斜軸線塔內錨懸索橋的製作方法

2023-06-02 14:54:56

本實用新型屬於一種懸索橋，具體涉及了一種斜軸線塔內錨懸索橋。
背景技術：
：懸索橋結構具有受力性能好、跨越能力大、輕巧美觀、抗震能力強、結構形式多樣及對地形適應能力好等特點，在許多跨越大江大河、高山峽谷、海灣港口等交通障礙物時，往往作為首選的橋型。因此，人們也設計出了多種懸索橋結構。如中國專利申請號為201510012845.7公開了一種高扭轉剛度的懸索橋，包括主梁、索塔、主纜和吊杆，主纜為一條且位於主梁縱向中心立面，吊杆分布於主梁橫向兩側用於通過主纜懸吊主梁，使得主纜、吊杆和主梁形成橫截面為空間三角形的結構；其利用三角形的穩定性，形成一個類似於三角形箱梁結構，從根本上提高懸索橋的整體扭轉剛度和扭轉震頻，直接提高靜風下扭轉失穩的臨界風速，同時，也可以增大了扭轉震頻和垂直震頻的比例，從而提高了顫震的臨界風速，也就保證了較大跨度的懸索橋的安全性；並且，並不增加現有懸索橋的材料和成本，而實際上，主纜為一根，可增加橫截面積，並增加吊杆數量和橫截面積，進一步增加扭轉剛度。又如中國專利申請號為200920043292.1公開了一種自錨式懸索橋，包括索塔基礎、索塔、索鞍、加勁梁、主纜和吊杆，所述加勁梁中設有在空鋼管中灌注混凝土而形成的鋼管混凝土組合構件；採用鋼管混凝土加勁梁，不僅可以降低造價，而且施工方便，可以明顯加快施工進度。再如中國專利申請號為201120102496.5公開了一種橋梁結構，包括有行車道梁、橋塔、錨碇、承重主纜，其特徵是，承重主纜由一根主索和多根次索組合而成，自索塔開始，間隔一定距離將數根次索從承重主纜上分離，與車道梁連接，在承重主纜上的次索分離處設有分纜器。承重主纜由次索與主索構成，並用夾具組合在一起；分纜器具有次索從承重主纜分離形狀的內腔，並且有緊固裝置，能固定在承重主纜上；其結構能夠優化懸索橋承重主纜的應力，節約材料。但是在一般常規式的地錨式懸索橋，需要建造體積龐大的錨碇來錨固主纜，這就造成在地質情況差的地方，錨碇結構的基礎工程量非常大，往往成為工程的難點；地錨式懸索橋錨碇和錨碇基礎佔有工程造價的相當可觀部分，成為影響懸索橋結構經濟性的重要方面；在城市地區或旅遊區，修建體積龐大的錨碇，對環境美觀也會產生負面影響。技術實現要素：本實用新型的目的在於針對上述問題，提供了一種斜軸線塔內錨懸索橋。本實用新型的斜軸線塔內錨懸索橋可以省去了體積龐大的錨碇，減少了連接錨碇的主纜的計算長度，使主纜在恆載作用下應力和振幅減小；主纜繞過斜軸線索塔基礎，與原地錨懸索橋相比，減少了索塔對地基的壓力；主纜錨固在加勁梁上，由加勁梁提供軸力平衡主纜部分水平分力，從而提高懸索橋空氣動力性能，同時減少基礎水平推力，且減少投資；斜軸線索塔採用合理偏心線，在偏心力作用下不產生彎矩。