CN207775694U - 独柱式斜塔结构的斜拉桥 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种独柱式斜塔结构的斜拉桥，包括：主梁；旋转对称矗立于所述主梁两侧，且横桥向外倾斜的两个独柱式索塔；挂设在所述索塔及主梁上与所述索塔相对斜拉桥中心线呈旋转对称布设，且构成所述主梁竖向支承体系的斜拉索；支承所述索塔，且构成所述主梁横向支承体系的索塔支墩。通过本方案的实施，实现采用斜塔斜拉桥完成跨度大的斜拉桥施工。

Description

独柱式斜塔结构的斜拉桥

【技术领域】

本实用新型涉及土木工程技术领域，尤其涉及一种独柱式斜塔结构的斜拉桥。

【背景技术】

随着路桥技术的不断发展，斜拉桥作为大跨度桥梁的主要选型之一而被广泛应用。在斜拉桥的三大主要构件(桥塔、主梁及斜拉索)中，有多种构造形式，通过不同形式的组合可以构成各式各样的斜拉桥。其中，异型斜拉桥区别于一般斜拉桥也在于这三个方面的构造及其与周围环境相互协调的鲜明特色。异型斜拉桥根据桥塔的造型以及桥塔相对主梁的位置的多样性进行分类，可分为：有斜塔斜拉桥、弯塔斜拉桥、斜塔无背索斜拉桥、悬弧拱式斜拉桥、悬索斜拉组合桥以及桥塔反对称斜拉桥等等。

目前，斜塔斜拉桥根据桥塔的造型可以分为双塔皆倾斜、独塔倾斜、直线型桥塔等，其有时是为了景观和力学方面的效果制作成倾斜的，但是其所适应的一般为跨度相对较小的施工工况。对于跨度大的斜拉桥，其线性和应力的精确控制所导致的施工难度大是上述斜拉桥无法实现的。

【实用新型内容】

本实用新型的首要目的在于提供一种独柱式斜塔结构的斜拉桥，解决在保证施工安全及精确度的情况下，完成跨度大的斜塔斜拉桥施工。

本实用新型的次要目的在于提供一种独柱式斜塔结构的斜拉桥的斜拉索张拉方法。

第一方面，本实用新型提供一种独柱式斜塔结构的斜拉桥，包括：

主梁；

旋转对称矗立于所述主梁两侧，且横桥向外倾斜的两个独柱式索塔；

挂设在所述索塔及主梁上与所述索塔相对斜拉桥中心线呈旋转对称布设，且构成所述主梁竖向支承体系的斜拉索；

支承所述索塔，且构成所述主梁横向支承体系的索塔支墩。

其中，所述索塔中心线与横桥向轴线的斜率为1:8。

进一步地，所述索塔横截面两端为半径不等的圆弧段，两圆弧段之间通过与之相切的直线段连接，形成封闭的纺锤形截面。

其中，所述索塔节段上下缘横截面均垂直于索塔壁半径较小一端圆弧的圆心连线；由所述索塔塔底向上，所述索塔横截面半径较大一端圆弧半径及所述直线段长度逐渐减小，形成封闭的纺锤形渐变截面。

进一步地，还包括连接于所述主梁并沿所述两个独柱式索塔位置向外延伸的两个锚室。

其中，所述斜拉索包括布设于索塔仰面的仰索、布设于索塔背面的背索以及布设于索塔与主梁之间的纵向拉索；

所述仰索与所述两个独柱式索塔相对斜拉桥中心线呈旋转对称布设，且中跨中部主梁两侧均锚固所述仰索；

所述背索包括挂设在所述索塔及锚室上的第一背索组、挂设在所述索塔及主梁上的第二背索组。

进一步地，所述横向支承体系还包括靠近所述索塔支墩的辅助墩、以及远离所述索塔支墩的过渡墩；所述过渡墩与辅助墩、索塔支墩用于支承斜拉桥的边跨、所述两个独柱式索塔的索塔支墩用于支承斜拉桥的中跨。

