专利名称：双拼式矮塔斜拉桥的制作方法
技术领域：
本发明属于交通基础设施建设的技术领域，具体涉及一种双拼式矮塔斜拉桥。
背景技术：
矮塔斜拉桥又称部分斜拉桥，它兼有斜拉桥和悬浇变截面预应力混凝土连续梁桥二种桥型的结构优点，具有较大的刚度和较低的桥塔高度，桥型美观，跨越能力大，在100-300米跨径范围内具有很强的竞争力，是一种很有发展潜力的桥型结构。近十年来，其发展速度尤为迅猛，在全世界范围内已有近百座矮塔斜拉桥建成，其中有50余座在我国境内。施文杰在《矮塔斜拉桥在国内外的发展与实践》(《现代交通技术》2012年第3期P22-25)一文中，介绍了矮塔斜拉桥在国内外的发展历史，归纳出了其结构特点，并给出了目前已建成或在建的部分国内、国外矮塔斜拉桥的工程实例。矮塔斜拉桥的结构体系主要有二大类型:塔梁墩固结体系，以及塔梁固结、塔墩分离体系。矮塔斜拉桥受力特点:其受力性能介于梁式桥和斜拉桥之间。矮塔斜拉桥以主梁受弯、受压、受剪和索受拉共同承受竖向荷载，斜拉索从受力特征上更像主梁的体外索，承受部分荷载，对主梁起加劲作用。斜拉索只分担部分荷载，还有大部分的荷载由梁的受弯、受剪来承受。其主梁刚度较大，不仅受轴向压力，还要承担相当部分的弯矩和剪力，其受力分工更具有选择性。矮塔斜拉桥以梁受力为主，以索为辅，主梁和桥塔刚度较大，可以人为地设计成各种结构体系、支承体系和不同参数的受力体系，每一座此类型桥梁的动力特性不尽相同。矮塔斜拉桥作为一种新兴的组合体系桥梁结构形式，兼有斜拉桥和变截面连续梁桥的特点。陈明宪编著的《斜拉桥建造技术》(人民交通出版社出版发行)P52给出了矮塔斜拉桥具有以下特点:1、塔较矮，塔高与跨度之比为1/8-1/12，常规斜拉桥的塔高与跨度之比为1/4-1/5 ;2、梁的无索区较长，没有端锚索；3、边跨与主跨的比值较大，一般大于0.5 ;
4、梁高较大，高跨比为1/30-1/40，常做成变高度梁；5、拉索对竖向恒活载分担率小于30%，受力以梁为主，索为辅；6、斜拉索的应力变幅较小，可按体外预应力索设计。矮塔斜拉桥按拉索索面的设置分为单索面、双索面(又分为竖向和斜向)、三索面3种类型。采用单索面时，拉索对主梁抗扭不起作用，主梁应采用抗扭刚度较大的截面。单索面的优点是桥面上视野开阔。采用双索面时，作用于桥梁上的扭矩可由拉索的轴力来抵抗，主梁可采用较小抗扭刚度的截面。至于斜向双索面，它对桥面梁体抵抗风力扭振特别有利(斜向双索面限制了主梁的横向摆动)。采用三索面时，除具有双索面的作用特点外，还可将桥梁建成宽幅桥梁。矮塔斜拉桥按桥梁宽度和索面的布置分为单索面矮塔斜拉桥、双索面矮塔斜拉桥、双索面宽幅矮塔斜拉桥、三索面矮塔斜拉桥、四索面矮塔斜拉桥。矮塔斜拉桥按照其主梁之箱梁所采用的结构材料分类，可分为预应力混凝土结构、钢结构、钢与混凝土的混合梁结构、波形钢腹板结构等。
