【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及独塔斜拉桥设计领域，尤其是涉及一种独柱塔结合区用的拱形传力装置及其构建方法。
技术介绍
1、塔梁固结体系的独塔斜拉桥结构中，斜拉索在给主梁提供竖向支撑力的同时，会在主梁上产生水平作用力，并向桥塔传递。在到达塔梁固结区时，多根拉索的叠加效应，使桥塔承受较大的水平作用力，不利于桥塔的安全，为设计工作添加了很多困难。传统的设计方法多采用加强塔梁固结区强度的方法，增加了结构设计和施工的难度与经济成本，无法有效的解决该问题。
2、中国专利cn202210180373.6公布了一种部分斜拉桥塔梁墩固结体系，该专利改变了既有的斜拉桥桥塔的传力路径,使桥塔承受的竖向荷载通过横隔板直接传递给桥墩,避免了大体积混凝土浇筑水热化不均匀导致混凝土开裂。中国专利cn201810300297.1公布了一种无塔间横梁的拱承斜拉桥结构，两根塔柱上端固连为一体形成跨越主跨梁段的拱形结构，桥下视野开阔，相较于传统的桥式结构景观效果好。
3、以上专利，针虽然对塔梁固结体系做出了优化，但是针对桥塔受力没有明显的改善作用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了改善塔梁固结体系独塔斜拉桥的桥塔受力过大情况而提供一种独柱塔结合区用的拱形传力装置及其构建方法。现有技术中塔梁固结体系独塔斜拉桥拉索对主梁的作用力会产生较大的水平分量，并沿主梁传递至桥塔，在桥塔上产生较大的局部应力。本专利技术通过在桥塔两侧一定区域内设置拱形横梁，拱形横梁沿纵向和竖向均有一定弧度，在保证自身仅承受压应力情况下
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、一种独柱塔结合区用的拱形传力装置，包括桥塔、π型主梁、中横梁和拱形横梁，
4、所述桥塔底端依次穿过π型主梁和中横梁，所述桥塔通过中横梁与π型主梁固结，
5、所述中横梁和拱形横梁设于π型主梁下方，所述中横梁两端与π型主梁相接，
6、所述拱形横梁两端分别与中横梁两端相连接。
7、进一步地，所述π型主梁由左支座、右支座和连接梁组成，所述连接梁两端分别与左支座或右支座相接，所述中横梁两端分别与左支座或右支座相接，所述桥塔底端穿过连接梁，
8、上述更进一步地，所述拱形横梁一端与中横梁和左支座相接处连接，所述拱形横梁另一端与中横梁和右支座相接处连接。
9、进一步地，所述中横梁内设有钢绞线。
10、进一步地，所述拱形横梁的厚度为75～85mm，优选为80mm。
11、进一步地，所述拱形横梁纵向线性为悬链线，矢跨比为1/3，所述拱形横梁竖向线性为二次曲线，所述拱形横梁的底部边为沿拱形横梁横向方向的1.5次曲线，实现拱形横梁高度沿横向变化，对拱形横梁进行减重优化。
12、此外，本专利技术还提供一种独柱塔结合区用的拱形传力装置的构建方法，具体步骤如下：
13、s1、确定拱形横梁的具体形状；
14、s2、由力的平衡原理计算拱形横梁两个拱脚处对中横梁的两端拉力f；
15、s3、使用拉力f配置中横梁内的钢绞线。
16、进一步地，步骤s1中，所述确定拱形横梁的具体形状的步骤如下：
17、s1-1、确定初始矩形：测量中横梁横向宽度和π型主梁竖向高度，l和h分别作为拱形横梁横向跨度和竖向高度，设置宽l、高h的初始矩形；
18、s1-2、将步骤s1-1中得到的初始矩形的下边缘沿横向设置为1.5次曲线；
19、s1-3、将步骤s1-1中得到的初始矩形离散为若干互相有作用力的节点，得到拱形横梁。
20、上述更进一步地，步骤s1-3中，通过方程式(ⅰ)对拱形横梁进行找形，将步骤s1中得到的初始矩形离散为若干互相有作用力的点，获得拱形横梁的具体形状：
21、
22、
23、
24、式中：
25、xi——未知节点x坐标；
26、yi——未知节点y坐标；
27、zi——未知节点z坐标；
28、px-z——未知节点x、y、z方向上的外荷载，由π型主梁相关横截面上的内力计算；
29、x1-4——未知节点相连的四个节点x坐标；
30、y1-4——未知节点相连的四个节点y坐标；
31、z1-4——未知节点相连的四个节点z坐标；
32、qa-d——未知节点相连的力密度值。
33、上述更进一步地，所述π型主梁截面内力由有限元软件计算，从现有软件中提取。
34、上述更进一步地，步骤s1-3中，步骤s1-1中所述的初始矩形内取到200个以上节点，节点的数量具体根据初始矩形的面积进行布置。
35、进一步地，步骤s2中，通过方程式(ⅱ)计算拉力f：
36、f·h＝∑fi·di 式ⅱ
37、式中：
38、h——拱形横梁纵向矢高；
39、fi——拱形横梁纵向受力；