其中，所述索塔的仰面斜拉索横跨中跨、边跨。

第二方面，本实用新型提供一种独柱式斜塔结构斜拉桥的斜拉索张拉方法，以适应于如第一方面所述的斜拉桥，包括以下步骤：

(1)在梁端布设张拉斜拉索的张拉设备；

(2)根据斜拉索在梁端锚固的位置，进行斜拉索分级；

(3)同时张拉所述两个独柱式索塔与主梁之间的纵向拉索；

(4)根据所述分级配合以索塔为顶端，以锚固于梁端不同位置形成三棱锥的斜拉索，进行斜拉索分索逐级张拉；

(5)调整所述斜拉索整体的索力。

进一步地，步骤(2)根据斜拉索在梁端安装的位置，进行斜拉索分级：

以位于所述索塔所处位置仰面对应的斜拉索为中心索，以中心索往主跨方向的斜拉索为第一仰索组、以中心索往边跨方向的斜拉索为第二仰索组；

以位于所述索塔背面，梁端部分安装于连接于所述主梁并沿所述两个独柱式索塔位置向外延伸的锚室上的斜拉索为第一背索组；

以位于所述索塔背面，梁端部分安装于所述主梁上的斜拉索为第二背索组。

进一步地，步骤(4)根据所述斜拉索分级，对所述斜拉索进行分索逐级张拉，包括步骤：

第一次张拉所述第一仰索组中最外侧的斜拉索，而后两个独柱式索塔对称依次张拉第二仰索组、第一背索组中位于中部的斜拉索；

第二次张拉所述第一仰索组中最外侧的斜拉索，而后两个独柱式索塔对称依次张拉第一仰索组、第二背索组中的部分斜拉索；

第二次张拉所述第一背索组中位于中部的斜拉索，而后两个独柱式索塔对称依次张拉第二仰索组、第一仰索组、第一背索组中的部分斜拉索；

第一次张拉所述第二背索组中靠近边跨的斜拉索，而后两个独柱式索塔对称张拉第二仰索组中靠近边跨的斜拉索；

第二次张拉所述第二背索组中靠近边跨的斜拉索，而后两个独柱式索塔对称张拉第二仰索组、第一仰索组中剩余的斜拉索以及所述中心索。

进一步地，步骤(5)调整所述斜拉索整体的索力，包括步骤：

单次张拉时，采用千斤顶对各张拉斜拉索的进行整体调整；

和/或，后一张拉工序中，采用千斤顶对前一张拉工序已张拉完成的斜拉索进行整体调整。

与现有技术相比，本实用新型具备如下优点：

本实用新型提供的独柱式斜塔结构的斜拉桥中，包括主梁、旋转对称矗立于所述主梁两侧，且横桥向外倾斜的两个独柱式索塔、挂设在所述索塔及主梁上与所述索塔相对斜拉桥中心线呈旋转对称布设，且构成所述主梁竖向支承体系的斜拉索、支承所述索塔，且构成所述主梁横向支承体系的索塔支墩。其中，两个独柱式索塔为横桥向外倾斜，与斜拉索配合，相互产生反向拉力，保证了斜塔斜拉桥中线性及应力控制的精度，且提高了斜拉桥视觉上的美观；进一步地，通过两个独柱式索塔与斜拉索以及主梁的配合，保证了在布设斜塔结构的同时，抵抗了由于结构特殊而带来的应力和扭矩；同时，在采用支墩作为主梁竖向支承体系的时候，分担了由于斜拉索结构布设的特殊作用在主梁上竖向的不平衡力；本实用新型在有效解决了由于结构特殊而带来应力及扭矩的问题，更是通过单梁形式设计主梁，进一步地提高了斜拉桥的利用效率。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

【附图说明】

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本实用新型实施例的独柱式斜塔结构的斜拉桥的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的独柱式斜塔结构的斜拉桥的俯视结构示意图；

