斜拉桥菱形截面分肢单柱式索塔制造技术

本发明专利技术提供一种斜拉桥菱形截面分肢单柱式索塔，涉及土木工程技术领域，包括上塔柱、分肢中塔柱、分肢下塔柱、下横梁以及塔底梁，上塔柱的顶面为菱形，上塔柱的截面为带倒角的菱形，且截面尺寸连续变化，所述上塔柱共形成八个外侧面，八个外侧面固定斜度，所述分肢中塔柱、分肢下塔柱均为中空结构，下横梁设置在对应桥面主梁的位置，塔底梁设置在船撞范围内。结构具有“抗撞、抗风、抗震”等综合优势；上塔柱独特的弓形塔壁表现出拱式结构的工作特征，根本改变了索塔的受力方式，极大提高了塔柱的安全性和耐久性；分肢中、下塔柱进一步提高了单柱式索塔的通透感，同时创造了桥梁养护、应急、拓宽的结构条件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及土木工程
，尤其涉及一种斜拉桥菱形截面分肢单柱式索塔。
技术介绍
斜拉桥主跨超过700m，采用钢结构主梁具有明显技术经济优势时，可归为超大跨 径斜拉桥。目前，超大跨径斜拉桥技术呈加速发展的趋势，但总体看，跨径发展趋势较为明 显，支撑技术发展相对滞后。塔、梁、索三大结构中，对功能、体系、造型起控制作用的索塔结 构型式较为单调，H式、倒Y式、花瓶式或宝塔式的双肢索塔以其直观刚度大，适应整体梁设 置的特点，一直占据着统治地位。 同时，超大跨径斜拉桥采用传统双肢索塔还存以下问题：①船撞条件下，计算表明 双肢索塔基本以半边结构承受全部撞击，为保证结构安全，必须增加塔肢材料用量；②超大 跨径斜拉桥风敏感性增强，传统双肢索塔的巨大体量及矩形截面导致为克服风阻效用，必 须增加结构材料用量；③超大跨径斜拉桥一般高跨比较小，双肢索塔往往更凸显出结构矮 胖、短腿、比例失常，造型不佳的缺陷。 2008年建成的昂船洲大桥、2010年建成的上海长江大桥采用了单柱式索塔，其简 洁刚劲的特征，以体现了超大跨径斜拉桥建造的新思路。但由于缺少系统的研宄，单柱式索 塔的安全性、稳定性、抗风性、抗震性、抗撞性、占用桥面空间、影响桥梁造价的问题，目前仍 未得到明确的回答。
技术实现思路
针对上述国内外超大跨径斜拉桥存在的支撑技术发展滞后，双肢索塔型式单调、 用材加大且景观不佳，而单柱式索塔技术优势模糊等问题，本专利技术提供一种斜拉桥菱形截 面分肢单柱式索塔。提高了大尺度单柱式索塔的通透感，创造了桥梁养护、应急、拓宽的结 构条件。索塔及其基础使用材料减少约20%，施工和养护难度大幅度降低。超大跨径斜拉 桥应用菱形截面分肢单柱式索塔，工程造价较常规桥梁方案降低约6%。 本专利技术所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现： -种斜拉桥菱形截面分肢单柱式索塔，其特征在于：包括上塔柱、分肢中塔柱、分 肢下塔柱、下横梁以及塔底梁，所述分肢中塔柱上端连接上塔柱，下端连接分肢下塔柱，所 述上塔柱的的顶面为菱形，所述上塔柱的截面为带倒角的菱形，且截面尺寸连续变化，所述 上塔柱共形成八个外侧面，八个外侧面固定斜度，所述分肢中塔柱、分肢下塔柱均为中空结 构，所述下横梁设置在对应桥面主梁的位置，所述塔底梁设置在船撞范围内。 所述上塔柱设有带倒角的矩形内空腔，矩形内空腔与菱形截面使上塔柱形成纵桥 向相互支撑的弓形塔壁。 所述的纵桥向相互支撑的弓形塔壁内设置有回转式拉索，在回转式拉索作用下， 表现出拱式结构工作特征。 所述分肢中塔柱与分肢下塔柱分别由左右对称的两部分分肢构成。 本专利技术的有益效果是： 菱形截面分肢单柱式索塔，创造了一种全新的单柱式索塔结构型式，更加适应超 大跨径斜拉桥的特殊技术需求； 单柱式索塔可整体承受撞击力，故同一安全水平下，索塔用材减少20 %左右，分肢 单柱式索塔对应船撞区设塔底梁，保持了常规单柱式索塔的整体抗撞性能； 索塔上塔柱采用菱形截面，中、下塔柱采用分肢型式，在形状、比例上具有优良的 气动特性，塔体纵、横向风阻减少50%左右，有效提尚了结构的抗风性能； 索塔中、下塔柱采用分肢型式，进一步提高了结构的抗震性能，塔、粧抗震计算配 筋均控制在1%的理想范围，打破了单柱式索塔抗震能力不强的惯性思维； 对分肢单柱式索塔的稳定这一关键问题，提出以基本理论计算结构稳定的观点， 解决了现行规范的稳定验算方法在大型、复杂结构桥梁上存在的不适用问题； 上塔柱两弓形塔壁内设置有回转式拉索，使其在拉索的环绕作用下，表现出拱式 结构工作特征，受力方式发生了根本性变化，安全、耐久性得以极大提高； 上塔柱拉索的通过和锚固均在弓形塔壁中进行，塔壁上取消了齿块、锚梁、锚箱等 传统复杂锚索构造，施工和养护的难度、材料和费用的使用均大幅降低； 中、下塔柱采用分肢型式，桥面中部通行空间全桥贯通，可方便地加装出养护、应 急、人行、汽车或轻轨等通道，实现桥梁使用功能和桥位资源利用的升级； 超大跨径斜拉桥采用单柱式索塔，具有更好的比例适应性；超大跨径斜拉桥常设 于海湾、海峡、港区，单柱式索塔独有的桅杆、风帆造形具有更好的环境融合性；菱形截面分 肢单柱式索塔不仅保证了上述优势的实现，而且进一步解决了大尺度单柱式索塔的近距离 通透感不佳问题。