本實用新型採取以下技術方案實現上述目的：一種斜軸線塔內錨懸索橋，主要由主梁、吊索、斜軸線索塔、水平杆和加勁梁組成；所述的吊索均勻布置在主纜和加勁梁之間；所述的斜軸線索塔的底部澆築有斜軸線索塔基礎，並且在斜軸線索塔基礎的底部設有轉向塊Ⅱ；在斜軸線索塔的頂部設有索鞍；所述的水平杆的一端與斜軸線索塔連接，另一端設有轉向塊Ⅰ；所述的主纜的端部依次繞過斜軸線索塔頂部的索鞍、水平杆端部的轉向塊Ⅰ、斜軸線索塔基礎底部的轉向塊Ⅱ，最終錨固在加勁梁上；所述的水平杆的安裝高度為h，即水平杆至斜軸線索塔基礎的豎直距離；所述的斜軸線索塔的高度為H，即斜軸線索塔塔頂至斜軸線索塔基礎的豎直距離：當，即水平杆位於斜軸線索塔中上部時，水平杆處於軸向受壓，在水平杆末端增設承壓輔助墩Ⅱ，並且在加勁梁錨固主纜處設置承壓輔助墩Ⅰ；所述承壓輔助墩Ⅰ、承壓輔助墩Ⅱ的底部分別澆築承壓輔助墩基礎Ⅰ、承壓輔助墩基礎Ⅱ；當，即水平杆位於斜軸線索塔中部時，水平杆處於軸向受壓，在加勁梁錨固主纜處設置承壓輔助墩Ⅰ；所述承壓輔助墩Ⅰ的底部澆築承壓輔助墩基礎Ⅰ；當，即水平杆往下略偏移斜軸線索塔中部時，水平杆受偏心力作用，將水平杆的軸線調整為斜軸線，使水平杆處於無彎矩狀態，並且在加勁梁錨固主纜處設置承壓輔助墩Ⅰ；所述承壓輔助墩Ⅰ的底部澆築承壓輔助墩基礎Ⅰ；當，即水平杆往下偏移斜軸線索塔中部較遠時，水平杆受偏心力作用，將水平杆的軸線調整為斜軸線，使水平杆處於無彎矩狀態，並且將水平杆一端與橋面以下的斜軸線索塔澆築為一個整體，成為一個雙懸臂塔，主纜的端部最終錨固在雙懸臂塔內側。在本實用新型中，作用於加勁梁上的荷載遵循以下傳力路徑：加勁梁→吊索→主纜→斜軸線索塔→水平杆→斜軸線索塔基礎→繞回加勁梁。作為本實用新型的進一步說明，在主纜端部的錨固處還設有散索鞍。作為本實用新型的進一步說明，所述的斜軸線索塔的軸線為斜線時，斜軸線索塔頂部的左右兩端面與主纜分別形成的內夾角α和β不相等，主纜以β角自由繞過斜軸線索塔的塔頂，水平杆根據β角調整長度，此時斜軸線索塔受偏心力作用不產生彎矩，合力斜向下。與傳統懸索橋不同，α角和β角的取值可不同，建議β角略小於α角，此時斜軸線索塔受偏心力作用；本橋斜軸線索塔軸線（形心線）為斜線，使斜軸線索塔在偏心作用力下只承受壓力，處於無彎矩狀態。作為本實用新型的進一步說明，所述的斜軸線索塔的軸線垂直地面時，斜軸線索塔頂部的左右兩端面與主纜分別形成的內夾角α和β相等，斜軸線索塔軸心受壓，其合力豎直向下，水平杆長度偏長。作為本實用新型的進一步說明，所述的水平杆的位置沿斜軸線索塔上下移動，當水平杆與橋面同高時，水平杆作為橋面的一部分。作為本實用新型的進一步說明，所述的水平杆採用鋼結構格構柱形式或者鋼箱或者混凝土箱型做成。採用鋼結構格構柱形式或鋼箱，可以有效的減小水平杆自重。在本實用新型中，地質狀況較好時，可直接採用淺基礎；地質狀況一般時，在斜軸線索塔底部打樁；地質狀況較差時，需做成由許多根打入或沉入土中的樁和連接樁頂的承臺所構成的基礎；在本實用新型中，主纜是這個體系的主要承重構件，主要承受拉力；吊索起連接加勁梁和主纜的作用，僅為傳遞荷載的構件，加勁梁、橋面系及活載等荷載通過吊索傳給主纜；斜軸線索塔起支撐主纜的作用，主要承受壓力；水平杆將索力傳給斜軸線索塔，斜軸線索塔將力傳至基礎。本實用新型的優點：1.本實用新型作為一種新體系懸索橋，其不需要巨大錨碇，施工方便，工期短，具有更好的經濟性。2.本實用新型的主纜錨固在加勁梁上，增加勁梁軸力，提高懸索橋抗風性能，同時減少基礎水平推力。3.本實用新型通過增設水平杆，將主纜繞過斜軸線索塔基礎，減小了斜軸線索塔地基壓力。4.