图3为本实用新型实施例的独柱式斜塔结构的斜拉桥的立体结构示意图，其主要展示了斜拉索在其中一个索塔及主梁上的锚固位置；

图4为本实用新型实施例的独柱式斜塔结构的斜拉桥的结构示意图，其主要展示了索塔横截面的形状。

【具体实施方式】

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

实施例一

结合图1、2，本实用新型实施例提供一种独柱式斜塔结构的斜拉桥，其具体包括：主梁1、索塔2、斜拉索3、支墩0。

其中，所述主梁1在斜拉桥的布设上，主要是指在上部结构中，支承各种荷载并将其传递至支墩0和台上的梁，亦即用于承重且传递荷载，其在承担竖向力的同时也承担水平力。在本实施例中所述主梁1为钢箱梁，优选地采用栓焊流线形扁平钢箱梁，所述主梁1高3.0m，宽45.7m(包含风嘴，在钢箱梁的侧面设置风嘴可以提高钢箱梁的抗风稳定性，但风嘴不承受荷载，不是主梁的主要受力构件，可采用标号低的钢材构建)。在主梁1所采用的扁平钢箱梁中，一般主要由顶板、底板、腹板、纵向加劲肋、横向加劲肋和风嘴构成，在本实施例中，考虑到适应于大跨度桥梁的适用性，所述主梁1还设置有纵隔板。进一步地，考虑到为增强主梁1的整体作用，提高其抗失稳能力，设有一定数量的横隔板，采用横隔板作为主梁1桥面板的弹性支撑部件，有效限制主梁1的畸变效应，减少主梁1的变形和弯曲应力。更进一步地，适应于本实用新型实施例提供的斜拉桥结构，主梁1优选采用单梁形成，通过加大桥面的使用面积，更好地划分车道，进一步提高斜拉桥的利用率。

其中，所述索塔2在本实施例中包括两个独柱式斜塔，两个索塔2旋转对称矗立于所述主梁1的两侧，且横桥向向外倾斜。

由于在本实施例中，所述主梁1为单梁，且所述索塔2为独柱式塔柱，考虑到力的平衡分布以及斜拉索3的布设，将两个所述索塔2布设在所述主梁1的两侧；进一步地，考虑到适应于大跨度斜拉桥的布设，优选将两个所述索塔2旋转对称地矗立于所述主梁1的两侧，亦即两个所述索塔2所处位置并不处于同一条横桥向线上，而是基于斜拉桥的跨度情况，以斜拉桥的桥梁中点为准，旋转对称布设(反对称)。

考虑到跨度大的斜拉桥上，为分担或抵抗所述斜拉索3挂设所产生在主梁1的横向及竖向的分力，在本实施例中，所述索塔2采用斜塔(由于两个所述索塔2采用的是旋转对称布设方式，且为了保证力的产生的单一性，在本实施例中，两个索塔2的布设方式一致，后续将仅对其中一个索塔2的结构进行详细叙述，本领域技术人员通过旋转对称的方式，可知另一索塔2的具体结构)，具体地，所述索塔2横桥向向外倾斜，亦即所述索塔2的中心线始终与所述主梁1垂直。进一步地，所述索塔2的中心线与横桥向轴线的斜率为1:8。

优选地，考虑到所述索塔2的倾斜度较大以及其所能保持的力的稳定性，在本实施例中，所述索塔2由塔底向上延伸至塔顶时，采用横截面逐渐变小的布设方式。

具体地，所述索塔2中，首先以某一节段的横截面为例进行说明，结合图4：所述索塔2的横截面两端为半径不等的圆弧段，两圆弧段之间通过与之相切的直线段连接，形成封闭的纺锤形截面；其次以索塔2整体为例进行说明：所述索塔2中节段的上下缘横截面(缘断面)均垂直于索塔2塔壁半径较小一端圆弧的圆心连线；由所述索塔2塔底向上，索塔2的横截面半径较大一端圆弧半径及与之相切的直线段长度逐渐减少，形成封闭的纺锤形渐变截面。

