一种新型桥梁及其施工方法与流程

本发明涉及桥梁建设技术领域，具体而言，涉及一种新型桥梁及其施工方法。

背景技术：

在现代桥梁建设中，常常需要建造大跨度桥梁来跨越海峡和山谷。当遇到较大海峡或者宽山谷时，就需要增加桥梁的跨度。在大跨度桥型中，悬索桥是主要使用的桥型之一，但它受自身的极限跨度限制。对于悬索桥，由于鞍座及主缆与吊索连接处具有较大剪力，难以实现桥梁跨度的增加。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种新型桥梁，将传统悬索桥中的悬索用斜拉索代替，并且在主跨中梁段引入了平衡索，可有效地提高新型桥梁的跨径。

本发明的另一目的在于提供一种新型桥梁的施工方法，克服了传统斜拉桥靠近主梁轴力过大的问题，同时避免了传统悬索桥主缆中出现较大剪应力的问题，使其能够有效地提高新型桥梁的跨径。

本发明是这样实现的：

一种新型桥梁，具有超大跨度，包括M个桥塔、主梁、主斜拉索、平衡索及分布于新型桥梁延伸方向两端地基上的锚碇，桥塔与主梁刚性连接，主梁包括位于相邻两个桥塔之间的主跨中梁段、位于桥塔两侧的桥塔梁段，平衡索设置于主跨中梁段；

主斜拉索包括第一外侧拉索、第二外侧拉索和N个内侧拉索，第一外侧拉索的一端、第二外侧拉索的一端分别固定在新型桥梁最外侧的两个桥塔上，第一外侧拉索的另一端、第二外侧拉索的另一端分别固定在锚碇上；

主跨中梁段的数量与内侧拉索的数量相等，每个内侧拉索具有分别位于两端的两个连接端部、位于两个连接端部之间的中间连接部，两个连接端部分别与相邻的两个桥塔连接，中间连接部连接在主跨中梁段；

M＝N+1、且N≥1的正整数。

优选地，新型桥梁还包括与桥塔一一对应的多个副斜拉索，每个副斜拉索的两个端部分别固定在位于桥塔两侧的桥塔梁段，副斜拉索的两个端部之间的转接部固定在桥塔上。

优选地，新型桥梁是两塔单跨半锚式桥梁。

优选地，新型桥梁是三塔两跨半锚式桥梁。

优选地，主斜拉索的材质为碳纤维。

优选地，副斜拉索的材质为碳纤维。

优选地，平衡索材质为碳纤维。

一种新型桥梁的施工方法，包括以下步骤：修建锚碇和M个桥塔；吊装桥塔梁段；以及吊装主跨中梁段并拉设平衡索和主斜拉索。

优选地，吊装桥塔梁段时，还包括拉设副斜拉索。

优选地，吊装主跨中梁段并拉设平衡索和主斜拉索的方法是：在相邻两个桥塔之间，由中部分别向新型桥梁延伸方向的两端吊装主跨中梁段直至与桥塔梁段合龙，并同时拉设平衡索及主斜拉索；

或者，在相邻两个桥塔之间，由相对的桥塔梁段向中部吊装主跨中梁段直至合龙，并同时拉设平衡索和主斜拉索。

本发明实施例的有益效果是：本发明提供了一种新型桥梁，将传统悬索桥中的悬索用斜拉索代替，避免了传统悬索桥中出现较大剪切力的问题，在主跨中梁段引入了平衡索，可在很大程度上减小主梁的压力，同时，斜拉索和平衡索的材质采用的是高强度、低密度的碳纤维，从而可有效地提高新型桥梁的跨径。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

