承受较大横桥向风荷载的空间三维缆索体系地锚式悬索桥制造技术

本实用新型专利技术公开了一种承受较大横桥向风荷载的空间三维缆索体系地锚式悬索桥，包括主梁和在主梁两端对称设置的桥塔，以及横跨主梁和桥塔并通过锚碇固定一对主缆，主缆包括桥塔间的中跨主缆和两岸的边跨主缆，桥塔以主梁的中心线对称设置，每个桥塔位于主梁中心线与主梁侧面间，桥塔与锚碇之间的一对边跨主缆在水平面上呈喇叭形形状，中跨主缆通过索夹安装有多根吊索，吊索另一端固定在主梁两侧的吊索吊点上，在吊索内力增加不多的情况下，空间三维缆索体系悬索桥的主缆和主梁的连接更加紧密，振动更加一致，主缆、吊索对主梁约束更强，结构具有更好的空间整体性能，横桥向刚度、扭转刚度得到显著提高，大大提高了整个桥梁的空间刚度和抗风稳定性。

【技术实现步骤摘要】
承受较大横桥向风荷载的空间三维缆索体系地锚式悬索桥
本技术涉及桥梁悬索桥桥型设计领域，具体涉及一种承受较大横桥向风荷载的空间三维缆索体系地锚式悬索桥。
技术介绍
随着材料科学和施工技术的快速发展，以及日益增长的交通需求，加速了悬索桥的长大化发展进程。随着悬索桥跨径增大，桥梁的宽跨比、横桥向刚度、扭转刚度和结构阻尼不断减小，自振频率降低，这将导致桥梁结构在静风作用下变形增大，风荷载作用下结构承载能力、抗风静力稳定性和抗风动力稳定性均难以解决。而这类超大跨径桥梁多建于开阔峡谷和海面等风速较高，甚至是台风频发地区，这就对超大跨悬索桥的抗风能力提出更高要求。而我国现在已建成的超大跨径地锚式悬索桥均为平面二维缆索体系，均是通过改变梁体断面形状、增加梁体宽度、增加抗风索等增大结构的抗风能力，这往往会加大梁体设计难度、桥面宽度增加过多、影响结构美观且造价增加较多，且在横桥向风力作用下，结构横桥向位移较大，极大的影响了行车舒适性。以往由于空间三维缆索体系悬索桥较平面二维缆索体系悬索桥受力复杂，难以施工、应用极少，少量的工程实践基本均为跨径低于450m且空间性不强的自锚式独塔空间三维缆索体系悬索桥，而宽跨比较小，空间性较强的大跨径空间三维缆索体系地锚式悬索桥则从未设计。如图1～2所示目前的特大桥主跨跨径800m，主跨跨径较大，属于特大跨径范畴，桥面布置仅为双向四车道，而非特大桥常规设计的双向八车道，桥面较窄，桥面宽度一般为30～45m，桥梁宽跨比较小，这就导致桥梁横桥向刚度较小，进而在风荷载下，结构受力较大，横桥向位移也较大的难题。
技术实现思路
本技术针对现有超大跨径悬索桥结构形式普遍存在桥面宽跨比较小、桥梁横桥向刚度不足，横桥向风荷载作用下，桥梁结构横桥向受力不足，且横桥向位移较大，严重影响行车舒适性的难题，为了在不增加桥面宽度、不设置影响桥梁景观的抗风索、且造价增加较少的前提下，能够大大提高结构的横桥向刚度，从而满足结构承受横桥向风荷载的受力要求，提供了一种承受较大横桥向风荷载的空间三维缆索体系地锚式悬索桥；在解决了横桥向抗风难题的同时，桥梁在横桥向地震作用下的结构受力和结构位移也大为减小。其适应超大跨径、桥面较窄、桥面宽跨比小于传统正常值范畴，桥梁横桥向刚度相对较小，横桥向抗风能力较差，并同时承受较大风荷载的悬索桥。为实现上述目的，本技术所设计一种承受较大横桥向风荷载的空间三维缆索体系地锚式悬索桥，它包括主梁和在主梁两端对称设置的桥塔，以及横跨主梁和桥塔并通过锚碇固定一对主缆，所述主缆包括桥塔间的中跨主缆和两岸的边跨主缆，所述桥塔以主梁的中心线对称设置，且每个桥塔位于主梁中心线与主梁侧面间，所述桥塔与锚碇之间的一对边跨主缆在水平面上呈喇叭形形状，所述中跨主缆通过索夹安装有多根吊索，所述吊索另一端固定在主梁两侧的吊索吊点上，一对中跨主缆在水平面上呈鱼肚型形状。进一步地，所述主梁的宽度为10.0m～25.0m，所述主梁的宽度为传统悬索桥桥梁主梁宽度1/2～1/3。再进一步地，所述中跨主缆和两岸的边跨主缆在竖直面上呈悬链线形状，所述主缆的矢跨比为1/12～1/9。再进一步地，所述锚碇在水平面上呈喇叭形形状。再进一步地，所述吊索为球铰吊索，它包括通过索夹安装在中跨主缆上的悬吊端吊槽，所述悬吊端吊槽内设置有球铰卡槽，所述球铰卡槽内设置有球铰，所述球铰端部设置有圆柱形耳板，所述圆柱形耳板外壁上套有锚杯，所述锚杯的另一端内壁上插入有套筒，所述套筒内插入有护套，且护套另一端伸出套筒，所述锚杯、套筒和护套中空内填充有吊索钢丝。再进一步地，所述悬吊端吊槽呈倒U型，且开口端设置有环形卡口，所述球铰卡槽由两半的卡槽组成；所述球铰卡槽顶部设置有与悬吊端吊槽配合的卡板。再进一步地，所述球铰卡槽与球铰接触面铺设有DU复合层。再进一步地，所述套筒的端部外壁上设置有环形固定板，所述环形固定板与锚杯接触面设置有O形密封圈。再进一步地，所述护套伸入套筒的环形固定板处，所述套筒的另一端开口处内壁向外倾斜形成倾斜口，所述套筒和护套接触面铺设有填料层。再进一步地，所述倾斜口与护套之间插入有密封压环，所述填料层和密封压环之间设置有密封胶圈。本技术的有益效果：与同样跨度、同样桥宽的仅在竖直平面内形成平面体系的二维缆索体系悬索桥相比，在吊索内力增加不多的情况下，空间三维缆索体系悬索桥的主缆和主梁的连接更加紧密，振动更加一致，主缆、吊索对主梁约束更强，结构具有更好的空间整体性能，横桥向刚度、扭转刚度得到显著提高，从而大大提高了整个桥梁的空间刚度和抗风稳定性。同时在横桥向风荷载及横桥向地震作用下，结构横桥向位移大大减小，大大提高了行车舒适性并大大减小了结构的疲劳应力幅。因此，采用空间三维缆索体系悬索桥跨越江河海峡，可在一定程度上提高结构的刚度，改善风静动力稳定性，改善结构行车舒适度和抗疲劳能力，有利于悬索桥结构向长大化方向发展。本技术使用的球铰吊索适用于空间缆索体系结构，使用球铰吊索体系，使得空间缆索体系在施工阶段无需再严格控制吊索体系受力线必须严格控制在面内，施工控制繁琐程序大大减少，由此大大节约了施工工期和施工费用。且结构由于受到横向风荷载和地震荷载，产生较大的面外位移时，吊索体系受力更优，不会产生较大的面外弯矩，从而提高了吊索系统的受力性能。附图说明图1为传统特大桥的竖直平面的示意图；图2为传统特大桥的水平平面的示意图；图3为空间三维缆索体系地锚式悬索桥的竖直平面的示意图；图4为空间三维缆索体系地锚式悬索桥的水平平面的示意图；图5为桥梁的细节图；图6为球铰吊索安装在主缆上的示意图；图7为球铰吊索的示意图；图中，主梁1、吊索吊点1.1、桥塔2、锚碇3、主缆4、中跨主缆4.1、边跨主缆4.2、索夹5、吊索6、悬吊端吊槽6.1、环形卡口6.1a、球铰卡槽6.2、卡槽6.2a、卡板6.2b、DU复合层6.3、球铰6.4、圆柱形耳板6.5、锚杯6.6、O形密封圈6.7、套筒6.8、环形固定板6.8a、倾斜口6.8b、填料层6.9、密封胶圈6.10、密封压环6.11、吊索钢丝6.12、护套6.13。具体实施方式下面结合具体实施例对本技术作进一步的详细描述，以便本领域技术人员理解。