其中，在本实施例中，除了上述的主梁1、索塔2、斜拉索3、支墩0外，还包括两个锚室8，具体地，两个所述锚室8为连接于所述主梁1并沿两个所述索塔2位置向外延伸的台梁。所述锚室1不但用于稳固所述索塔2，更是用于分担或抵抗斜拉索3产生于所述主梁1上的不平衡力和扭矩。

其中，结合图1、2、3，所述斜拉索3主要挂设于所述索塔2及主梁1上，并与所述索塔2相对斜拉桥中心线呈旋转对称分布结构。

具体地，所述斜拉索3包括布设于索塔2仰面(以斜塔结构为准，仰面为其相应于主梁1的一侧)的仰索31、布设于索塔2背面(以斜塔结构为准，背面为其相应于锚室8的一侧)的背索32、以及布设于索塔2与主梁1之间的纵向拉索(未图示)。其中，布设于两个索塔2上的斜拉索3为相应于主梁1的旋转对称结构，亦即相应于每一索塔2，挂设在主梁1及索塔2上的斜拉索结构一致，后续将仅对其中一侧的斜拉索3的结构进行详细叙述，本领域技术人员可通过旋转对称结构得知，另一个斜拉索3的布设结构。

其中，考虑到中跨中部承受车载应力加大，在相应于索塔2的位置，布设在主梁1两侧的所述仰索31在斜拉桥中跨中部主梁1的两侧均具有锚固点，亦即在中跨中部主梁1两侧均锚固有所述仰索31。在此布设的结构下，优选所述仰索31布设位置涉及斜拉桥的中跨、边跨。

其中，考虑到索塔2为斜塔，且为横桥向外倾斜式斜塔，其上挂设的斜拉索3在作为主梁1竖向支承体系的同时，仍有部分作用于主梁1上的不平衡分力，为分担或抵抗该不平衡分力，将所述背索32分不同位置布设，包括挂设在索塔2及锚室8上的第一背索组321、挂设在索塔2及主梁1上的第二背索组322。将所述背索32分位置布设，有利于力在斜拉桥的不同位置上分布，平衡主梁1的载荷。

其中，考虑到索塔2自身与主梁1的结构稳定性，布设有所述纵向拉索(未图示)，所述纵向拉索以所述索塔2的中心线以及斜率(1:8)为基准，挂设于索塔2的塔端以及索塔2与主梁1的交接位置(梁端)。

在本实施例中，所述斜拉索3适应不同位置的布设采用不同型号的斜拉索，具体地：

主梁1与索塔2之间的布设采用抗拉标准强度为1670MPa平行钢丝斜拉索，而根据不同位置索力的不同，采用包括PES7-37、PES7-61、PES7-85、PES7-121、PES7-151、PES7-163等的六种规格，其中最长的为仰索31中最靠近中跨中部位置的一根斜拉索，如图3所示，为标号为J10的仰索31。

索塔2的背索32采用抗拉标准强度为1670MPa平行钢丝斜拉索，规格为PES7-367，其中最长的为横桥向方向上距主梁1最远的一根斜拉索(梁端位置锚固于锚室8上)，如图3所示，为标号为B1的背索32。

其中，斜拉索3在主梁1和锚室8上均采用钢锚箱锚固方式进行连接，在索塔2塔端上采用耳板销接(在本实施例中，适应梁端锚固位置的特殊性，采用外露式耳板)锚固方式进行连接，斜拉索3的张拉端设置在梁端(张拉时，背索32优选在锚室内张拉)。对此，该斜拉桥结构下，斜拉索3的安装采用先塔端后梁端的顺序。

