷载工况下以及地震作用工况下的三级纵向控制，共同改善大跨径三塔斜拉桥的纵向静动力响应；

S3：通过沿主梁横向在中塔、第一边塔以及第二边塔与主梁之间分别设置的新型减震耗能抗风支座对大跨径三塔斜拉桥桥塔横向静动力响应进行三级控制，改善大跨径三塔斜拉桥的横向静动力响应；

S4：通过沿主梁横向在第一桥墩、第二桥墩与主梁之间分别设摩擦摆减隔震支座对大跨径三塔斜拉桥桥墩横向静动力响应进行两级控制，改善大跨径三塔斜拉桥的横向静动力响应；

步骤S2的三级纵向控制包括：

S21：在温度荷载作用下，纵向黏滞阻尼器适应温度荷载慢速运动产生的位移，不影响主梁自由伸缩，设置在中塔处位于温度零点的纵向弹性拉索不会产生温度次内力；

S22：在静力最不利荷载工况下，通过设于中塔上的纵向弹性拉索发挥作用，限制主梁的梁端位移，减小主梁上伸缩装置规模；

S23：在地震作用工况下，通过设于中塔上的纵向弹性拉索防止主梁产生过大的纵向位移，通过设于第一边塔、第二边塔上的纵向黏滞阻尼器在其冲程范围内的自由变形发挥减震耗能作用；通过对纵向弹性拉索施加初拉力，保证纵向弹性拉索在地震作用下不会发生松弛，进而改善大跨径三塔斜拉桥的纵向静动力响应；

步骤S3的三级纵向控制包括：

S31：通过新型减震耗能抗风支座提供初始内力限制主梁上方汽车和活载风对主梁引起的扰动，保证行车舒适性；

S32：在百年横风作用下，通过新型减震耗能抗风支座在其限位间隙内的弹性刚度，保证主梁的有限活动；当新型减震耗能抗风支座的变形大于其限位间隙时，通过新型减震耗能抗风支座形成较大的弹性刚度限制主梁较大的横向变形；

S33：在横向地震作用下，通过新型减震耗能抗风支座中的摩擦阻尼器实现横向减震耗能作用，减小桥塔的地震响应，进而改善大跨径三塔斜拉桥的横向静动力响应；

步骤S4的二级纵向控制包括：

S41：通过摩擦摆减隔震支座提供限位剪力销，限制主梁横向运动，保证行车舒适性；

S42：在横向地震作用下，摩擦摆减隔震支座中限位剪力销剪断，摩擦发挥横向减震耗能作用，减小桥墩的地震响应。

2.根据权利要求1所述的改善大跨径三塔斜拉桥三向受力性能的方法，其特征在于：所述纵向弹性拉索（8）在所述中塔（4）的两侧对称布置，两个所述纵向弹性拉索（8）的布置方向和所述主梁（3）的纵向中心轴线方向一致，即沿主梁（3）纵向布置；

所述纵向弹性拉索（8）的高度和所述主梁（3）的高度平齐。

3.根据权利要求2所述的改善大跨径三塔斜拉桥三向受力性能的方法，其特征在于：所述纵向黏滞阻尼器（9）在所述第一边塔（5）和所述第二边塔（6）的两侧对称布置，所述纵向黏滞阻尼器（9）的布置方向和所述主梁（3）的纵向中心轴线方向一致。

4.根据权利要求3所述的改善大跨径三塔斜拉桥三向受力性能的方法，其特征在于：所述新型减震耗能抗风支座（10）在所述中塔（4）的两侧、所述第一边塔（5）的两侧以及所述第二边塔（6）的两侧分别对称布置；

相对称设置的两个所述新型减震耗能抗风支座（10）的布置方向与所述主梁（3）的纵向中心轴线方向相垂直，即沿主梁（3）横向布置。

5.根据权利要求4所述的改善大跨径三塔斜拉桥三向受力性能的方法，其特征在于：所述摩擦摆减隔震支座（11）在所述第一桥墩（1）、所述第二桥墩（2）与主梁（3）之间分别横向设置。

6.根据权利要求5所述的改善大跨径三塔斜拉桥三向受力性能的方法，其特征在于：所述辅助索（12）在所述中塔（4）的两侧沿所述主梁（3）的纵向中心轴线方向对称布置；

所述辅助索（12）的一端固定于中塔（4）的塔体上，另一端与所述主梁（3）固定。