美国新珍珠港纪念大桥为双塔三索面矮塔斜拉桥，全桥总宽33.70米。宁夏银川艾倚河上的景观水道斜拉桥单幅桥宽60米，是目前世界上已建成的单幅最宽的矮塔斜拉桥。杨曙岚等人在《宽幅矮塔斜拉桥抗震分析与设计》(《公路交通科技.应用技术版》2012年第12期P257-261) —文中所提及的背景工程——江苏省丹阳市齐梁路京杭运河大桥，主桥为(70+120+70)米双塔双索面预应力混凝土矮塔斜拉桥，总体采用塔梁固结、墩梁分离的形式，主梁采用双箱梁加横梁组合体系，桥面全宽43米，采用整体式断面，主塔(即拉索区)设于侧分带，双塔中间为双向6车道，双塔外侧为非机动车道和人行道。该桥采用双箱梁加横梁组合体系，形成整体式断面，构成了“双箱梁+中虚拟纵梁(桥面板)+横梁”的空间梁格模式。该桥具有双拼单索面矮塔斜拉桥成桥后的外观。205国道江苏省淮安市西绕城公路京杭运河特大桥，该桥系单索面矮塔斜拉桥，采用单箱三室箱梁，双向6车道，其横断面组成为:栏杆0.50米+快车道12.50米(路缘带
0.50米+行车道3.75米*3 +路缘带0.75米)+中间带2.50米(护栏0.50米+索塔区1.50米+护栏0.50米)+快车道12.50米(路缘带0.75米+行车道3.75米*3+路缘带0.50米)+栏杆0.50米。桥面总宽28.50米。福建省泉州市晋江大桥主梁采用高性能预应力混凝土双波浪鱼腹式梁体新技术，有效抵御台风的袭击和防止桥梁产生涡流共振，为国内首创。其正桥两箱梁之间设置连接横梁，从而使得主梁宽度达38米，其横梁连接方式值得借鉴。
发明内容
本发明的目的在于:提供一种双拼式矮塔斜拉桥，它是将单索面矮塔斜拉桥进行双拼加宽而成的双索面宽幅矮塔斜拉桥，适用于一次性整体规划设计而分期加宽建设实施的较大跨径的公路(或城市)桥梁，或为利用老桥位改(扩)建新桥时半幅施工半幅通车的经济可行的桥梁建设方案。本发明的技术解决方案是:该双拼式矮塔斜拉桥由单索面矮塔斜拉桥进行双拼加宽而成，即先将一座单索面矮塔斜拉桥成桥并使用后，按照建设时序再将相邻的另一座单索面矮塔斜拉桥进行主体合拢，然后在二个单索面矮塔斜拉桥的箱梁之间设置横梁使其刚性连接，最后现浇桥面板、调平层并铺筑桥面；对于新建双拼式矮塔斜拉桥，其施工方法是先建设一座单索面矮塔斜拉桥作为新桥的半幅，先行使用，后按照建设时序再建设另一座单索面矮塔斜拉桥作为新桥的另半幅，最后将二座单索面矮塔斜拉桥拼接成为双索面(宽幅)的双拼式矮塔斜拉桥；对于将老桥改(扩)建成双拼式矮塔斜拉桥，其施工方法是先在老桥一侧建设一座单索面矮塔斜拉桥作为新桥的半幅，先行使用，再拆除老桥后建设另一座单索面矮塔斜拉桥作为新桥的另半幅，最后将二座单索面矮塔斜拉桥拼接成为双索面(宽幅)的双拼式矮塔斜拉桥。其中，单索面矮塔斜拉桥的结构体系采用塔梁固结、塔墩分离体系，在塔与梁下面的墩顶设置盆式支座，选用预应力混凝土箱梁或钢箱梁。其中，二座单索面矮塔斜拉桥之间的拼接采用钢筋混凝土横梁刚性连接(也可采取预应力混凝土箱梁作为横梁刚性连接)，即在二个单索面矮塔斜拉桥的箱梁之间增设横梁，与斜拉索所拉箱梁内的横隔板(梁)、墩顶横梁、端横梁刚性连接。
