CN211645924U - 自平衡悬索桥结构体系 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种自平衡悬索桥结构体系，包括桥本体、主缆、吊索结构和索塔结构。其中，桥本体设于桥墩上；主缆设于所述桥本体横桥向的两侧并沿所述桥本体的纵桥向延伸，所述主缆两端分别锚固于桥本体纵桥向的两端部，且所述主缆朝横桥向的外侧倾斜；吊索结构用于将同侧的所述主缆与所述桥本体侧边连接在一起；索塔结构设于所述桥本体横桥向的两侧，用于与所述主缆连接以支撑所述主缆。本实用新型将整体张拉式结构与大跨度悬索结构有机结合在一起，自平衡大跨度悬索桥结构体系的受力合理，安全可靠；结构简单，所需的材料较少，缩减了施工材料成本；施工操作上更加方便，缩减了人工成本，工程量降低更有利于提高施工效率、缩短施工周期。

Description

自平衡悬索桥结构体系

技术领域

本实用新型涉及桥梁设计领域，特别是涉及自平衡悬索桥结构体系。

背景技术

多年来传统桥梁的主要功能仅仅是满足交通通行的需求，这是由于交通通行是传统桥梁的主要功能，安全实用经济是桥梁设计的主要甚至唯一的目的，尤其是传统悬索桥的结构体系已经非常单一化和固定化。

近年来随着社会对城市景观、文化创意及环境保护的要求不断提高，对于桥梁结构的建造形式丰富性要求更高，而传统悬索桥大多结构复杂，建造过程需要投入大量的材料成本和人力成本，且施工周期特别长，在当前材料、人工成本逐渐提高的背景下，如何简化设计是亟需解决的问题。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统桥梁的结构复杂，施工成本高、周期长问题，提供一种自平衡悬索桥结构体系。

一种自平衡悬索桥结构体系，包括：

桥本体，设于桥墩上；

主缆，设于所述桥本体横桥向的两侧并沿所述桥本体的纵桥向延伸，所述主缆两端分别锚固于所述桥本体纵桥向的两端部，且所述主缆朝横桥向的外侧倾斜；

吊索结构，用于将同侧的所述主缆与所述桥本体侧边连接在一起；

索塔结构，设于所述桥本体横桥向的两侧，用于与所述主缆连接以支撑所述主缆。

上述自平衡悬索桥结构体系，至少具有以下有益的技术效果：

(1)本实用新型，主缆两端分别锚固于桥本体的端部，形成了一个自锚体系和拉压自平衡结构系统，不需要单独设置大体积的混凝土重力锚碇，也避免了设置大量的抗拨桩；悬索桥结构体系的主缆为空间曲线，该空间曲线朝横桥向外侧倾斜，在索塔结构的支撑作用下，两侧的主缆可以从桥本体横桥向的两侧协同悬吊起桥本体，可以保证悬吊的稳定性。主缆、索塔结构、吊索结构及桥本体共同组成了空间张力结构系统，在施工建造时给索塔结构和主缆施加预应力后即可形成一个稳定的整体预张拉的悬索结构体系。

(2)本实用新型将整体张拉式结构与大跨度悬索结构有机结合在一起，自平衡大跨度悬索桥结构体系的受力合理，安全可靠；结构简单，所需的材料较少，缩减了施工材料成本；施工操作上更加方便，需要的工人数量更少，缩减了人工成本，工程量降低更有利于提高施工效率、缩短施工周期。