其中，所述支墩0在本实施例中，包括索塔支墩5、辅助墩6以及过渡墩7，适应于索塔2的布设位置以及斜拉桥的跨度，所述索塔支墩5、辅助墩6、以及过渡墩7均以所述主梁1的中心对称布设，以及均包括两个。所述过渡墩7与辅助墩6、索塔支墩5用于支承斜拉桥的边跨、所述两个独柱式索塔2的索塔支墩5用于支承斜拉桥的中跨。其中，所述辅助墩6以及过渡墩7结合索塔支墩5构成主梁1的横向支承体系。为更好地分担或抵抗主梁1承载的竖向方向上的力，在所述支墩0上布设支承架，所述支承架以倒三角结构布设于主梁1底部与支墩0的墩壁，该支承架在支墩0的两侧均有布设。

实施例二

结合图3，本实用新型实施例提供一种独柱式斜塔结构斜拉桥的斜拉索张拉方法，以适应于如实施例一所述的斜拉桥，包括以下步骤：

(1)在梁端布设张拉斜拉索3的张拉设备；

(2)根据斜拉索3在梁端锚固的位置，进行斜拉索3分级；

具体地，步骤(2)根据斜拉索3在梁端安装的位置，进行斜拉索3分级，包括步骤：

以位于所述索塔2所处位置仰面对应的斜拉索3为中心索(图3中标号为0)，以中心索往主跨方向的斜拉索3为第一仰索组311(图3中标号为J索)、以中心索往边跨方向的斜拉索3为第二仰索组312(图3中标号为A索)；

以位于所述索塔2背面，梁端部分安装于连接于所述主梁1并沿所述两个独柱式索塔2位置向外延伸的锚室8上的斜拉索3为第一背索组322(图3中标号为B索)；

以位于所述索塔2背面，梁端部分安装于所述主梁8上的斜拉索3为第二背索组321(图3中标号为X索)。

(3)同时张拉所述两个独柱式索塔2与主梁1之间的纵向拉索；

(4)根据所述分级配合以索塔2为顶端，以锚固于梁端不同位置形成三棱锥的斜拉索3，进行斜拉索3分索逐级张拉；

其中，所述根据所述分级配合以索塔2为顶端，以锚固于梁端不同位置形成三棱锥的斜拉索进行斜拉索分索的逐级张拉，为首先张拉一根独立的斜拉索，该斜拉索适应于在梁端锚固的位置，优选为第一仰索组311的最外侧斜拉索、第一背索组322中部的斜拉索、以及第二背索组321中靠近边跨的斜拉索。其次，依据该首先张拉的独立的斜拉索，依次配设基于其锚固位置，相应形成梁端位置(以主梁1形成的桥面为水平面衡量)的稳定三棱锥结构的斜拉索。