其中，横向拼接步骤:当单索面矮塔斜拉桥的箱梁采用预应力混凝土箱梁时，在单索面矮塔斜拉桥的墩顶横梁、端横梁和所有斜拉索所吊拉的箱梁内的横隔板(梁)的加宽侧预设搭接接头，在二个单索面矮塔斜拉桥的箱梁之间增设横梁，横梁预制安装并现浇湿接头或设置托架现浇，横梁与单索面矮塔斜拉桥的墩顶横梁、端横梁和所有斜拉索所吊拉的箱梁内的横隔板(梁)进行刚性连接；其施工顺序与主梁箱梁的施工顺序一样，先实施与墩顶O号块箱梁所对应的横梁O号梁，后依次对称实施与I号(I' )、2号(2' )、3号(3')块箱梁……所对应的横梁；如采取预应力混凝土箱梁作为横梁，应在箱梁内的横隔板(梁)和增设的横梁内预设预应力管道，用以施加横向预应力；最后在横梁上现浇桥面板、调平层，其施工顺序参照横梁的施工顺序；当单索面矮塔斜拉桥的箱梁采用钢箱梁时，在二个单索面矮塔斜拉桥的钢箱梁之间增设钢横梁，钢箱梁与钢横梁之间采用栓焊连接。其中，该双拼式矮塔斜拉桥的桥面宽度用两箱梁间增设的横梁的长短来调节，做成双索面宽幅矮塔斜拉桥。其中，二座单索面矮塔斜拉桥之间采用刚性连接进行拼接后，单索面矮塔斜拉桥结构转换为双索面矮塔斜拉桥结构，双索面之间的主梁由空间双悬臂结构受力体系转变成了空间梁格结构受力体系；设计时根据受力体系转换前后的主梁受力状态及其受力大小，拟定主梁各部位尺寸并对其进行配筋设计和验算。其中，将先建设的作为新桥半幅的单索面矮塔斜拉桥的桥面横坡设计为一边是2%坡另一边是平坡(拼宽侧)，将后建设的作为新桥另半幅的单索面矮塔斜拉桥的桥面横坡设计为一边是平坡(拼宽侧)另一边是2%坡；现浇调平层将双拼单索面矮塔斜拉桥后所形成的双索面之间的桥面平坡调整为2%双向横坡，并消除二座单索面矮塔斜拉桥的箱梁顶面(拼接侧)之高程误差而设置的，采用10 — 20厘米的现浇混凝土。其中，桥梁的桩基础、墩台及墩台顶的盆式支座均由双索面(宽幅)矮塔斜拉桥结构状态来总体控制设计或选型，分期(或分幅)建设实施。其中，当采用预 应力混凝土箱梁进行“双箱梁+横梁”拼接连接施工时，或当采用钢箱梁进行“双钢箱梁+钢横梁”的拼接(焊接或高强螺栓连接)施工连接时，均应考虑施工期间通行车辆对桥梁结构施工拼宽时的影响，采取车辆临时绕行而短期中断交通方案，或采取横梁现浇早强混凝土，以缩短桥梁结构拼宽施工的工期。本发明具有以下优点:
1、整体设计，分期(分幅)实施；适用于一次性整体规划设计而分期建设实施的公路(或城市)桥梁，可缓解一次性建设的投资压力，并满足交通量增长的需求；对于老桥改扩建工程，可节省搭设临时便桥的费用，并满足施工期间半幅施工半幅通行而不中断交通的需求。2、布跨灵活，结构合理；主跨可在100-200米之间选择，甚至可以选择更大跨径；可布设单塔双跨、双塔三跨或多塔多跨连续结构的桥梁，该类结构具有桥塔矮、主梁矮、跨径大、桥面宽、分期(幅)建等显著特点，结构受力合理。3、采用“双箱梁+横梁”拼接连接技术，先整体设计后分期建设双拼桥梁，是桥梁建造技术的一种创新方法。4、双拼单索面矮塔斜拉桥易于形成双索面(宽幅)矮塔斜拉桥，双拼单索面矮塔斜拉桥的桥面总宽度是单索面矮塔斜拉桥的桥面总宽度的2倍以上，是建造宽幅桥梁之首选方案。
5、以单(单索面矮塔斜拉桥)拼双(双索面矮塔斜拉桥)，施工方便；主梁之箱梁和两箱梁之间的横梁可采用吊架现浇法或采用预制拼接法施工，工艺成熟，成桥便捷。6、桥型美观，经济性好；双拼式矮塔斜拉桥造型简洁流畅、桥面视野开阔、桥型轻巧美观，该类较大跨径桥梁的造价低于挂篮悬浇预应力混凝土变截面连续箱梁桥、斜拉桥和悬索桥。
图1为江苏省丹阳市齐梁路点杭运河大桥主桥立面不意图。图2为江苏省丹阳市齐梁路京杭运河大桥主桥平面布置示意图。图3为江苏省丹阳市齐梁路点杭运河大桥主桥横断面布置不意图。图4为205国道江苏省淮安市西绕城公路京杭运河特大桥立面示意图。图5为205国道江苏省淮安市西绕城公路京杭运河特大桥平面布置示意图。图6为205国道江苏省淮安市西绕城公路京杭运河特大桥横断面布置示意图。图7为本发明的双拼式矮塔斜拉桥横断面布置示意图。
具体实施例方式如图7所示，该双拼式矮塔斜拉桥可由单索面矮塔斜拉桥进行双拼加宽而成；即先将一座单索面矮塔斜拉桥成桥后，按照建设时序再将相邻的另一座单索面矮塔斜拉桥进行主体合拢，然后在二个单索面矮塔斜拉桥的箱梁之间设置横梁使其刚性连接，最后现浇桥面板、调平层并铺筑桥面；对于新建双拼式矮塔斜拉桥，其施工方法是先建设一侧单索面矮塔斜拉桥作为新桥的半幅，再 建设另一侧单索面矮塔斜拉桥作为新桥的另半幅，最后将二座单索面矮塔斜拉桥拼接成为双索面(宽幅)的双拼式矮塔斜拉桥；对于将老桥改扩建成双拼式矮塔斜拉桥，其施工方法是先在老桥一侧建设一座单索面矮塔斜拉桥作为新桥的半幅，再拆除老桥后建设另一座单索面矮塔斜拉桥作为新桥的另半幅，最后将二座单索面矮塔斜拉桥拼接成为双索面(宽幅)的双拼式矮塔斜拉桥。其中，单索面矮塔斜拉桥的结构体系采用塔梁固结、塔墩分离体系，在塔与梁下面的墩顶设置盆式支座，选用预应力混凝土箱梁或钢箱梁。其中，二座单索面矮塔斜拉桥之间的拼接采用钢筋混凝土横梁刚性连接(也可采用预应力混凝土箱梁作为横梁)，即在二个单索面矮塔斜拉桥的箱梁之间增设横梁，与斜拉索所拉箱梁内的横隔板(梁)、墩顶横梁、端横梁刚性连接。其中，横向拼接步骤:当单索面矮塔斜拉桥的箱梁采用预应力混凝土箱梁时，在单索面矮塔斜拉桥的墩顶横梁、端横梁和所有斜拉索所吊拉的箱梁内的横隔板(梁)的加宽侧预设搭接接头，在二个单索面矮塔斜拉桥的箱梁之间增设横梁，横梁与单索面矮塔斜拉桥的墩顶横梁、端横梁和所有斜拉索所吊拉的箱梁内的横隔板(梁)进行托架现浇钢筋混凝土的刚性连接；或预制安装并现浇湿接头的横梁，其施工顺序与主梁箱梁的施工顺序一样，先实施与墩顶O号块箱梁所对应的横梁O号梁，后依次对称实施与I号(I' )、2号(2' )、3号(3')块箱梁……所对应的横梁；如采用预应力混凝土箱梁作为连接横梁时，应在箱梁内的横隔板(梁)和增设的横梁内预设预应力管道，用以施加横向预应力；最后在横梁上现浇桥面板、调平层，其施工顺序参照横梁的施工顺序；当单索面矮塔斜拉桥的箱梁采用钢箱梁时，在二个单索面矮塔斜拉桥的钢箱梁之间增设钢横梁，钢箱梁与钢横梁之间采用栓焊连接。按以下具体步骤实施双拼式矮塔斜拉桥:
(O按照双拼式矮塔斜拉桥方案，即双索面宽幅矮塔斜拉桥一次性整体规划并设计拟新(改)建公路(或城市)桥梁；
(2)对于新建桥梁工程，先实施双拼式矮塔斜拉桥的半幅桥梁中的单索面矮塔斜拉桥，采用单箱三室(或多室)箱梁、挂篮悬浇法或预制悬拼法施工，双拼式矮塔斜拉桥的另外半幅桥梁根据交通量增长等需要分期建设实施；
