专利名称：独塔自锚式悬索桥的制作方法
技术领域：
本发明属于桥梁工程领域，特指一种独塔自锚式悬索桥。
背景技术：
目前，在200～600m跨度范围内的桥梁较多采用斜拉桥结构和拱式结构，随着技术的进步，在这一领域出现了自锚式悬索桥的结构形式以作为补充。如采用斜拉桥结构，由于斜拉桥需要较大跨径边跨进行平衡，造价较高；如采用拱式结构桥梁则可分为有推力和无推力两种形式，如采用无推力拱，同样也必须采用较大边跨进行平衡，如采用有推力拱，则必须修建庞大的基础，造价高而且不利于环境保护。相比之下，自锚式悬索桥兼有以上两种结构的优点而避免了两种结构的不足。而与地锚式悬索桥相比，自锚式悬索桥取消了大体积的锚碇施工，节省了工程造价，优势也很明显。迄今为止修建的自锚式悬索桥均采用双塔形式，即采用两个对称的索塔来承受主缆的竖向压力。采用两个索塔有利于降低主梁的应力水平，提高整体结构的稳定性能，但是双塔在存在两个问题(1)提高施工效率和施工期的航运要求不能兼顾。如果要提高施工效率、缩短工期，则索塔和主梁须尽可能同时施工，但同时施工时主梁必须采用满堂支架进行架设，而满堂支架又会影响航运。(2)自锚式悬索桥规模不大，索塔承受竖向荷载较小，采用两个索塔，经济性不高。如果采用一个索塔来支撑自锚式悬索桥的主缆，与双塔相比，同等跨径的独塔自锚式悬索桥的主梁需承受更大的压应力，因此需对主梁的结构进行改进以满足独塔自锚式悬索桥的受力安全性要求。
同时，目前自锚式悬索桥加劲梁有钢梁和混凝土梁之分，混凝土梁造价低廉，但是强度低，自重大，随着跨径增大，梁体规模增加造成整体造价上升很快。钢梁强度高，自重轻，但是价格贵。在自锚式悬索桥中如全部采用钢梁，则整体造价较高，如全部采用混凝土梁，则影响自锚式悬索桥的跨越能力。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、具有较大跨越能力和可观经济效益、且经久耐用、施工时不影响通航的独塔自锚式悬索桥。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种独塔自锚式悬索桥，其特征在于它包括一个索塔以及主缆、主梁和吊杆，主缆的中部支承于索塔的顶部主缆的两端固定于主梁上，主梁通过吊杆悬吊于主缆的下方，所述主梁为混合梁，其主跨部为钢加劲梁，主跨部两侧的边跨部和锚跨部均采用混凝土加劲梁，所述钢加劲梁和混凝土加劲梁通过钢混结合部连接过渡，钢混结合部处的混凝土加劲梁外包有承压钢板，承压钢板与钢混结合部处的钢加劲梁固接。
所述钢混结合部处钢加劲梁内设有横隔板。
所述钢加劲梁内部沿纵向设有纵梁，纵梁位于钢加劲梁内顶板与底板之间，所述纵梁内沿纵向铺设有纵向加劲板，纵梁内沿横向铺设有横向加劲板。
所述纵梁与钢加劲梁的底板之间设有梁底加劲件，所述梁底加劲件包括纵向加劲钢板和横向加劲钢板，纵向加劲钢板沿纵向铺设于纵梁与钢加劲梁的底板之间，纵向加劲钢板上间隔布置有横向加劲钢板。
所述钢混结合部处内部设有用来连接钢加劲梁和混凝土加劲梁的PBL剪力连接件和栓钉，所述PBL剪力连接件为设置于钢加劲梁的底板、顶板以及腹板延伸段设置的传剪肋条，传剪肋条上开设有孔，孔内插设有钢筋，所述栓钉布置在承压钢板。
所述钢混结合部处钢加劲梁内底板、顶板以及腹板上均设有U型肋，U型肋上设有π型加劲肋。
与现有技术相比，本发明的优点在于1、本发明的独塔自锚式悬索桥采用独塔设计，与双塔自锚式悬索桥相比，取消一个索塔后，钢加劲梁采用顶推法施工与索塔施工同时进行，工期大大缩短，且对有通航要求河流的影响较小；取消一个桥塔后，还大大减少了软弱地基上的处理费用，减少了对环境的破坏，从而降低了工程总体造价，取得良好的社会效应；另外由于结构受力要求，独塔自锚式悬索桥索塔更加高大，气势雄伟，具有独特的外形特征，避免了与双塔自锚式悬索桥和地锚式悬索桥外观结构上的相似性，可广泛应用于城市、机场和风景区等对景观要求比较高的地方，给有景观需求的桥梁设计增添了新的选择；2、本发明的独塔自锚式悬索桥采用了混合梁结构，较大的主跨梁体为钢梁，较小的边跨梁体为混凝土梁，这样就更好地发挥了两种材料各自的优势，由于只有主跨部分采用钢梁，这样使混合梁桥在保持较大跨越能力的同时，其经济性也进一步提高；3、本发明的独塔自锚式悬索桥在钢混结合部处混凝土梁段外包有钢板，钢板与钢混结合部内的钢加劲梁固接，这使得混凝土加劲梁、钢混结合部和钢加劲梁形成一个整体以承受外部荷载。同时，在钢混混结合部的钢箱梁段内增设横隔板，以增加钢混结合部内钢箱梁的刚度，这样就能有效防止钢混结合部出现应力集中，保证了力传递的顺畅性。本发明进一步在钢混结合部内设置了PBL剪力连接件和预应力连接件，从而进一步保证了钢加劲梁和混凝土加劲梁之间刚度过渡的匀顺性和力传递的顺畅性，避免产生应力集中和折角。
4、本发明的独塔自锚式悬索桥，在钢加劲梁内设置纵梁，使得钢加劲梁顶底板的应力能较为均匀的分布，主缆的水平力也可通过锚跨直接传到纵梁上。纵梁自身采用由纵向加劲板和横向加劲板组成的格子板加强，以提高纵梁的稳定性。另外，纵梁在横向布置上的适当间距，从而进一步减小了钢加劲梁在顶推施工过程中的横向变形和横向受力；5、本发明的独塔自锚式悬索桥，在钢加劲梁内纵梁底部设设有梁底加劲件。降低了钢加劲梁顶推施工过程中的局部压应力，防止钢加劲梁底板局部失稳，满足了钢加劲梁连续滑行的需要。
图1是本发明应用于独塔自锚式悬索桥的整体结构示意图；图2是本发明中钢混结合部的结构示意图；图3是本发明中钢加劲梁的结构示意图；图4是钢加劲梁中纵梁的结构示意图。
图例说明1、主缆2、索塔3、主梁31、钢加劲梁32、混凝土加劲梁 33、钢混结合部4、吊杆5、PBL剪力连接件51、栓钉 61、承压钢板62、U型肋 63、π型加劲肋64、横隔板 7、纵梁71、纵向加劲板 72、横向加劲板8、梁底加劲件 81、纵向加劲钢板82、横向加劲钢板具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
参见图1、图2、图3和图4所示，本发明的独塔自锚式悬索桥包括一个索塔2以及主缆1、主梁3和吊杆4，主缆1的中部支承于索塔2的顶部，主缆1的两端固定于主梁3上，主梁1通过吊杆4悬吊于主缆1的下方。具体实施例中，主桥索塔2可设计为三柱门式塔柱，设上、下两道横梁，全桥的主缆1共有4根，与主缆1和主梁3相连的吊杆4采用柔性高强镀锌平行钢丝索体。主梁3包括位于悬索桥主跨部的钢加劲梁31以及位于边跨部和锚跨部的混凝土加劲梁32，所述钢加劲梁31和混凝土加劲梁32通过钢混结合部33连接过渡，钢混结合部33处的混凝土加劲梁32外包有承压钢板61，承压钢板61与钢混结合部33处的钢加劲梁31固接。主缆1的水平轴力在钢混结合部33处通过连接件由混凝土加劲梁32非常顺畅的传至承压钢板61，并由承压钢板61通过钢混结合部33内的钢箱梁传至钢加劲梁31。由于承压钢板61与钢加劲梁31直接焊接，这使得混凝土加劲梁32、钢混结合部33和钢加劲梁31形成一个整体以承受外部荷载。在较佳实施例中，钢混结合部33处钢加劲梁31内设有横隔板64，横隔板64在钢混结合部33内的间距相比钢加劲梁31标准节段内的间距缩短了二分之一。同时，对钢加劲梁31顶板、底板和腹板也进行了局部加厚，将作用应力控制在疲劳限值以内。