40、di——拱形横梁拱顶至纵向受力fi所在直线距离。
41、进一步地，步骤s3中，钢绞丝的承载能力是拉力f的4-6倍。
42、与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下所示：
43、1、本方法使用拱形横梁与预应力中横梁体系，将沿纵向传递至桥塔的压力分散到两侧，有效改变了传力路径，利用预应力中横梁承受桥塔两侧来自主梁的压力，有效降低了桥塔上的应力，优化了塔梁固结区域的应力分布，增加了结构的力学性能，提高了独塔斜拉桥的安全性和耐久性。
44、2、本方法仅通过布置拱形横梁与预应力主梁对结构进行优化设计，没有在塔梁固结区改变既有的主梁设计形式，也没有对桥塔进行加强设计，方法简洁便利，不会因为塔梁固结区局部的结构改变，造成桥梁整体受力遭到影响。
45、3、本方法使用高效的拱形结构与预应力体系，力学效率较高，在耗材较少的情况下实现了较大的优化效果，不对主体结构进行改变，施工便利，经济效益好。
46、4、本专利技术通过设置拱形横梁，提供了纵向的拱作用，改变了桥梁纵向传力路径，在改变纵向传力路径的同时，为了保证拱形横梁受力性能，还需使拱形横梁自身仅承受压应力，将沿纵向传来的力分散至预应力中横梁两端，通过预应力中横梁承担这些荷载，使桥塔避免直接承受来自主梁的作用力，降低了桥塔上的应力。
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1.一种独柱塔结合区用的拱形传力装置，其特征在于，包括桥塔(1)、Π型主梁(2)、中横梁(3)和拱形横梁(4)，
2.根据权利要求1所述的一种独柱塔结合区用的拱形传力装置，其特征在于，所述Π型主梁(2)由左支座(6)、右支座(7)和连接梁(8)组成，所述连接梁(8)两端分别与左支座(6)或右支座(7)相接，所述中横梁(3)两端分别与左支座(6)或右支座(7)相接，所述桥塔(1)底端穿过连接梁(8)。
3.根据权利要求2所述的一种独柱塔结合区用的拱形传力装置，其特征在于，所述拱形横梁(4)一端与中横梁(3)和左支座(6)相接处连接，所述拱形横梁(4)另一端与中横梁(3)和右支座(7)相接处连接。
4.根据权利要求1所述的一种独柱塔结合区用的拱形传力装置，其特征在于，所述中横梁(3)内设有钢绞线(5)。
5.根据权利要求1所述的一种独柱塔结合区用的拱形传力装置，其特征在于，所述拱形横梁(4)的厚度(T)为75～85mm。
6.根据权利要求1所述的一种独柱塔结合区用的拱形传力装置，其特征在于，所述拱形横梁(4)纵向线性为悬链线
7.一种如权利要求1-6中任一所述的独柱塔结合区用的拱形传力装置的构建方法，其特征在于，具体步骤如下：
8.根据权利要求7所述的一种独柱塔结合区用的拱形传力装置的构建方法，其特征在于，步骤S1中，所述确定拱形横梁(4)的具体形状的步骤如下：
9.根据权利要求8所述的一种独柱塔结合区用的拱形传力装置的构建方法，其特征在于，步骤S1-3中，通过方程式(Ⅰ)对拱形横梁(4)进行找形，将步骤S1中得到的初始矩形离散为若干互相有作用力的点，获得拱形横梁(4)的具体形状：
10.根据权利要求7所述的一种独柱塔结合区用的拱形传力装置的构建方法，其特征在于，步骤S2中，通过方程式(Ⅱ)计算拉力F：
...【技术特征摘要】
1.一种独柱塔结合区用的拱形传力装置，其特征在于，包括桥塔(1)、π型主梁(2)、中横梁(3)和拱形横梁(4)，
2.根据权利要求1所述的一种独柱塔结合区用的拱形传力装置，其特征在于，所述π型主梁(2)由左支座(6)、右支座(7)和连接梁(8)组成，所述连接梁(8)两端分别与左支座(6)或右支座(7)相接，所述中横梁(3)两端分别与左支座(6)或右支座(7)相接，所述桥塔(1)底端穿过连接梁(8)。
3.根据权利要求2所述的一种独柱塔结合区用的拱形传力装置，其特征在于，所述拱形横梁(4)一端与中横梁(3)和左支座(6)相接处连接，所述拱形横梁(4)另一端与中横梁(3)和右支座(7)相接处连接。
4.根据权利要求1所述的一种独柱塔结合区用的拱形传力装置，其特征在于，所述中横梁(3)内设有钢绞线(5)。
5.根据权利要求1所述的一种独柱塔结合区用的拱形传力装置，其特征在于，所述拱形横梁(4)的厚度(t)为75～85mm。
【专利技术属性】
技术研发人员：吴建民，于春江，宋军，刘志权，邓陈记，王博，王金兵，杨文俊，侯宇航，石雪飞，尹超，邵亚会，扈惠敏，
申请(专利权)人：安徽省交通控股集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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