由於水平杆將主纜分為上下兩部分，與傳統地錨懸索橋相比，減少了連接錨碇段主纜的計算長度，從而減小了恆載作用下主纜的應力及振幅，同時節約了背索索長。5.斜軸線索塔基礎和承壓輔助墩基礎採用明挖基礎時，可以同時開挖，施工方便，經濟性好。附圖說明圖1中本實用新型中實施例1的立面圖。圖2中本實用新型中實施例2的立面圖。圖3中本實用新型中實施例3的立面圖。圖4中本實用新型中實施例4的立面圖。圖5-圖11是本實用新型斜軸線塔內錨懸索橋的受力分析圖。附圖標記：1-主纜；2-吊索；3-斜軸線索塔；4-承壓輔助墩Ⅰ；5-水平杆；6-加勁梁；7-斜軸線索塔基礎；8-承壓輔助墩基礎Ⅰ；9-索鞍；10-轉向塊Ⅰ；11-轉向快Ⅱ；12-散索鞍；13-承壓輔助墩Ⅱ；14-承壓輔助墩基礎Ⅱ。具體實施方式結合圖5-圖11對本實用新型的力學原理進行說明：1.理想偏心線假設斜軸線索塔如圖5所示，N為軸力，Q為剪力，H0為加勁梁以上塔高，記IB為l1，DC為l2，塔面積為A。若使塔的面積保持不變，又在偏心受力下不產生彎矩，則必須滿足如下關係式：(1)由(1)式可以推出：(2)(2)式即為塔的理想偏心線。當已知塔高為H0、塔面積為A、IB為l1時，可以求出DC為：(3)將(2)式代入(3)式可以推出：(4)如圖6所示，塔任意點的寬度為2y、長度為（l1+2x），依據塔面積A不變可知：(5)將(2)式代入(5)式可以推出：(6)(6)式即為塔的寬度曲線，如圖5所示，由(6)式可知塔頂寬度為A/l1，塔底寬度為A/(l1+2H0Q/N)。綜上所述，不改變塔的面積，亦可使其在偏心力作用下不產生彎矩。2.斜軸線塔內錨懸索橋受力分析斜軸線塔內錨懸索橋受力如圖7所示，G1、G2分別為斜軸線索塔、承壓輔助墩的重力，S為主纜張力，X1為基礎水平方向所受的地基反力，Y1、Y2為基礎豎直方向所受的地基反力，h為橋面高度，H為斜軸線索塔高度，α、β、γ、ϴ為主纜與斜軸線索塔的夾角，N0為加勁梁軸力，N1為斜軸線索塔上部軸力，N2為水平杆B2B3段軸力，N3為斜軸線索塔下部軸力，N4為水平杆B3B4段軸力，N5為承壓輔助墩軸力，Q1為斜軸線索塔上部剪力，Q2水平杆剪力，Q3為斜軸線索塔下部剪力，分析如下：1).基地反力如圖7所示，由水平方向合力平衡可知:(7)由(7)式可以推出:(8)如圖7所示，由O2節點彎矩平衡可知:(9)由(9)式可以推出:(10)如圖7所示，由O1節點彎矩平衡可知:(11)由(11)式可以推出:(12)由(8)式、(10)式、(12)式可以算出基地反力。2).斜軸線索塔上部剪力和軸力如圖8所示，由水平方向合力平衡可知:(13)由(13)式可以推出:(14)如圖8所示，由豎向合力平衡可知:(15)由(15)式可以推出:(16)由(14)式、(116)式可以算出斜軸線索塔上部剪力和軸力，由剪力Q1、軸力N1按(2)式確定斜軸線索塔的理想偏心線。3).水平杆B2B3段軸力和剪力如圖9所示，由水平方向合力平衡可知:(17)由(17)式可以推出:(18)如圖9所示，由豎向合力平衡可知:(19)由(19)式可以推出:(20)由(18)式、(20)式可以算出水平杆B2B3段軸力和剪力，由剪力Q2、軸力N2按(2)式確定水平杆B2B3段的理想偏心線。4).