(3)桥梁结构的建造形式新颖，形态简洁美观，能够满足社会对城市景观、文化创意及环境保护的要求，该新型结构体系特别应用于人行桥梁工程的结构设计领域。

在其中一个实施例中，所述桥本体包括两端的边跨及设于两个所述边跨之间的中跨，所述中跨的竖曲线为上拱形。

在其中一个实施例中，所述桥墩设于所述边跨与所述中跨相连接的部位下方。

在其中一个实施例中，所述索塔结构包括分别设于所述桥本体横桥向两侧的索塔体，所述索塔体包括：

桅杆，所述桅杆朝横桥向外侧倾斜，且所述桅杆的底端设于桅杆支座，桅杆的顶部与所述主缆连接；及

背索，设于所述桅杆与所述桥本体相背的一侧，所述背索的底端设于背索支座，背索的顶部与所述桅杆连接。

在其中一个实施例中，所述桅杆支座的标高低于所述背索支座以及所述主缆锚固端的标高。

在其中一个实施例中，所述背索支座和所述桅杆支座皆设于所述桥墩。

在其中一个实施例中，所述桥墩设有多个，且其中一个所述桥墩通过表面设置的固定铰支座支撑所述桥本体，其它所述桥墩通过表面设置的可沿纵桥向水平滑移的滑动铰支座支撑所述桥本体。

在其中一个实施例中，还包括两个桥台，分别位于所述桥本体的两个端头，所述桥台通过表面设置的可沿纵桥向水平滑移的滑动铰支座支撑所述桥本体。

在其中一个实施例中，所述吊索结构包括沿纵桥向分布的多根吊索，所述吊索两端分别与所述主缆及所述桥本体侧边连接。

在其中一个实施例中，多根所述吊索的吊点均布于所述桥本体侧边。

在其中一个实施例中，位于所述桥本体同一侧的多根所述吊索从所述桥本体中间向两端变角度倾斜，所述吊索位于横桥向的竖平面内。

附图说明

图1为本实用新型一实施例自平衡悬索桥结构体系的纵桥向结构示意图；

图2为图1中自平衡悬索桥结构体系的俯视图；

图3为本实用新型一实施例自平衡悬索桥结构体系的横桥向结构示意图；

图中，100、桥本体，110、边跨，120、中跨，130、桥台，

200、主缆，

300、吊索结构，310、吊索，

400、索塔结构，410、索塔体，411、桅杆，411a、桅杆支座，412、背索，412a、背索支座，

500、桥墩，510、滑动铰支座，520、固定铰支座，

600、灌注桩，

700、地基。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。本领域普通技术人员将认识到，在不背离由随附的权利要求所限定的本实用新型的范围的情况下，可以对本文所描述的各种实施例作出变化和改进。此外，为了清楚和简洁起见，可能省略对熟知的功能和构造的描述。

应当理解的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1和图2所示，本实用新型一实施例中，提供一种自平衡悬索桥结构体系，包括桥本体100、主缆200、吊索结构300和索塔结构400。其中，桥本体100设于桥墩500上；主缆200设于桥本体100横桥向的两侧并沿桥本体100的纵桥向延伸，主缆200两端分别锚固于桥本体100纵桥向的两端部，且主缆200朝横桥向的外侧倾斜；吊索结构300用于将同侧的主缆200与桥本体100侧边连接在一起；索塔结构400设于桥本体100横桥向的两侧，用于与主缆200连接以支撑主缆200。

主缆200两端分别锚固于桥本体100的端部，形成了一个自锚体系和拉压自平衡结构系统，不需要单独设置大体积的混凝土重力锚碇，也避免了设置大量的抗拨桩；悬索桥结构体系的主缆200为空间曲线，该空间曲线朝横桥向外侧倾斜，在索塔结构400的支撑作用下，两侧的主缆200可以从桥本体100横桥向的两侧协同悬吊起桥本体100，可以保证悬吊的稳定性。本实用新型，主缆200、索塔结构400、吊索结构300及桥本体100共同组成了空间张力结构系统，给索塔结构400和主缆200施加预应力后即可形成一个稳定的整体预张拉的悬索结构体系。

将整体张拉式结构与大跨度悬索结构有机结合在一起，自平衡大跨度悬索桥结构体系的受力合理，安全可靠；结构简单，所需的材料较少，缩减了施工材料成本；施工操作上更加方便，需要的工人数量更少，缩减了人工成本，工程量降低更有利于提高施工效率、缩短施工周期。

