空间桁架悬索桥制造技术

本发明专利技术公开了一种空间桁架悬索桥，主要由主缆（1）、桥塔（2）、主梁（3）和吊杆（6）组成；其中：主缆（1）和主梁（3）间增加若干个倒V结构，倒V型结构主要由两根刚性斜杆（4）组成，刚性斜杆（4）与主梁（3）的夹角Ɵ为30°～60°，使倒V结构分别与主缆段、主梁段构成若干个连续的三角形结构；亦可看作是以主缆为上弦杆、主梁为下弦杆、倒V结构为腹杆并带柔性吊杆的桁式结构。此外，在两侧刚性斜杆（4）与主缆（1）的连接点之间还分别设有主缆横联（5）。本发明专利技术可避免涡激振动带来破坏的风险，并且新增用钢量不多，能大幅度减少塔顶不平衡力并提高整体刚度，可有效解决悬索桥“跷跷板”效应及柔性问题，其它力学性能也有所改善。

【技术实现步骤摘要】
空间桁架悬索桥
本专利技术属于悬索结构，具体涉及了一种空间桁架悬索桥。
技术介绍
悬索桥是目前跨度超过1000m时最优可选桥型之一，并且认为在600m以上的跨度同其它桥型相比也具有很强竞争力。随着世界经济建设的发展，交通运输在国民经济中的地位和作用日益重要。洲际之间、海峡两岸和陆岛之间迫切需要修建大跨度、特大跨度或超长跨度桥梁。可以说，悬索桥在未来的大跨度桥梁建设中具有极大的优越性，从学术研究来说，大跨度悬索桥的研究是当前桥梁学科中最重要与最活跃的领域之一。悬索桥是以悬索为主要承重结构的桥梁类型，主要由主缆、桥塔、主梁和吊杆组成。构造简单，受力明确。荷载作用在主梁上，通过吊杆传递到主缆，再经由桥塔和锚碇最终传递到基础。悬索桥是一种很古老的桥型，早在远古时期，人类就已经学会用藤、竹等材料做简易的吊桥,这种利用拉索支撑建造的人行小桥,也就是现在常说的悬索桥雏形。近现代悬索桥起源于西方国家，1883年建成的跨越纽约东河的BrooklynBridge,被大家公认为世界上第一座现代悬索桥，该桥全长1825m，主跨448m，建成之后被称为“世界第八大奇迹”。纽约GeorgeWashingtonBridge被认为是世界上第一座真正意义上的大跨悬索桥，分跨186m+1067m+198m。如今国外已建成的许多超大跨径的悬索桥中比较著名的有：1937年美国修建的金门大桥主跨1280m；1964年美国修建的维拉扎诺桥，主跨1298m；1998年丹麦修建的大贝尔特桥，主跨1624m；1998年日本修建的明石海峡大桥，跨径达1991m，是目前世界跨径最大的悬索桥。中国悬索桥已有2000余年的历史,远在公元前250年的四川省就有李冰所建的人行“笮桥”,在汉宣帝甘露四年已建成长百米的铁索桥,唐、宋年间更有著名的都江堰安澜桥。但是我国现代悬索桥的建造起步较迟，在上世纪90年代以前,虽然修建几十座悬索桥,但跨度小、宽度窄、荷载标准低。20世纪90年代后中国现代悬索桥有了很快的发展,建成了许多大跨度各有特色的悬索桥。汕头海湾桥是我国第一座现代化的悬索桥，是一座三跨双铰预应力混凝土箱梁悬索桥，跨度为154m+452m+154m；香港青马大桥是世界上最大跨径的公铁两用桥,双层桥面中上层是6车道公路，下层是双轨轻轨铁路与避风用的双向各单车汽车道，主跨为1377m；建成于2009年的国内最大跨、世界第二大跨悬索桥——西堠门大桥，跨度已达1650m；除此之外，我国还建有主跨为1490m的润扬长江大桥以及主跨1385m的江阴长江大桥。这些悬索桥的建成，表明我国建造悬索桥的技术已位于世界前列。