【附图说明】 图1为索塔的结构示意图； 图2为上塔柱的截面不意图； 图3为塔、梁交点构造示意图； 图4为梁、索连接构造示意图。【具体实施方式】 为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结 合具体实施例和附图，进一步阐述本专利技术，但下述实施例仅仅为本专利技术的优选实施例，并非 全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得 其它实施例，都属于本专利技术的保护范围。 如图1、图2所示，一种斜拉桥菱形截面分肢单柱式索塔，包括上塔柱2、分肢中塔 柱3、分肢下塔柱4、下横梁5以及塔底梁6,分肢中塔柱3上端连接上塔柱2,下端连接分肢 下塔柱4,上塔柱2的的顶面1为菱形，上塔柱2的中段截面为带倒角的菱形，且截面尺寸由 上至下连续变大，上塔柱2共形成八个外侧面8,八个外侧面8固定斜度，分肢中塔柱3、分 肢下塔柱4均为中空结构，下横梁5设置在对应桥面主梁的位置，塔底梁6设置在船撞范围 内。 上塔柱2设有带倒角的矩形内空腔10,矩形内空腔10与菱形截面使上塔柱2形成 纵桥向相互支撑的弓形塔壁9 ;纵桥向相互支撑的弓形塔壁9内设置有回转式拉索7,在回 转式拉索7作用下，表现出拱式结构工作特征。上塔柱两弓形塔壁9内，设置回转式拉索7 绕过塔柱并夹持于弓形塔壁9,使弓形塔壁9产生以压为主的受力状态，与拱式结构相同。 分肢中塔柱3与分肢下塔柱4分别由左右对称的两部分分肢构成。 菱形截面分肢单柱式索塔以四个固定斜度的纵、横向外侧面构建的实体为基础， 另用四个固定斜度的对角向外侧面切割实体边角，形成截面由下部矩形连续变化至上部菱 形的八棱体。 分肢中塔柱3、分肢下塔柱4,以及下横梁5和塔底梁6也均设带倒角的矩形内空 腔，索塔内部空腔连通，形成系统。 应用时，超大跨径斜拉桥为五跨连续结构，设计应用菱形截面分肢单柱式索塔，并 以其为主体，构建全桥结构体系。 参见图3,主梁15采用分体钢箱梁，分别从索塔两边绕过，单体钢箱梁16用横梁 17连接，塔、梁间竖向无直接连接，形成全漂浮体系，以充分适应单柱式索塔特点。 参见图4,拉索7则采用四索面型式，分别锚固于单体钢箱梁16两侧，以优化宽主 梁15的纵、横向受力。 验证时，超大跨径斜拉桥，应用菱形截面分肢单柱式索塔，提出技术实施的效果验 证指标： ①整体受力，相同安全水平下，索塔及其基础材料用量减少约20%。 ②索塔的上塔柱呈流线形，中、下塔柱长宽比加大，风阻减少约50% : 柱式塔风阻系数对比表： ③上塔柱弓形塔壁在回转式拉索作用下受压均匀，最大压应力7Mpa，状态理想。 ④四索支承的主梁，较双索面支承的分体钢箱梁，纵向最大应力保持为IOOMpa 时，横向最大应力由IOOMpa左右降低至50Mpa以下，顶板剪应力大幅降低。以此优化设计， 横梁设置改用两倍拉索间距，分体钢箱主梁较常规整体钢箱梁，重量增加由20 %降低至约 6% 〇 ⑤超大跨径斜拉桥，应用菱形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种斜拉桥菱形截面分肢单柱式索塔，其特征在于：包括上塔柱、分肢中塔柱、分肢下塔柱、下横梁以及塔底梁，所述分肢中塔柱上端连接上塔柱，下端连接分肢下塔柱，所述上塔柱的的顶面为菱形，所述上塔柱的截面为带倒角的菱形，且截面尺寸连续变化，所述上塔柱共形成八个外侧面，八个外侧面固定斜度，所述分肢中塔柱、分肢下塔柱均为中空结构，所述下横梁设置在对应桥面主梁的位置，所述塔底梁设置在船撞范围内。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡可，杨晓光，徐宏光，梅应华，王胜斌，席进，吴平平，窦巍，魏民，郭庆超，
申请(专利权)人：安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34