参考图2，在一些实施例中，桥本体100包括分别设于桥本体100两端的边跨110及设于两个边跨110之间的中跨120，中跨120为上拱形。上拱形的中跨120在拱脚处形成水平推力F1，即产生拱结构效应；主缆200端部的拉力F2与桥本体100端部的推力F1相互平衡，加强了拱结构效率，使拉压自平衡和自锚的效果更好。

在一些实施例中，桥墩500设于边跨110与中跨120相连接的部位。桥墩500设置在该位置后可以对上拱形的中跨120起到支撑作用。

参考图1-图3，在一些实施例中，索塔结构400包括分别设于桥本体100横桥向两侧的索塔体410，索塔体410包括：

桅杆411，桅杆411朝横桥向外侧倾斜，且底端设于桅杆支座411a，顶部与主缆200连接；

背索412，设于桅杆411与桥本体100相背的一侧，背索412底端设于背索支座412a，顶部与桅杆411连接。

具体的，向背索412施加预紧力后，在桅杆411顶部汇交的主缆200及背索412形成类似四面体金字塔的三条棱边，张紧的背索412及主缆200的三个拉力在桅杆411的顶端汇合，然后通过桅杆411传递到桅杆支座411a，即可形成一个稳定的整体预张拉的悬索结构体系。本实用新型用较纤细的摇摆式索塔替代传统的厚重刚性索塔，节约了材料投入，降低了施工难度和成本。

优选的，桅杆411与背索412形成的平面垂直于水平面，且桅杆411与背索412形成的平面与横桥向的竖平面不平行。采用该设置后，背索412与主缆200及桅杆411共同形成了平衡的空间汇交力系，结构的横桥向稳定性更好。

优选的，桅杆411为纺锤形的圆钢管，且桅杆411的顶部可通过销轴耳板分别与主缆200、背索412连接。销轴耳板的连接方式更加灵活，方便了施工操作。

在一些实施例中，桅杆支座411a的标高低于背索支座412a、主缆200的锚固端的标高。该设置方式，向背索412施加预紧力后，张紧的背索412、主缆200及桅杆411形成了稳定的平衡结构体系。

在一些实施例中，背索支座412a、桅杆支座411a皆设于桥墩500。采用该设置后，结构自内力可通过桥墩500实现自平衡，避免由结构自内力产生的桅杆411压力直接传至地基700继而导致背索支座412a和桅杆支座411a发生相对差异位移。预张力结构通常对支座差异位移比较敏感，一旦发生位移会对整体结构带来很大的影响，而各支座皆设于桥墩500可确保支座边界条件的整体性，更不需要单独设置用于稳定背索412的重力锚碇，节约了施工成本和施工时间。优选的，桥墩500为钢筋混凝土材质，钢筋混凝土材质稳定性更好，强度更高。

在一些实施例中，桥本体100的结构可以是连续贯通的扁平矩形钢箱梁，连续贯通结构使加劲梁可以直接传递纵桥向的压力，有利于整体结构的稳定。

在一些实施例中，桥墩500设有多个，且其中一个桥墩500通过表面设置的固定铰支座520支撑桥本体100。具体的，如图2中所示其中一个桥墩500上的三角形的标记即为固定铰支座520，在其他桥墩500上可设置可沿纵桥向水平滑移的滑动铰支座510，此时上拱形的中跨120在拱脚处形成的水平推力F1和温度应力可使滑动铰支座510在桥墩500上沿纵桥向滑动，从而水平推力F1和温度应力可经桥墩500上的滑动铰支座510被转换和部分释放，直至与主缆200拉力F2相平衡，使拉压自平衡的效果更好。

在一些实施例中，吊索结构300包括沿纵桥向分布的多根吊索310，吊索310两端分别与主缆200及桥本体100侧边连接。分布的多根吊索310相较于单独的吊索310可提升对桥本体100的悬吊稳定性。优选的，多根吊索310的吊点均布于桥本体100侧边，设置方便，不会影响行人正常从桥本体100通过。