悬索桥结构具有受力性能好、能最大限度发挥材料强度、跨越能力大、轻巧美观、抗震能力强、结构形式多样及对地形适应能力好等特点，悬索桥因其极强的跨越能力,在跨越大江大河、高山峡谷、海湾港口等交通障碍物时，往往作为首选桥型。现代悬索桥跨度的不断增大与材料科学的进步密不可分。随着工业技术的发展，出现了许多性能优异的新型材料,如纤维增强聚合物复合材料，这类材料强度高、重量轻，如其中的碳纤维增强树脂强度达到3000Mpa，而重量仅为钢材的1/5。这类高强材料如果用到大跨度悬索桥上，由于其自身重量小，重力刚度小，只有通过增加主梁和桥面系的重量，才能使得悬索桥达到一定的刚度，高强材料很难发挥作用，因此需要研究新型的结构体系，充分发挥材料的抗拉性能，而不仅仅是靠重力刚度。由此可知，寻找途径突破悬索桥的现有结构体系，再把高强材料应用在悬索桥上，将有望进一步增大悬索桥跨度并使其获得更好的力学性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于减小悬索桥塔顶不平衡力并解决悬索桥刚度太差的问题，提出了一种空间桁架悬索桥。解决方案基于三角形结构稳定性及桁式结构变形小的原理。本专利技术新增用钢量不多，能大幅度减少塔顶不平衡力并提高整体刚度，可有效解决悬索桥“跷跷板”效应及柔性问题，其它力学性能也有所改善。为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种空间桁架悬索桥，主要由主缆、桥塔、主梁和吊杆组成；其中：在主缆和主梁间增加若干个倒V结构，倒V型结构主要由两根刚性斜杆组成，刚性斜杆与主梁的夹角θ为30°～60°，使倒V结构分别与主缆段、主梁段构成若干个连续的三角形结构；在空间桁架悬索桥两侧的刚性斜杆与主缆的连接点之间还分别设有主缆横联。本专利技术亦可看作是由主缆为上弦杆、主梁为下弦杆、倒V结构为腹杆并带柔性吊杆的桁式结构。主缆横联的设置既能提高结构的侧向刚度，又能大幅度提高其抗扭刚度，可使结构避免因扁平钢箱抗扭刚度不足而造成涡激振动带来破坏的风险。本专利技术的空间桁架悬索桥完全保留了原悬索桥承载力高的优点，在新增材料很少的情况下，可大幅度减少塔顶不平衡力并提高整体刚度，亦能有效解决悬索桥“跷跷板”效应及柔性问题，其它力学性能也有所改善。在本专利技术中，作用于桥面系上的荷载遵循以下传力路径：主梁→吊杆/刚性斜杆/主缆横联→主缆→桥塔/锚碇→基础。本专利技术进一步说明，当空间桁架悬索桥的边跨在100m～500m时，在主缆与主梁的两侧分别设置的倒V型结构均为3～5个；当空间桁架悬索桥的主跨在500m～1000m时，在主缆与主梁的两侧分别设置的倒V型结构均为5～9个；当空间桁架悬索桥的主跨在1000m～1500m时，在主缆与主梁的两侧分别设置的倒V型结构均为9～15个；当空间桁架悬索桥的主跨在1500m～2000m时，在主缆与主梁的两侧分别设置的倒V型结构均为15～19个；当空间桁架悬索桥的主跨在2000m以上时，在主缆与主梁的两侧分别设置的倒V型结构均为19个以上。本专利技术进一步说明，所述的倒V型结构从跨中向两边连续对称布置，具体为两两相邻的倒V型结构件的底部相连接且全桥贯通。本专利技术进一步说明，所述的三角形结构应用于多塔悬索桥。或者应用于地锚式悬索桥或自锚式悬索桥。或者应用于单层桥面悬索桥或多层桥面悬索桥。即是说在多塔悬索桥、地锚式悬索桥、自锚式悬索桥、单层桥面悬索桥或多层桥面悬索桥中，均可以进行相应的空间桁架结构设置。本专利技术进一步说明，所述的主缆横联形状为一字型、横置K型或者米字型。本专利技术进一步说明，所述的倒V型结构件的腰部设置横联；所述的横联的形状为一字型、横置K型或者米字型。本专利技术进一步说明，所述的主梁采用桁架梁或流线型扁平钢箱；所述的桥塔为钢结构、混凝土结构或者钢混组合结构；所述的主缆和吊杆均采用钢绞线；所述的刚性斜杆、主缆横联为钢结构。本专利技术进一步说明，所述的吊杆竖直布置或者在顺桥向呈三角形布置；所述的吊杆为柔性吊杆或刚性吊杆。本专利技术的优点：1.减小塔顶不平衡力及最大偏位。新增倒V结构对主缆和主梁有良好约束作用，使空间桁架悬索桥的塔顶不平衡力和偏位大幅减小。2.提高结构刚度。在原悬索桥的主梁与每根主缆间增设若干个倒V型结构，使其与梁段和主缆索段构成若干个三角形结构，从而对主梁和主缆进行有效约束，提高结构的整体刚度。3.动力性能好。空间桁架悬索桥可有效提高面内基频。4.吊杆疲劳性能改善。空间桁架悬索桥新增刚性斜杆，其主要用于承担移动荷载和其他荷载，可减小吊杆在活载作用下的疲劳特性。5.消除“跷跷板”效应。空间桁架悬索桥受力合理，可消除在半跨荷载作用下的“跷跷板”效应。6.施工方便，施工工艺成熟。7.本专利技术可用于提高已建悬本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间桁架悬索桥，主要由主缆（1）、桥塔（2）、主梁（3）和吊杆（6）组成；其特征在于：在主缆（1）和主梁（3）间增加若干个倒V结构，倒V型结构主要由两根刚性斜杆（4）组成，刚性斜杆（4）与主梁（3）的夹角Ɵ为30°～60°，使倒V结构分别与主缆段、主梁段构成若干个连续的三角形结构；亦可看作是以主缆为上弦杆、主梁为下弦杆、倒V结构为腹杆并带柔性吊杆的桁式结构；此外，在两侧刚性斜杆（4）与主缆（1）的连接点之间还分别设有主缆横联（5）。

【技术特征摘要】
1.一种空间桁架悬索桥，主要由主缆（1）、桥塔（2）、主梁（3）和吊杆（6）组成；其特征在于：在主缆（1）和主梁（3）间增加若干个倒V结构，倒V型结构主要由两根刚性斜杆（4）组成，刚性斜杆（4）与主梁（3）的夹角Ɵ为30°～60°，使倒V结构分别与主缆段、主梁段构成若干个连续的三角形结构；亦可看作是以主缆为上弦杆、主梁为下弦杆、倒V结构为腹杆并带柔性吊杆的桁式结构；此外，在两侧刚性斜杆（4）与主缆（1）的连接点之间还分别设有主缆横联（5）。2.根据权利要求1所述的空间桁架悬索桥，其特征在于：当空间桁架悬索桥的边跨在100m～500m时，在主缆（1）与主梁（3）的两侧分别设置的倒V型结构均为3～5个；当空间桁架悬索桥的主跨在500m～1000m时，在主缆（1）与主梁（3）的两侧分别设置的倒V型结构均为5～9个；当空间桁架悬索桥的主跨在1000m～1500m时，在主缆（1）与主梁（3）的两侧分别设置的倒V型结构均为9～15个；当空间桁架悬索桥的主跨在1500m～2000m时，在主缆（1）与主梁（3）的两侧分别设置的倒V型结构均为15～19个；当空间桁架悬索桥的主跨在2000m以上时，在主缆（1）与主梁（3）的两侧分别设置的倒V型结构均为19个以上。3.根据权利要求1所述的空...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢肖礼，欧阳平，邓俨峰，覃霞，黄扬，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西,45