水平杆B3B4段軸力和承壓輔助墩軸力如圖10所示，由水平方向合力平衡可知:(21)如圖10所示，由豎向合力平衡可知:(22)由(21)式、(22)式可以算出水平杆B3B4段軸力和承壓輔助墩軸力。5).斜軸線索塔下部剪力和軸力如圖11所示，由豎向合力平衡可知:(23)將(16)式代入(23)式可知：(24)如圖11所示，由水平方向合力平衡可知:(25)將(18)式、(21)式代入(25)式可知：(26)由(24)式、(26)式可以算出斜軸線索塔下部剪力和軸力。綜合上所述，計算模型存在五個待定參數和十一個基本未知量,即β、γ、ϴ、α、N0和X1、Y1、Y2、N1、N2、N3、N4、N5、Q1、Q2、Q3，當待定參數根據設計需求確定後，即可通過上述關係式求出十一個基本未知量。下面結合附圖和實施例對本實用新型的結構設計進一步詳細說明。實施例1：本實施例的斜軸線塔內錨懸索橋的跨度布置均與潤揚長江大橋相同。如圖1所示，一種斜軸線塔內錨懸索橋，主要由主梁1、吊索2、斜軸線索塔3、水平杆5和加勁梁6組成；所述的吊索2均勻布置在主纜1和加勁梁6之間；所述的斜軸線索塔3的底部澆築有斜軸線索塔基礎7，並且在斜軸線索塔基礎7的底部設有轉向塊Ⅱ11；在斜軸線索塔3的頂部設有索鞍9；所述的水平杆5的一端與斜軸線索塔3連接，另一端設有轉向塊Ⅰ10；所述的主纜1的端部依次繞過斜軸線索塔3頂部的索鞍9、水平杆5端部的轉向塊Ⅰ10、斜軸線索塔基礎7底部的轉向塊Ⅱ11，最終錨固在加勁梁6上；水平杆5位於斜軸線索塔3中上部時，水平杆3處於軸向受壓，在水平杆5末端增設承壓輔助墩Ⅱ13，並且在加勁梁6錨固主纜1處設置承壓輔助墩Ⅰ4；所述承壓輔助墩Ⅰ4、承壓輔助墩Ⅱ13的底部分別澆築承壓輔助墩基礎Ⅰ8、承壓輔助墩基礎Ⅱ14。在主纜1端部的錨固處設有散索鞍12。水平杆5與橋面同高。β取為45°、γ取為45°、ϴ取為50°、α取為60°、N0取為主纜張力的一半，斜軸線索塔、水平杆均採用鋼箱結構，加勁梁採用鋼結構。若採用常規設計，需設置巨大的錨碇及深基礎，經計算，與潤揚長江大橋相比，省去了錨碇，此費用即省去2.8億元。斜軸線塔內錨懸索橋由於增設輔助墩、水平杆，此費用為0.5億。因此，與潤揚長江大橋普通地錨橋懸索橋相比，斜軸線塔內錨懸索橋一共省了2.3億。同時斜軸線塔內錨懸索橋索塔軸力減小45%，索塔側向剛度提高15.3%，工期減少11個月。實施例2：本實施例的斜軸線塔內錨懸索橋的跨度布置均與五峰山長江大橋相同。如圖2所示，一種斜軸線塔內錨懸索橋，主要由主梁1、吊索2、斜軸線索塔3、水平杆5和加勁梁6組成；所述的吊索2均勻布置在主纜1和加勁梁6之間；所述的斜軸線索塔3的底部澆築有斜軸線索塔基礎7，並且在斜軸線索塔基礎7的底部設有轉向塊Ⅱ11；在斜軸線索塔3的頂部設有索鞍9；所述的水平杆5的一端與斜軸線索塔3連接，另一端設有轉向塊Ⅰ10；所述的主纜1的端部依次繞過斜軸線索塔3頂部的索鞍9、水平杆5端部的轉向塊Ⅰ10、斜軸線索塔基礎7底部的轉向塊Ⅱ11，最終錨固在加勁梁6上；水平杆5位於斜軸線索塔3中部時，水平杆3處於軸向受壓，在加勁梁6錨固主纜1處設置承壓輔助墩Ⅰ4；所述承壓輔助墩Ⅰ4的底部澆築承壓輔助墩基礎Ⅰ8。