(3)对于老桥改扩建工程，先在老桥一侧实施双拼式矮塔斜拉桥的半幅桥梁中的单索面矮塔斜拉桥，采用单箱三室(或多室)箱梁、挂篮悬浇法或预制悬拼法施工，待其成桥开放交通后再拆除老桥；
(4)依据拓宽桥梁的需要，拓宽实施双拼式矮塔斜拉桥的另半幅桥梁中的单索面矮塔斜拉桥，同样采用单箱三室(或多室)箱梁、挂篮悬浇法或预制悬拼法施工；
(5)在两箱梁之间实施连接横梁，采用吊架现浇法或预制安装法施工，完成由单索面矮塔斜拉桥结构向双索面(宽幅)矮塔斜拉桥结构的桥梁结构受力体系的转换；
(6)在已完成的连接横梁上采用承托模板现浇钢筋混凝土桥面板、调平层并铺筑桥面，将分期实施的二座单索面矮塔斜拉桥拼成一座双索面(宽幅)矮塔斜拉桥。以205国道江苏省淮安市西绕城公路京杭运河特大桥进行双拼为例，双塔中间设双向8车道，双塔外侧设慢车道和人行道，则其双拼式宽幅矮塔斜拉桥的横断面组成为:栏杆0.50米+人行道5.00米+慢车道7.50米+侧分带2.50米(护栏0.50米+索塔区1.50米+护栏0.50米)+快车道12.50米(路缘带0.50米+行车道3.75米*3 +路缘带0.75米)+快速公交道BRT8.00米+快车道12.50米(路缘带0.75米+行车道3.75米*3 +路缘带0.50米)+侧分带2.50米(护栏0.50米+索塔区1.50米+护栏0.50米)+慢车道7.50米+人行道5.00米+栏杆0.50米。桥面总宽64.00米。
权利要求
1.双拼式矮塔斜拉桥，其特征是:该双拼式矮塔斜拉桥由单索面矮塔斜拉桥进行双拼加宽而成；即先将一座单索面矮塔斜拉桥成桥后，按照建设时序再将相邻的另一座单索面矮塔斜拉桥进行主体合拢，然后在二个单索面矮塔斜拉桥的箱梁之间设置横梁使其刚性连接，最后现浇桥面板、调平层并铺筑桥面；对于新建双拼式矮塔斜拉桥，其施工方法是先建设一座单索面矮塔斜拉桥作为新桥的半幅，再建设另一座单索面矮塔斜拉桥作为新桥的另半幅，最后将二座单索面矮塔斜拉桥拼接成为双索面(宽幅)的双拼式矮塔斜拉桥；对于将老桥改扩建成双拼式矮塔斜拉桥，其施工方法是先在老桥一侧建设一座单索面矮塔斜拉桥作为新桥的半幅，待其成桥开放交通后，再拆除老桥建设另一座单索面矮塔斜拉桥作为新桥的另半幅，最后将二座单索面矮塔斜拉桥拼接成为双索面(宽幅)的双拼式矮塔斜拉桥。
2.根据权利要求1所述的双拼式矮塔斜拉桥，其特征是:单索面矮塔斜拉桥的结构体系采用塔梁固结、塔墩分离体系，在塔与梁下面的墩顶设置盆式支座，选用预应力混凝土箱梁或钢箱梁。
3.根据权利要求1所述的双拼式矮塔斜拉桥，其特征是:二座单索面矮塔斜拉桥之间的拼接采用钢筋混凝土横梁刚性连接，也可采取预应力混凝土箱梁作为横梁，即在二个单索面矮塔斜拉桥的箱梁之间增设横梁，与斜拉索所拉箱梁内的横隔板(梁)、墩顶横梁、端横梁刚性连接。
4.根据权利要求3所述的双拼式矮塔斜拉桥，其特征是所述横向拼接步骤如下:当单索面矮塔斜拉桥的箱梁采用 预应力混凝土箱梁时，在单索面矮塔斜拉桥的墩顶横梁、端横梁和所有斜拉索所吊拉的箱梁内的横隔板(梁)的加宽侧预设搭接接头，在二个单索面矮塔斜拉桥的箱梁之间增设横梁，横梁预制安装并现浇湿接头或托架现浇，横梁与单索面矮塔斜拉桥的墩顶横梁、端横梁和所有斜拉索所吊拉的箱梁内的横隔板(梁)间增设钢筋混凝土横梁刚性连接，也可采用预应力混凝土箱梁作为横梁刚性连接；其施工顺序与主梁箱梁的施工顺序一样，先实施与墩顶O号块箱梁所对应的横梁O号梁，后依次对称实施与I号(1,)、2号(2' )、3号(3')块箱梁……所对应的横梁；采用预应力混凝土箱梁作为连接横梁时，应在箱梁内的横隔板(梁)和增设的横梁内预设预应力管道，用以施加横向预应力 ’最后在横梁上现浇桥面板、调平层，其施工顺序参照横梁的施工顺序；当单索面矮塔斜拉桥的箱梁采用钢箱梁时，在二个单索面矮塔斜拉桥的钢箱梁之间增设钢横梁，钢箱梁与钢横梁之间采用栓焊连接。
5.根据权利要求4所述的双拼式矮塔斜拉桥，其特征是:采用双箱梁加横梁组合体系，从而形成整体式断面，构成了“双箱梁+中虚拟纵梁(桥面板)+横梁”的空间梁格模式。
6.根据权利要求4所述的双拼式矮塔斜拉桥，其特征是:双拼式矮塔斜拉桥的桥面宽度用两箱梁间增设的横梁的长短来调节，做成双索面宽幅矮塔斜拉桥。
7.根据权利要求4所述的双拼式矮塔斜拉桥，其特征是:二座单索面矮塔斜拉桥之间采用刚性连接进行拼接后，单索面矮塔斜拉桥结构转换为双索面矮塔斜拉桥结构，双索面之间的主梁由空间双悬臂结构受力体系转变成了空间梁格结构受力体系，根据受力体系转换前后的主梁受力状态及其受力大小，拟定主梁各部位尺寸并对其进行配筋设计和验算。
8.根据权利要求4所述的双拼式矮塔斜拉桥，其特征是:现浇调平层将双拼单索面矮塔斜拉桥后所形成的双索面之间的桥面平坡调整为2%双向横坡，消除二座单索面矮塔斜拉桥的箱梁顶面(拼接侧)之高程误差，采用10 — 20厘米厚的现浇混凝土。
9.根据权利要求4所述的双拼式矮塔斜拉桥，其特征是:桥梁的桩基础、墩台及墩台顶的盆式支座均由双索面(宽幅)矮塔斜拉桥结构状态来总体控制设计或选型，分期(或分幅)建设实施。
10.根据权利要求4所述的双拼式矮塔斜拉桥，其特征是:当采用钢箱梁时，在进行“双钢箱梁+钢横梁”拼接(焊接或高强螺栓连接)施工时，或当采用预应力混凝土箱梁时，在进行“双箱梁+横梁”拼接连接(现浇钢筋混凝土横梁)施工时，均应考虑施工期间通行车辆对桥梁结构施工拼宽时的影响，采取车辆临时绕行而短期中断交通方案，或采取横梁现浇早强混凝土，以缩短桥梁结 构拼宽施工的工期。
全文摘要
本发明公开了一种双拼式矮塔斜拉桥，该双拼式矮塔斜拉桥由单索面矮塔斜拉桥进行双拼加宽而成；其施工方法是先建设一座单索面矮塔斜拉桥作为新桥的半幅，再建设另一座单索面矮塔斜拉桥作为新桥的另半幅，最后将二座单索面矮塔斜拉桥拼接成为双索面(宽幅)的双拼式矮塔斜拉桥。本发明整体设计，分期建设，既可缓解建设投资压力，又能满足交通量增长需求，对于改(扩)建老桥还能够满足施工期间不中断交通的需求。
文档编号E01D21/10GK103147385SQ20131007951
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月13日 优先权日2013年3月13日
发明者张玉恒 申请人:江苏省淮安市航道管理处