图1为本发明实施例1提供的新型桥梁结构示意图；

图2为本发明实施例1新型桥梁施工过程示意图；

图3为本发明实施例2提供的新型桥梁结构示意图；

图4为本发明实施例2新型桥梁施工过程中斜拉区域修建过程示意图；

图5为本发明实施例2新型桥梁施工过程中第一种方法修建悬索区域过程示意图；

图6为本发明实施例2新型桥梁施工过程中第二种方法修建悬索区域过程示意图。

图标：100-新型桥梁；110-第一桥塔；112-第二桥塔；120-主梁；130-主斜拉索；140-平衡索；150-第一锚碇；152-第二锚碇；122-桥塔梁段；124-主跨中梁段；132-第一外侧拉索；134-第二外侧拉索；136-内侧拉索；137-内侧第一拉索；138-内侧第二拉索；160-第一连接端部；162-第二连接端部；164-第一中间连接部；166-第二中间连接部；200-新型桥梁；210-第一桥塔；212-第二桥塔；214-第三桥塔；220-主梁；230-主斜拉索；240-平衡索；270-副斜拉索；250-第一锚碇；252-第二锚碇；222-桥塔梁段；224-主跨中梁段；232-第一外侧拉索；234-第二外侧拉索；236-第一内侧拉索；238-第二内侧拉索；237-内侧第一拉索；239-内侧第二拉索；260-第一连接端部；262-第二连接端部；263-第一中间连接部；264-第二中间连接部。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

图1为本实施例提供的一种两塔单跨自锚式新型桥梁100的结构示意图。参照图1，新型桥梁100包括第一桥塔110、第二桥塔112、主梁120、主斜拉索130、平衡索140、第一锚碇150和第二锚碇152。在本实施例中设置有两个桥塔，但在本发明的其它实施例中并不局限于两个桥塔，也可以是三个桥塔、四个桥塔。

第一锚碇150和第二锚碇152分别分布于新型桥梁100延伸方向两端的地基上，从而将主斜拉索130上承受的力通过锚碇传递给地基。

第一桥塔110和第二桥塔112分别与主梁120刚性连接，主梁120包括桥塔梁段122和主跨中梁段124，在本实施例中，桥塔梁段122为两个，且分别与第一桥塔110和第二桥塔112相对应。其中一个桥塔梁段122位于第一桥塔110两侧，另一个桥塔梁段122位于第二桥塔112两侧，主跨中梁段124位于第一桥塔110与第二桥塔112之间且其两端分别与两个桥塔梁段122连接。

在本发明中，主斜拉索130的设置可以平衡主梁120的轴力，避免主梁120因自身重力过大而使桥面发生过大的扭曲变形。在本实施例中，主斜拉索130的材质例如可以为碳纤维，但在本发明的其它实施例中，主斜拉索130的材质也可以是其它的，例如钢绞线。

主斜拉索130包括第一外侧拉索132、第二外侧拉索134和内侧拉索136；在本实施例中第一外侧拉索132的一端、第二外侧拉索134的一端分别固定在第一桥塔110和第二桥塔112上，第一外侧拉索132的另一端、第二外侧拉索134的另一端分别固定在第一锚碇150和第二锚碇152上。

在本实施例中第一外侧拉索132和第二外侧拉索134的数量分别是五个，但在本发明的其它实施例中，第一外侧拉索132与第二外侧拉索134的数量并不局限于五个，也可以是其它的，例如一个、四个、六个。

内侧拉索136具有分别位于两端的第一连接端部160、第二连接端部162、位于两个连接端部之间的第一中间连接部164、第二中间连接部166，第一连接端部160固定在第一桥塔110上，第二连接端部162固定在第二桥塔112上；第一中间连接部164和第二中间连接部166分别固定在主跨中梁段124。

在本实施例中内侧拉索136数量是六个，每个内侧拉索136包括两部分，分别是内侧第一拉索137和内侧第二拉索138，即内侧第一拉索137数量是六个，内侧第二拉索138数量也是六个；内侧拉索136的数量根据主梁120所受的轴力和每个内侧拉索136能承受的拉力确定，但在本发明的其它实施例中内侧拉索136的数量也可以是其它的，为了分散每个内侧拉索136承受的力，内侧拉索136也可以是一个、五个、七个等。

每个内侧第一拉索137的第一连接端部160、内侧第二拉索138的第二连接端部162分别沿第一桥塔110、第二桥塔112的自由端依次布置，每个第一中间连接部164和第二中间连接部166依次沿靠近主跨中梁段124的方向相对布置，即沿主梁120的长度方向间隔分布，且各个连接部之间的距离可以根据具体的受力情况进行调节。

在本发明中平衡索140设置于主跨中梁段124，且平衡索140的两端分别与第一中间连接部164和第二中间连接部166相对设置，从而可以平衡内侧拉索136对主梁120的拉力；故在本实施例中平衡索140的数量也是六个，平衡索140的数量可以根据平衡索140的材质、型号、尺寸以及受力情况进行选择，本发明不对其具体数量做限定。在本实施例中平衡索140的材质为碳纤维，但在本发明的其它实施例中平衡索140的材质也可以是其它的，并不局限于碳纤维，例如钢绞线。