在主纜1端部的錨固處設有散索鞍12。水平杆5與橋面同高。β取為45°、γ取為45°、ϴ取為50°、α取為60°、N0取為主纜張力的一半，斜軸線索塔、水平杆均採用混凝吐箱型結構，加勁梁採用鋼結構。若採用常規設計，需設置巨大的錨碇及深基礎，經計算，與五峰山長江大橋相比，增設水平杆、輔助墩、省去了錨碇，斜軸線塔內錨懸索橋省去1.8億，索塔軸力減小35%，索塔側向剛度提高20.5%，基坑開挖深度降低25m，工期減少10個月。實施例3：本實施例的斜軸線塔內錨懸索橋的跨度布置均與南京長江四橋相同。如圖3所示，一種斜軸線塔內錨懸索橋，主要由主梁1、吊索2、斜軸線索塔3、水平杆5和加勁梁6組成；所述的吊索2均勻布置在主纜1和加勁梁6之間；所述的斜軸線索塔3的底部澆築有斜軸線索塔基礎7，並且在斜軸線索塔基礎7的底部設有轉向塊Ⅱ11；在斜軸線索塔3的頂部設有索鞍9；所述的水平杆5的一端與斜軸線索塔3連接，另一端設有轉向塊Ⅰ10；所述的主纜1的端部依次繞過斜軸線索塔3頂部的索鞍9、水平杆5端部的轉向塊Ⅰ10、斜軸線索塔基礎7底部的轉向塊Ⅱ11，最終錨固在加勁梁6上；水平杆5往下略偏移斜軸線索塔3中部時，水平杆5受偏心力作用，將水平杆5的軸線調整為斜軸線，使水平杆5處於無彎矩狀態，並且在加勁梁6錨固主纜1處設置承壓輔助墩Ⅰ4；所述承壓輔助墩Ⅰ4的底部澆築承壓輔助墩基礎Ⅰ8。在主纜1端部的錨固處設有散索鞍12。水平杆5與橋面同高。β取為45°、γ取為45°、ϴ取為50°、α取為60°、N0取為主纜張力的一半，斜軸線索塔、水平杆均採用鋼結構格構柱形式，加勁梁採用鋼結構。若採用常規設計，需設置巨大的錨碇及深基礎，經計算，與南京長江四橋相比，省去了錨碇，此費用即省去4.5億元。斜軸線塔內錨懸索橋由於增設輔助墩、水平杆，此費用為1.8億。因此，與潤揚長江大普通地錨橋懸索橋相比，斜軸線塔內錨懸索橋一共省了2.7億。同時斜軸線塔內錨懸索橋索塔軸力減小38.6%，索塔側向剛度提高25.6%，工期減少16個月。實施例4：如圖4所示，一種斜軸線塔內錨懸索橋，主要由主梁1、吊索2、斜軸線索塔3、水平杆5和加勁梁6組成；所述的吊索2均勻布置在主纜1和加勁梁6之間；所述的斜軸線索塔3的底部澆築有斜軸線索塔基礎7，並且在斜軸線索塔基礎7的底部設有轉向塊Ⅱ11；在斜軸線索塔3的頂部設有索鞍9；所述的水平杆5的一端與斜軸線索塔3連接，另一端設有轉向塊Ⅰ10；所述的主纜1的端部依次繞過斜軸線索塔3頂部的索鞍9、水平杆5端部的轉向塊Ⅰ10、斜軸線索塔基礎7底部的轉向塊Ⅱ11，最終錨固在加勁梁6上；水平杆（5）往下偏移斜軸線索塔（3）中部較遠時，水平杆（5）受偏心力作用，將水平杆（5）的軸線調整為斜軸線，使水平杆（5）處於無彎矩狀態，並且將水平杆（5）一端與橋面以下的斜軸線索塔（3）澆築為一個整體，成為一個雙懸臂塔，主纜（1）的端部最終錨固在雙懸臂塔內側。實施例1～3技術參數對比表費用節省（億元）索塔軸力減(%)索塔側向剛度（%）工期縮短（月）實施實例12.34513.314實施實例21.83520.510實施實例32.736.625.616當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp