专利名称：桥梁的索塔组合支撑体系的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种拉索桥的索塔组合支撑体系，尤其是由发挥着不同作用的四种钢索和安装于桥面上的数个分塔组成的桥梁的支撑体系。
当前国内外建筑的大跨经的桥梁，基本都是斜拉桥。斜拉桥是一种桥面体系受压，支撑体系受拉的桥梁。支持体系统由钢制的斜拉索构成。各条斜拉索的顶端都分别就近锚固到两座主塔中的一个主塔上。两主塔间所有斜拉索的下端都等间隔地锚固在桥面体系的主梁上。为了实现大跨经的跨越，主塔必须建筑得很高，斜拉索与桥面的夹角必须尽可能的小，大跨度的桥梁斜拉索必须很长。
斜拉索与桥面夹角越小，斜拉索承受的拉力就越大，同时这许多斜拉索在桥面上的水平分力，给桥面体系造成的纵向压力就越大，这巨大的力，除桥梁体系及荷载自重引起的重力外，还更包含有超过约1倍左右的无效分力。这分力的存在给桥梁体系造成的额外负担是沉重的。斜拉索承受的巨大拉力及桥面体系承受的巨大压屈力问题，超长的斜拉索的强度问题，以及桥梁的稳定问题，完全是由于斜拉桥自身结构上的原因造成的，再加上材料自身固有特性的局限和环境因素的影响，要建造更大跨经的斜拉桥难度极大。
本发明提供一种可以成数倍地降低主塔高度，缩短斜拉索长度，大比例地降低各种拉索承载的无效分力，大倍数地降低斜拉索水平分力给桥面体系主梁造成的巨大压屈力，使其降低到几乎可忽略的程度，降低建造大桥对材料的苛刻要求，提高桥梁对环境的适应能力，显著地提高建造大跨径桥梁的极限，建造更大跨度的桥梁。用此技术，建造中小型桥梁更容易。
为实现上述目的，本发明在两座主塔塔顶之间，固定安装一条顶索。在两座主塔之间桥面高度上，架挂一条底索。在两主塔之间，根据设计要求，等距离地竖立若干个分塔。主塔和分塔的顶端都在同一条直线上，分塔的顶端同样与顶索固定连接，分塔的底端与底索固定连接。从每座主塔和每个分塔的顶端向桥面中心方向最相接近的一个分塔的根部固定连接一条传力索，到两传力索相接近只差一个分塔间隔时为止。同时在每个主塔及每个分塔的顶端，分别向左右两侧邻近的桥面主梁，各等距离地安装一组，每组条数相同的斜拉索，用以支撑桥面体系的载荷。由于每组斜拉索对桥面体系的水平分力都很小，而且各相邻的斜拉索组，对桥面体系的水平分力方向都相反，互相抵消，所以斜拉索对桥面主梁的压屈力只限制在局部区域内，而且数值很小。底索与桥面主梁多点固定安装。桥面、主梁与底索已形成一个完整的整体。由于底索的存在，斜拉索对桥面体系主梁的剩余水平分力，已被底索的反作用力全部抵消，所以桥面主梁可以做得较为纤细轻巧，而且还增加了桥面各段主梁相互连接的强度。
在本发明中，传力索及分塔是索塔组合支撑体系中承载荷力的主力部件。传力索是受拉件，分塔是受压件。传力索和分塔的作用是把斜拉索从桥面体系中传递到分塔顶端的力，通过分塔对力的传递作用，把此力传递到分塔的底部。在分塔底部，又把此力转移给左右两侧的传力索，这两条传力索，再分别向着自己所在区域的主塔方向，再通过其他分塔和传力索，逐级地把这个力分别地传递到两个主塔的顶端。每条传力索承载的力，都是从桥中心区的，向两个不同方向倾斜的传力索的分界点，到该传力索这一段桥面传递过来的全部重力与因自身倾斜而产生的水平分力的合力。而这个位置的分塔，承载的力，是这部分荷载传递过来的重力。总而言之，在本发明的索塔组合支承体系中，除直接架挂到主塔上的斜拉索承载的重力，直接传递到所在位置的主塔以外，其余的，施加于索塔组合支撑体系上的力，都由该力所在位置到该方向的主塔之间的各分塔、各传力索和这个主塔同时承担。