上述新型桥梁100采用的是从主跨中梁段124到第一桥塔110与第二桥塔112的悬臂施工方法，请参阅图2，包括以下步骤：

步骤一，施工桥梁基础，即修建第一锚碇150、第二锚碇152、第一桥塔110和第二桥塔112；

步骤二，利用悬臂施工法进行桥塔梁段122的吊装；

步骤三，在第一桥塔110与第二桥塔112之间，吊装主跨中梁段124，由中部分别向第一桥塔110与第二桥塔112的方向吊装，并同时拉设平衡索140和主斜拉索130，直至主跨中梁段124与桥塔梁段122合龙。

需要说明的是：步骤三中所说的中部是基于图2所示的位置，即第一桥塔110与第二桥塔112中间。

实施例2

本实施例提供了一种三塔两跨半锚式新型桥梁200，新型桥梁200与实施例1中的新型桥梁100的主要区别在于：

参照图3，新型桥梁200包括第一桥塔210、第二桥塔212、第三桥塔214、主梁220、主斜拉索230、平衡索240、副斜拉索270、第一锚碇250及第二锚碇252。在本实施例中设置有三个桥塔，但在本发明的其它实施例中并不局限于三个桥塔，也可以是两个、四个。

第一锚碇250和第二锚碇252分别分布于新型桥梁200延伸方向两端的地基上。桥塔与主梁220刚性连接，主梁220包括桥塔梁段222和主跨中梁段224，在本实施例中，桥塔梁段222分别位于第一桥塔210、第二桥塔212及第三桥塔214两侧，主跨中梁段224分别位于第一桥塔210与第二桥塔212之间、第二桥塔212与第三桥塔214之间，且主跨中梁段224分别与三个桥塔两侧的桥塔梁段222相连。

在本实施例中，主斜拉索230的材质为碳纤维，主斜拉索230包括第一外侧拉索232、第二外侧拉索234、第一内侧拉索236和第二内侧拉索238，第一外侧拉索232的一端、第二外侧拉索234的一端分别固定在第一桥塔210、第二桥塔212上，第一外侧拉索232的另一端、第二外侧拉索234的另一端分别固定在第一锚碇250、第二锚碇252上。

在本实施例中第一外侧拉索232和第二外侧拉索234的数量分别是三个，但在本发明的其它实施例中，第一外侧拉索232与第二外侧拉索234的数量并不局限于三个，也可以是其它的，例如四个、五个。

在本实施例中，第一桥塔210与第二桥塔212之间设置有第一内侧拉索236，第二桥塔212与第三桥塔214之间设置有第二内侧拉索238；第一内侧拉索236具有分别位于两端的第一连接端部260、第二连接端部262和位于两个连接端部之间的第一中间连接部263、第二中间连接部264；第一连接端部260固定在第一桥塔210上，第二连接端部262固定在第二桥塔212上；第一中间连接部263和第二中间连接部264分别固定在第一桥塔210与第二桥塔212之间的主跨中梁段224。

在本实施例中第一内侧拉索236数量是五个，每个第一内侧拉索236分为两部分，内侧第一拉索237和内侧第二拉索239，即内侧第一拉索237数量是五个，内侧第二拉索239数量也是五个；但在本发明的其它实施例中第一内侧拉索236的数量也可以是其它的，例如六个、七个等。

每个内侧第一拉索237的第一连接端部260、内侧第二拉索239的第二连接端部262分别沿第一桥塔210、第二桥塔212的自由端依次布置，每个第一中间连接部263和第二中间连接部264依次沿靠近主跨中梁段224的方向相对布置。

在本实施例中，位于第二桥塔212与第三桥塔214之间的第二内侧拉索238的布置方式与第一内侧拉索236原理相同，且第二内侧拉索238与第一内侧拉索236的数量也相等，都是五个。

新型桥梁200中还有与桥塔一一对应的副斜拉索270，每个副斜拉索270的两个端部分别固定在位于桥塔两侧的桥塔梁段222，副斜拉索270的两个端部之间的转接部固定在桥塔上。在本实施例中，副斜拉索270的材质是碳纤维，但在本发明的其它实施例中，副斜拉索270的材质也可以是其它的，例如钢绞丝，但必须保证在同一实施例中，副斜拉索270所用的材质相同，从而确保新型桥梁200各部分受力均衡。

在本实施例中，每个桥塔两侧均设置副斜拉索270的目的是为了在超大跨度的桥梁中，减少桥塔梁段222的压力。

在本实施例中，平衡索240分别设置于位于第一桥塔210与第二桥塔212之间和第二桥塔212与第三桥塔214之间的主跨中梁段224；在第一桥塔210与第二桥塔212之间的主跨中梁段224上，平衡索240的两端分别与第一中间连接部263和第二中间连接部264相对设置，从而可以平衡第一内侧拉索236对主梁220的拉力；故在本实施例中平衡索240的数量也是五个。同理，第二桥塔212与第三桥塔214之间的主跨中梁段224上是平衡索240的设置和第一桥塔210与第二桥塔212之间的主跨中梁段224上平衡索240的设置原理相同。

在本实施例中平衡索240的材质为碳纤维，但在本发明的其它实施例中平衡索240的材质也可以是其它的，并不局限于碳纤维，例如钢绞线。

新型桥梁200结合了传统斜拉桥及悬索桥的传力特性，通过用斜拉索代替传统的悬索，来改变主缆传力机制，使得主缆不产生剪应力。理论分析表明：与同跨度传统悬索桥相比，主缆最大剪应力值从14.2降到10^-4量级，有效地避免了剪应力的出现。同时，在主跨中梁段224设置平衡索240有效降低斜拉桥主梁220轴力，使用MADIS软件建立有限元模型，数值分析表明：与传统斜拉桥相比，相同塔高条件下，当平衡索240长度达到主跨一半时，主梁220中轴力可以降低大约66％。

在本实施例中，主斜拉索230、副斜拉索270及平衡索240的材质均为碳纤维，碳纤维材质的使用可使新型桥梁200具有更大跨度，理论计算表明：当垂跨比取1/10，安全因子取2时，用高强钢丝作为主缆的传统悬索桥极限跨径大约为8300米；而用高强碳纤维作为拉索的新型桥梁200的极限跨径大约为72000米，约为传统悬索桥跨径的8.8倍。

与传统大跨度桥相比，新型桥梁200具有更好的经济效益。计算表明：与传统钢缆斜拉桥比，当跨径超过1700米时，该新型桥梁200体系具有更好的经济效益；与传统钢缆悬索桥相比，当跨径超过2600米时，该新型桥梁200具有更好的经济效益。

为简化表示，本实施例中没有提及之处，请参阅实施例1中相应的内容。

本实施例还提供了一种新型桥梁200的施工方法，请参阅图4、图5，包括以下步骤：

步骤一，施工桥梁基础，即修建第一锚碇250、第二锚碇252、第一桥塔210、第二桥塔212及第三桥塔214；本实施例中桥塔采用的是钢材和混凝土组合结构，在其它实施例中桥塔也可以采用混凝土结构；

步骤二，利用悬臂施工法进行桥塔梁段222的吊装，安装并拉设副斜拉索270；本实施例中主梁220采用的是扁平钢箱梁；吊装主梁220节段，并拉设副斜拉索270，两者交替进行，完成斜拉区域的修建；

步骤三，分别从第一桥塔210与第二桥塔212之间、第二桥塔212与第三桥塔214之间吊装主跨中梁段224的主梁220节段；然后由中部分别向第一桥塔210与第二桥塔212的方向、第二桥塔212与第三桥塔214的方向进行修建，吊装主梁220节段，并同时拉设平衡索240和主斜拉索230，重复以上过程，直至主跨中梁段224分别与第一桥塔210和第二桥塔212、第二桥塔212与第三桥塔214合龙，完成悬索区域的修建，最终完成新型桥梁200的修建。

在本施工方法中，除了步骤三的实施方式外，还可以采用其它的实施方式实现桥梁的修建，请参阅图6，例如：

在完成上述步骤二的修建后，拉设主斜拉索230和平衡索240，然后吊装第一桥塔210与第二桥塔212之间、第二桥塔212与第三桥塔214之间的主跨中梁段224的主梁220节段，实现主跨中梁段224边侧区域的修建，同时拉设平衡索240和主斜拉索230；分别从第一桥塔210与第二桥塔212、第二桥塔212与第三桥塔214相对的桥塔梁段222向中部吊装主梁220节段，拉设平衡索240和主斜拉索230，完成主跨中梁段224的修建，最终完成新型桥梁200的修建。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。