具体地，步骤(4)根据所述斜拉索3分级，对所述斜拉索3进行分索逐级张拉，包括步骤：

第一次张拉所述第一仰索组311中最外侧的斜拉索，而后两个独柱式索塔2对称依次张拉第二仰索组312、第一背索组311中位于中部的斜拉索；

第二次张拉所述第一仰索组311中最外侧的斜拉索，而后两个独柱式索塔2对称依次张拉第一仰索组311、第二背索组312中的部分斜拉索；

第二次张拉所述第一背索组322中位于中部的斜拉索，而后两个独柱式索塔2对称依次张拉第二仰索组312、第一仰索组311、第一背索组322中的部分斜拉索；

第一次张拉所述第二背索组321中靠近边跨的斜拉索，而后两个独柱式索塔2对称张拉第二仰索组312中靠近边跨的斜拉索；

第二次张拉所述第二背索组321中靠近边跨的斜拉索，而后两个独柱式索塔2对称张拉第二仰索组312、第一仰索组311中剩余的斜拉索以及所述中心索。

结合图3，相应于上述的分索逐级张拉工序，斜拉索3的拉索顺序具体如下：

A.张拉索塔2与主梁1之间的纵向拉索(未图示)；

B.第一次张拉J10索，两塔对称依次张拉A6、A5、B1背索；

C.第二次张拉J10索,两塔对称依次张拉J9、X2、J8、J7；

D.第二次张拉B1背索，两塔对称依次张拉A4、J6、J5、J4、X1、J3、J2、B2、A3、A2、A1、B3、A7、A8、A9；

E.第一次张拉X3索，两塔对称张拉A10；

F.第二次张拉X3索，两塔对称张拉B4、J1、0号索。

(5)调整所述斜拉索3整体的索力。

具体地，步骤(5)调整所述斜拉索整体的索力，包括步骤：

单次张拉时(亦即在步骤(4)中，每一次张拉的工序中)，采用千斤顶对各张拉斜拉索的进行整体调整；

和/或，后一张拉工序中，采用千斤顶对前一张拉工序已张拉完成的斜拉索进行整体调整。

在上述调整过程中，需要注意以下情况：

(1)上述张拉过程为对其中一侧斜拉索3张拉的工序，适应的，两个索塔2与主梁1之间锚固的斜拉索3应对称同时进行。

(2)张拉过程中，需要对索塔2塔顶的横桥向偏位情况进行连续观测，若塔顶偏位超过设计误差范围，需要对相应斜拉索3的拉索进行适当调整，以保证索塔2的受力，同时通过对X索和A索索力的调整平衡主梁1所受的扭矩。

(3)所述背索32应根据在A索、J索、X索张拉过程中索塔2横桥向的偏位情况及时进行张拉调整，防止索塔2的塔顶横桥向偏位和索塔2的塔根受力过大。

具体地，适应实施例一的斜拉桥结构，在本实施例中，所述张拉设备包括大吨位、短行程、穿心式且具有集中控制系统的多台同步液压千斤顶，使得在对索力进行调整时能对多根斜拉索3同步控制，从而精确快速地调整索力和索塔2的偏位问题。所述张拉设备使用前应按照相关规定进行标定。

虽然上面已经示出了本实用新型的一些示例性实施例，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本实用新型的原理或精神的情况下，可以对这些示例性实施例做出改变，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种独柱式斜塔结构的斜拉桥，其特征在于，包括：

主梁；

旋转对称矗立于所述主梁两侧，且横桥向外倾斜的两个独柱式索塔；

挂设在所述索塔及主梁上与所述索塔相对斜拉桥中心线呈旋转对称布设，且构成所述主梁竖向支承体系的斜拉索；

支承所述索塔，且构成所述主梁横向支承体系的索塔支墩。

2.根据权利要求1所述的斜拉桥，其特征在于，所述索塔中心线与横桥向轴线的斜率为1:8。

3.根据权利要求1所述的斜拉桥，其特征在于，所述索塔横截面两端为半径不等的圆弧段，两圆弧段之间通过与之相切的直线段连接，形成封闭的纺锤形截面。

4.根据权利要求3所述的斜拉桥，其特征在于，所述索塔节段上下缘横截面均垂直于索塔壁半径较小一端圆弧的圆心连线；由所述索塔塔底向上，所述索塔横截面半径较大一端圆弧半径及所述直线段长度逐渐减小，形成封闭的纺锤形渐变截面。

5.根据权利要求1所述的斜拉桥，其特征在于，还包括连接于所述主梁并沿所述两个独柱式索塔位置向外延伸的两个锚室。

6.根据权利要求5所述的斜拉桥，其特征在于，所述斜拉索包括布设于索塔仰面的仰索、布设于索塔背面的背索以及布设于索塔与主梁之间的纵向拉索；

所述仰索与所述两个独柱式索塔相对斜拉桥中心线呈旋转对称布设，且中跨中部主梁两侧均锚固所述仰索；

所述背索包括挂设在所述索塔及锚室上的第一背索组、挂设在所述索塔及主梁上的第二背索组。

7.根据权利要求1所述的斜拉桥，其特征在于，所述横向支承体系还包括靠近所述索塔支墩的辅助墩、以及远离所述索塔支墩的过渡墩；所述过渡墩与辅助墩、索塔支墩用于支承斜拉桥的边跨、所述两个独柱式索塔的索塔支墩用于支承斜拉桥的中跨。

8.根据权利要求7所述的斜拉桥，其特征在于，所述索塔的仰面斜拉索横跨中跨、边跨。