钢加劲梁31内部沿纵向设有纵梁7，纵梁7位于钢加劲梁31内顶板与底板之间，所述纵梁7内沿纵向铺设有纵向加劲板71，纵梁71内沿横向铺设有横向加劲板72。纵梁7与钢加劲梁31的底板之间设有梁底加劲件8，所述梁底加劲件8包括纵向加劲钢板81和横向加劲钢板82，纵向加劲钢板81沿纵向铺设于纵梁7与钢加劲梁31的底板之间，纵向加劲钢板81上间隔布置有横向加劲钢板82。纵梁7的布置可以使钢加劲梁31顶板、底板应力较为均匀的分布，主缆1的水平力通过锚跨也可以直接传到钢加劲梁31的纵梁7上。纵梁7自身采用的由纵向加劲板71、横向加劲板72组成的格子板加强，以提高纵梁7的稳定性。另外，如果对钢加劲梁31采取顶推法进行施工，那纵梁7在横向布置上的适当间距还可以减小钢加劲梁31在顶推施工过程中的横向变形和横向受力。若采用顶推法对钢加劲梁31进行施工，那么在施工过程中，当钢加劲梁31的悬臂长度超过一定范围后梁的挠度会迅速增大，支座处转角也增大，支座与梁的接触面积迅速减小，梁底局部应力迅速增高，梁的局部稳定问题突出。为了适应对钢加劲梁31可能采取的顶推施工方法，如图3所示，本发明在钢加劲梁31内的纵梁7与钢加劲梁31的底板之间设置一种梁底加劲件8，以降低顶推施工过程中的局部压应力。梁底加劲件8包括纵向加劲钢板81和横向短钢板82，纵向加劲钢板81沿纵向通长铺设于纵梁7与钢加劲梁31底部之间，纵向加劲钢板81上间隔布置有横向短钢板82，横向短钢板82可以加强钢加劲梁底板的面外刚度，防止底板局部失稳，满足钢加劲梁31在顶推施工过程中连续滑行的需要。钢混结合部33处内部设有用来连接钢加劲梁31和混凝土加劲梁32的PBL剪力连接件5和栓钉51，所述PBL剪力连接件5为设置于钢加劲梁31的底板、顶板以及腹板延伸段设置的传剪肋条，传剪肋条上开设有孔，孔内插设有钢筋，所述栓钉51装设于承压钢板61上。在具体实施例中，PBL剪力连接件5的具体构造是在钢加劲梁31的顶板、底板及腹板延伸段设传剪肋条，肋条上开有φ60mm的圆孔，孔中穿有Φ20mm的二级钢筋，剪力连接件主要用来加强混凝土和钢材两种材料的粘结性能。通过PBL剪力连接件5和预应力可将钢材料和混凝土材料很好的结合。承压钢板61上布置有φ19×140mm的圆柱墩头剪力钉作为栓钉51，用以传递剪力和扭矩，剪力、扭矩从桥面及腹板的PBL剪力键传递到钢加劲梁31上。钢混结合部33处钢加劲梁31内底板、顶板以及腹板上均设有U型肋62，U型肋62上设有π型加劲肋63。
其中，本实施例中，钢加劲梁31为全焊单箱三室钢箱梁，其上、下翼缘为正交异性板结构，采用顶推工艺进行钢加劲梁31的施工。自锚式悬索桥与其它桥型不同，其主缆1直接锚固在主梁3的两端，主梁3需要直接承受主缆1锚固点的水平轴力和竖向分力，形成自平衡体系。主梁3上主缆1锚固点的设计非常复杂，但采用混凝土材料建造锚跨以后，设计就变得比较简单，可借此充分发挥混凝土自重大的优势，将主缆1锚固点的体积做得很大，使其具备良好的锚固和压重作用，抵消了主缆1的竖向分力，避免锚跨端支座产生负反力。主缆1提供的巨大水平轴力还可为主梁3提供免费预应力，大大减少预应力材料的用量，降低工程造价。本实施例中，主梁3的边跨位于索塔2一侧的河堤上方，也采用混凝土材料建造，一来节省了桥梁用料的成本，另外在河堤上建墩也便于施工，减小施工成本，同时不影响河道的航运。主梁3的主跨位于河道上方，全部为钢加劲梁31，这不仅能够实现主梁3较大的跨越能力，而且通过对钢加劲梁31采用顶推施工方法，还可以减少工期，不影响河道的航运。因此，针对主梁3不同结构段上性能要求的不同及所处现场施工条件的差异，主梁3采用了在不同位置使用不同材料进行建造的混合梁结构模式，这不仅使各类建筑材料的性能和优点得到了充分的利用，也从整体上降低了桥梁建造的成本，其经济性和性能上的优越性是显而易见的。