在一些实施例中，位于桥本体100同一侧的多根吊索310从桥本体100中间向两端变角度倾斜，吊索310位于横桥向的竖平面内。变角度倾斜的多根吊索310可从多个方向同时悬吊起桥本体100，悬吊效果更好。

当然，在其他一些实施例中，位于桥本体100同一侧的多根吊索310也可以以同一角度倾斜，此处不作限制。

在一些实施例中，还包括两个桥台130，分别位于桥本体100的两个端头，桥台130通过表面设置的可沿纵桥向水平滑移的滑动铰支座支撑桥本体100。桥台130对桥本体100的两端提供了竖向支撑力，使其稳定性和安全性更好；且桥本体100通过滑动铰支座设于桥台130上，提升了拉压自平衡的效果。

在一些实施例中，主缆200可采用大的垂跨比，以避免桥本体100的压力过大。

在一些实施例中，桥墩500和桥台130底部可施工灌注桩600以提升桥墩500和桥台130的结构承载力。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种自平衡悬索桥结构体系，其特征在于，包括：

桥本体，设于桥墩上；

主缆，设于所述桥本体横桥向的两侧并沿所述桥本体的纵桥向延伸，所述主缆两端分别锚固于所述桥本体纵桥向的两端部，且所述主缆朝横桥向的外侧倾斜；

吊索结构，用于将同侧的所述主缆与所述桥本体侧边连接在一起；

索塔结构，设于所述桥本体横桥向的两侧，用于与所述主缆连接以支撑所述主缆。

2.根据权利要求1所述的自平衡悬索桥结构体系，其特征在于，所述桥本体包括两端的边跨及设于两个所述边跨之间的中跨，所述中跨的竖曲线为上拱形。

3.根据权利要求2所述的自平衡悬索桥结构体系，其特征在于，所述桥墩设于所述边跨与所述中跨相连接的部位下方。

4.根据权利要求1-3任一所述的自平衡悬索桥结构体系，其特征在于，所述索塔结构包括分别设于所述桥本体横桥向两侧的索塔体，所述索塔体包括：

桅杆，所述桅杆朝横桥向外侧倾斜，且所述桅杆的底端设于桅杆支座，所述桅杆的顶部与所述主缆连接；及

背索，设于所述桅杆与所述桥本体相背的一侧，所述背索的底端设于背索支座，所述背索的顶部与所述桅杆连接。

5.根据权利要求4所述的自平衡悬索桥结构体系，其特征在于，所述桅杆支座的标高低于所述背索支座以及所述主缆锚固端的标高。

6.根据权利要求4所述的自平衡悬索桥结构体系，其特征在于，所述背索支座和所述桅杆支座皆设于所述桥墩。

7.根据权利要求1所述的自平衡悬索桥结构体系，其特征在于，所述桥墩设有多个，且其中一个所述桥墩通过表面设置的固定铰支座支撑所述桥本体，其它所述桥墩通过表面设置的可沿纵桥向水平滑移的滑动铰支座支撑所述桥本体。

8.根据权利要求7所述的自平衡悬索桥结构体系，其特征在于，还包括两个桥台，分别位于所述桥本体的两个端头，所述桥台通过表面设置的可沿纵桥向水平滑移的滑动铰支座支撑所述桥本体。

9.根据权利要求1所述的自平衡悬索桥结构体系，其特征在于，所述吊索结构包括沿纵桥向分布的多根吊索，所述吊索两端分别与所述主缆及所述桥本体侧边连接。

10.根据权利要求9所述的自平衡悬索桥结构体系，其特征在于，多根所述吊索的吊点均布于所述桥本体侧边。

11.根据权利要求9所述的自平衡悬索桥结构体系，其特征在于，位于所述桥本体同一侧的多根所述吊索从所述桥本体中间向两端变角度倾斜，所述吊索位于横桥向的竖平面内。

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