从以上分析可见，本发明的索塔组合支撑体系各部的承载能力均易于人为掌控。主塔的高度也可通过分塔的数量人为设置。主塔的塔高与跨经的高跨比，可以远远小于斜拉桥的公认标准0.25。利用索塔组合支撑体系，可以建造更大跨经的桥梁，建造中小型桥梁的优越性更为显著。
下面结合附图和具体实施方式
，对本发明作近一步详细说明。
图1是本发明桥梁索塔组合支撑体系的具体实施方式
图。
图2是本发明桥梁索塔组合支撑体系的另一具体实施方式
图。
图3是本发明索塔组合支撑体系的双层二重索塔组合支撑体系的实施方式图。
图1中的顶索1，底索6，分塔3，传力索4和斜拉索5，共同组成了桥梁的索塔组合支撑体系10。两主塔2之间构成了一个主跨11。每两个分塔3之间构成了一个分跨12。两个主塔2，各分塔3，各传力索4，各斜拉索5和两条背索7的顶端，都分别在不同的点，与顶索1锚固在一起。各分塔3的底部，各自锚固到底索的一个点位上。两条背索7固定到两锚固块8上。各传力索4的底部，都向桥心方向，分别锚固到最接近的一个分塔3的底端。从主跨11左起，第三分跨左右两侧的各条传力索4倾斜的方向不同，这左起第三分跨12中的传力索4可有可无。底索6、主梁6和桥面6都在同一个水平面上，共同组成同一个桥面体系6，统用同一个序号6代表。各斜拉索5的底部都等距离地锚固到主梁6的相应的点位上。主跨11左起第三个分跨12两侧的各传力索4所承载的各斜拉索5传递过来的力，向不同方向传递。向左倾的传力索4传递的力，传递到主跨11左端的主塔2。向右倾斜的传力索4传递的力，传递到主跨11最右端的主塔2。顶索1承载的力是各传力索4传递过来的水平分力，顶索1最终将此力传递到两个主塔2的顶端。顶索1的作用是保证整个桥面体系6的载荷及环境温度变化时，各分塔3的顶端的水平位移不超过设计规定值。底索6的作用主要是用以平衡掉各传力索4在各分塔3根部产生的水平分力，以保持分塔根部位置稳定。另外，在桥梁支撑体系10的建设时，底索6发挥着重要的支持作用，桥梁建成后，便与桥梁的各段主梁6固定安装到一起，同时起到各段主梁6间的连接加固作用。
图2给出了索塔组合支撑体系的另一种实施方式图，即双向双传力索塔组合支撑体系20。该支撑体系20，最大的特点的是，除贴近两座主塔2的两个分跨12，各只有一条顶端固定于主塔2顶端的传力索4以外，其余各分跨12，都安装有相互交叉的两条传力索4。在这索塔组合支撑体系20中每条斜拉索承载的力，都是通过所有的传力索4和分塔3分别向两个方向传递到两座主塔2的顶端，由两个主塔共同承担。
图3给出了索塔组合支撑体系的又一种实施方式图，即双重双层索塔组合支撑体系30，其中第一重索塔组合支撑体系22的中部两分跨12使用的是双向传力索4，接近两端部的各分跨12采用的是单传力索4。在第一重索塔组合支撑体系22中无斜拉索。第二重索塔组合支撑体系26，是叠加在第一重索塔组合支撑体系22上的结构尺寸大比例缩小了的索塔组合支撑体系。两套索塔组合支撑体系22及26，共同支撑同一个桥面体系6。第二重索塔组合支撑体系26的顶索21的各点分别与支塔23，各传力索24，各斜拉索15及两主塔2和各分塔3的连接点锚固到一起。两主塔2及各分塔3的底部的一段长度同时兼做第二重索塔组合支撑体系26的主塔。底索6为两重大小不同的索塔组合支撑体系22及26共用。第二重索塔组合支撑体系26的斜拉索15等距离地锚固到桥面体系6的主梁6上，斜拉索15的索距可以做得很密，进一步降低了整个系统对桥面主梁6抗弯曲应力的要求。
第二层桥面体系16利用吊索25直接吊挂到第二重索塔组合支撑体系26的桥面体系6上，吊索25的吊挂点与第二重索塔组合支撑体系26的各斜拉索15在桥面体系6上的吊挂点一一对应，第二层桥面16的吊索25的数量与第二重支撑体26的斜拉索15的数量相等。