权利要求
1.一种独塔自锚式悬索桥，其特征在于它包括一个索塔(2)以及主缆(1)、主梁(3)和吊杆(4)，主缆(1)的中部支承于索塔(2)的顶部，主缆(1)的两端固定于主梁(3)上，主梁(3)通过吊杆(4)悬吊于主缆(1)的下方，所述主梁(3)为混合梁，其主跨部为钢加劲梁(31)，主跨部两侧的边跨部和锚跨部均采用混凝土加劲梁(32)，所述钢加劲梁(31)和混凝土加劲梁(32)通过钢混结合部(33)连接过渡，钢混结合部(33)处的混凝土加劲梁(32)外包有承压钢板(61)，承压钢板(61)与钢混结合部(33)处的钢加劲梁(31)固接。
2.根据权利要求1所述的独塔自锚式悬索桥，其特征在于所述钢混结合部(33)处钢加劲梁(31)内设有横隔板(64)。
3.根据权利要求1或2所述的独塔自锚式悬索桥，其特征在于所述钢加劲梁(31)内部沿纵向设有纵梁(7)，纵梁(7)位于钢加劲梁(31)内顶板与底板之间，所述纵梁(7)内沿纵向铺设有纵向加劲板(71)，纵梁(7)内沿横向铺设有横向加劲板(72)。
4.根据权利要求3所述的独塔自锚式悬索桥，其特征在于所述纵梁(7)与钢加劲梁(31)的底板之间设有梁底加劲件(8)，所述梁底加劲件(8)包括纵向加劲钢板(81)和横向加劲钢板(82)，纵向加劲钢板(81)沿纵向铺设于纵梁(7)与钢加劲梁(31)的底板之间，纵向加劲钢板(81)上间隔布置有横向加劲钢板(82)。
5.根据权利要求1或2所述的独塔自锚式悬索桥，其特征在于所述钢混结合部(33)处内部设有用来连接钢加劲梁(31)和混凝土加劲梁(32)的PBL剪力连接件(5)和栓钉(51)，所述PBL剪力连接件(5)为设置于钢加劲梁(31)的底板、顶板以及腹板延伸段设置的传剪肋条，传剪肋条上开设有孔，孔内插设有钢筋，所述栓钉(51)布置在承压钢板(61)。
6.根据权利要求4所述的独塔自锚式悬索桥，其特征在于所述钢混结合部(33)处内部设有用来连接钢加劲梁(31)和混凝土加劲梁(32)的PBL剪力连接件(5)和栓钉(51)，所述PBL剪力连接件(5)为设置于钢加劲梁(31)的底板、顶板以及腹板延伸段设置的传剪肋条，传剪肋条上开设有孔，孔内插设有钢筋，所述栓钉(51)布置在承压钢板(61)。
7.根据权利要求1或2所述的独塔自锚式悬索桥，其特征在于所述钢混结合部(33)处钢加劲梁(31)内底板、顶板以及腹板上均设有U型肋(62)，U型肋(62)上设有π型加劲肋(63)。
8.根据权利要求6所述的独塔自锚式悬索桥，其特征在于所述钢混结合部(33)处钢加劲梁(31)内底板、顶板以及腹板上均设有U型肋(62)，U型肋(62)上设有π型加劲肋(63)。
全文摘要
本发明公开了一种独塔自锚式悬索桥，它包括一个索塔以及主缆、主梁和吊杆，主缆的中部支承于索塔的顶部，主缆的两端固定于主梁上，主梁通过吊杆悬吊于主缆的下方，所述主梁为混合梁，其主跨部为钢加劲梁，主跨部两侧的边跨部和锚跨部均采用混凝土加劲梁，所述钢加劲梁和混凝土加劲梁通过钢混结合部连接过渡，钢混结合部处的混凝土加劲梁外包有承压钢板，承压钢板与钢混结合部处的钢加劲梁固接。本发明是一种结构简单、具有较大跨越能力和可观经济效益、且经久耐用、施工时不影响通航的独塔自锚式悬索桥。
文档编号E01D11/02GK101078196SQ20071003527
公开日2007年11月28日 申请日期2007年7月4日 优先权日2007年7月4日
发明者胡建华, 向建军, 张贵明, 刘榕, 李瑜, 崔剑峰 申请人:湖南省交通规划勘察设计院