如图3～7所示的承受较大横桥向风荷载的空间三维缆索体系地锚式悬索桥，该悬索桥为主跨800m单跨悬吊悬索桥，全长800m；它包括主梁1和在主梁1两端对称设置的桥塔2，以及横跨主梁1和桥塔2并通过锚碇3固定一对主缆4，主梁1为单跨双铰简支结构，其宽度为23.5m；桥塔2以主梁1的中心线对称设置，桥塔2横桥向中心距为10m；且每个桥塔2位于主梁1中心线与主梁1侧面间，锚碇3在水平面上呈喇叭形形状；主缆4包括桥塔2间的中跨主缆4.1和两岸的边跨主缆4.2，主缆跨度布置为240+800+230m，主缆矢跨比采用1/10，全桥采用两根空间主缆，两主缆右岸锚碇3处横桥向中心距为23.5m，左岸锚碇3处横桥向中心距为32m，桥塔2与锚碇3之间的一对边跨主缆4.2在水平面上呈喇叭形形状，中跨主缆4.1通过索夹5安装有多根吊索6，吊索6另一端固定在主梁1两侧的吊索吊点1.1上主梁1上吊索吊点横桥向中心距为23.5m，一对中跨主缆4.1在水平面上呈鱼肚型形状，中跨主缆4.1和两岸的边本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种承受较大横桥向风荷载的空间三维缆索体系地锚式悬索桥，它包括主梁(1)和在主梁(1)两端对称设置的桥塔(2)，以及横跨主梁(1)和桥塔(2)并通过锚碇(3)固定一对主缆(4)，所述主缆(4)包括桥塔(2)间的中跨主缆(4.1)和两岸的边跨主缆(4.2)，其特征在于：所述桥塔(2)以主梁(1)的中心线对称设置，且每个桥塔(2)位于主梁(1)中心线与主梁(1)侧面间，所述桥塔(2)与锚碇(3)之间的一对边跨主缆(4.2)在水平面上呈喇叭形形状，所述中跨主缆(4.1)通过索夹(5)安装有多根吊索(6)，所述吊索(6)另一端固定在主梁(1)两侧的吊索吊点(1.1)上，一对中跨主缆(4.1)在水平面上呈鱼肚型形状。

【技术特征摘要】
1.一种承受较大横桥向风荷载的空间三维缆索体系地锚式悬索桥，它包括主梁(1)和在主梁(1)两端对称设置的桥塔(2)，以及横跨主梁(1)和桥塔(2)并通过锚碇(3)固定一对主缆(4)，所述主缆(4)包括桥塔(2)间的中跨主缆(4.1)和两岸的边跨主缆(4.2)，其特征在于：所述桥塔(2)以主梁(1)的中心线对称设置，且每个桥塔(2)位于主梁(1)中心线与主梁(1)侧面间，所述桥塔(2)与锚碇(3)之间的一对边跨主缆(4.2)在水平面上呈喇叭形形状，所述中跨主缆(4.1)通过索夹(5)安装有多根吊索(6)，所述吊索(6)另一端固定在主梁(1)两侧的吊索吊点(1.1)上，一对中跨主缆(4.1)在水平面上呈鱼肚型形状。2.根据权利要求1所述承受较大横桥向风荷载的空间三维缆索体系地锚式悬索桥，其特征在于：所述主梁(1)的宽度为10.0m～25.0m。3.根据权利要求1所述承受较大横桥向风荷载的空间三维缆索体系地锚式悬索桥，其特征在于：所述中跨主缆(4.1)和两岸的边跨主缆(4.2)在竖直面上呈悬链线形状，所述主缆(4)的矢跨比为1/12～1/9。4.根据权利要求1所述承受较大横桥向风荷载的空间三维缆索体系地锚式悬索桥，其特征在于：所述锚碇(3)在水平面上呈喇叭形形状。5.根据权利要求1所述承受较大横桥向风荷载的空间三维缆索体系地锚式悬索桥，其特征在于：所述吊索(6)为球铰吊索，它包括通过索夹(5)安装在中跨主缆(4.1)上的悬吊端吊槽(6.1)，所述悬吊端吊槽(6.1)内设置有球铰卡槽(6.2)，所述球铰卡槽(6.2)内设置有球铰(6.4)，所述球铰(6.4)端部设置有圆柱形耳板(6.5)，所述圆柱形耳板(6.5)外壁上...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓越胜，张强，唐清华，闫海青，周涛，武卫星，章铁军，田卿，唐贺强，蔡敦松，秦清波，张灿，朱克兆，
申请(专利权)人：长江勘测规划设计研究有限责任公司，中铁大桥勘测设计院集团有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北,42