另外图3中第二重索塔组合支撑体系26的支塔23及传力索24，完全可被从相应位置上的主塔2及分塔3顶端连接下来的斜拉索取代，这斜拉索的数量与支塔23的数量相等。
在索塔组合支撑体系的各实施方式中的顶索1、21、底索6、分塔3、支塔23和传力索4及24是最主要的受力组件。每条顶索、底索和传力索都由一根或多根钢索并列或束合而成，各分塔和支塔都是由不同种类型的钢构件组装而成或由充满混凝土的钢筒，或由不同材料的空心钢筒，或用实心杆件构成。顶索、传力索和斜拉索是可替换的，分塔与支塔是可维修的。
利用本发明不同的索塔组成方式及不同的桥面层数相互配置，可以组成多种不同形式的索塔组合支撑体系，这些都在本发明的保护范围之内。
权利要求
1一种用于拉索桥的索塔组合支撑体系，其特征在于，它由一条固定于两座主塔塔顶之间的顶索、一条安装于两座主塔之间与桥面组成一体的底索、若干个等距离地竖立于两座主塔之间的、两端分别固定于顶索和底索上的分塔，自两主塔顶端及各分塔顶端到相邻分塔根部固定连接的传力索和许多条由两主塔顶端及各分塔塔顶就近等距离地连接到桥面主梁的斜拉索组成。
2根据权利要求1所述的索塔组合支撑体系，其特征在于，每条传力索、顶索和底索各由一根或数根并行的钢索组成。
3根据权利要求1所述的索塔组合支撑体系，其特征在于，两主塔与邻近的分塔之间，只有一条顶端固定于主塔顶端，底端固定于邻近分塔底端的传力索。
4根据权利要求1所述的索塔组合支撑体系，其特征在于，桥中部某相邻的两个分塔间的传力索可有可无，其它各分塔之间只安装一条一律向所在区段主塔方向倾斜的传力索。
5根据权利要求1所述的索塔组合支撑体系，其特征在于，两个相邻的分塔之间的传力索，可以是两条相互交叉的，力双向传递的双向传力索。
6根据权利要求1所述的索塔组合支撑体系，其特征在于，桥面中部各分塔之间采用力双向传递的两条相互交叉的双向传力索，其余部分采用力单向传递的单传力索。
7根据权利要求1所述的索塔组合支撑体系，其特征在于，索塔组合支撑体系可以是二重的，即在第一重索塔组支撑体系上再叠加一重尺寸比第一重索塔组合支撑体系小数倍的索塔组合支撑体系。两重索塔组合支撑体系共同支撑同一个桥面体系。第一重索塔组合支撑体系中的斜拉索被第二重索塔组合支撑体系的支塔及传力索取代。
8根据权利要求1和7所述的索塔组合支撑体系，其特征在于，二重索塔组合支撑体系中，第二重索塔组合支撑体系的支塔及传力索，可以被第一重索塔组合支撑体系的斜拉索取代，第一重索塔组合支撑体系的斜拉索数与第二重索塔组合支撑体系的支塔数相等。
9根据权利要求1和7所述的索塔组合支撑体系，其特征在于，索塔组合支撑体系可以是二层的也可以是多层的。
10根据权利要求1所述的索塔组合支撑体系，其特征在于，索塔组合支撑体系的分塔与支塔，可以是钢铁构筑物，也可以是内部充填混凝土的钢筒或实心的杆件或空心的管材。
全文摘要
本发明公开了一种桥梁体系的索塔组合支撑体系。它包括分塔、传力索、顶索、底索和斜拉索。各分塔、各传力索负责把斜拉索从桥面传递的力，通过各分塔的承压屈能力及传力索的抗拉能力，逐级地把此力传递到相应的主塔的顶端。顶索和底索的配置，保证了各分塔顶端和底端在任何条件下的水平位移不超过允许值。采用这种支撑体系，不会发生对桥面主梁的巨大压屈力，主塔与桥面的高跨比很小，可以建造更大跨经的桥梁，更容易建造中小型。
文档编号E01D11/04GK101063296SQ20061004641
公开日2007年10月31日 申请日期2006年4月26日 优先权日2006年4月26日
发明者马兴运 申请人:马兴运