一种管道悬索跨越结构抗风系统的制作方法

本实用新型涉及一种管道悬索跨越结构抗风系统，属于油气管道跨越工程设计领域。

背景技术：

管道悬索跨越工程是油气长输管道跨越河流最常用的方式之一，悬索跨越结构具有跨越能力强、结构刚度小、阻尼低等特点，对风荷载极为敏感，尤其在峡谷河流地区，受到峡谷风的影响，结构风振安全是管道跨越工程最为关注的方面之一。以往工程设计中，一般采用与水平面夹角较大的抗风索系统或者采用刚度较大的桥面结构，但受峡谷地形影响，常规的抗风索布置难度极大，且受抗风索安装的限制，不能提供足够的侧向和竖向刚度，同时刚度较大的桥面结构带来的工程费用较高。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种管道悬索跨越结构抗风系统，通过设置水平抗风索及风拉索、竖向共轭索及共轭索拉索，实现了管道悬索跨越结构抵抗水平风荷载和风荷载升力以及提高结构侧向和竖向刚度的目的，为峡谷地形条件下，解决管道跨越结构抗风安全问题提供了一种新的方式。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种管道悬索跨越结构抗风系统，设有两个管道悬索跨越桥塔，所述管道悬索跨越桥塔固定在桥墩上，所述桥墩下方设有承台；两条主缆分别穿过两个管道悬索跨越桥塔的顶端且在竖直方向均呈抛物线型设置，所述两条主缆的下方通过若干根平行布置的主缆吊索吊有管道悬索跨越桥面；所述管道悬索跨越结构抗风系统还包括：

两条水平抗风索，在水平方向均呈抛物线型设置，并与所述管道悬索跨越桥面在水平方向上平齐，且分别设置在所述管道悬索跨越桥面的两侧；所述两条水平抗风索分别通过若干根平行布置的风拉索与所述管道悬索跨越桥面连接；

共轭索，在竖直方向呈反向抛物线型设置，且设置在所述管道悬索跨越桥面的底部；所述共轭索通过若干根平行布置的共轭索拉索与所述管道悬索跨越桥面连接；

在所述管道悬索跨越桥面的一端或两端，所述水平抗风索和主缆共用锚固墩；所述水平抗风索和主缆共用锚固墩时，在所述桥墩的两侧设置风索转向支架实现水平抗风索的转向，所述水平抗风索的经风索转向支架锚固在风索和主缆共用锚固墩上。

进一步的，主缆锚固墩设置在所述管道悬索跨越桥面的两端；两条主缆分别设有相应的主缆背索，所述主缆背索锚固在所述主缆锚固墩上。

进一步的，在所述水平抗风索和主缆不共用锚固墩的一端，设有两个对称布置的水平抗风索锚固墩，用于锚固水平抗风索。

进一步的，由于重力作用，所述水平抗风索与水平面夹角范围在0.3o～1.5o之间。

进一步的，所述管道悬索跨越桥面的底部两端分别设有共轭索锚固墩，用于锚固共轭索。

进一步的，所述主缆、水平抗风索、共轭索、主缆吊索、风拉索和共轭索拉索均由若干根钢丝组成，并在所述主缆、水平抗风索、共轭索、主缆吊索、风拉索和共轭索拉索的两端分别设置有锚头；所述主缆吊索、风拉索和共轭索拉索的两端锚头分别连接索夹和叉耳，用于主缆、水平抗风索或共轭索与管道悬索跨越桥面的连接，以实现力的传递。

进一步的，所述若干根平行布置的风拉索在水平方向上垂直于管道悬索跨越桥面的纵向设置；所述若干根平行布置的共轭索拉索和主缆吊索在竖直方向上垂直于管道悬索跨越桥面的纵向设置。

进一步的，所述风索转向支架以桥墩为中心对称布置，且垂直于所述管道悬索跨越桥面的纵向设置，所述风索转向支架的两端均设置有耳板结构，所述水平抗风索穿过所述耳板结构，用于实现的水平抗风索的转向。

进一步的，所述风索转向支架包括上弦杆、下弦杆和腹杆，所述上弦杆和下弦杆均通过锚板和锚固钢筋对称锚固在桥墩的两侧，每一侧的上弦杆、下弦杆和桥墩均组成直角三角形状，每一侧的上弦杆和下弦杆之间还均交叉布置有若干个腹杆，其中所述上弦杆垂直于管道悬索跨越桥面的纵向设置，所述上弦杆远离桥墩的一端固定有所述耳板结构。

进一步的，所述耳板结构包括耳板，所述耳板上设有供水平抗风索穿过的孔，所述耳板通过连接板连接所述上弦杆；所述耳板上还设有若干个耳板加强肋板，所述耳板和上弦杆之间还设有连接加强肋板，所述耳板加强肋板和连接加强肋板均垂直于所述连接板。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型通过设置水平抗风索及风拉索、竖向共轭索及共轭索拉索，实现了管道悬索跨越结构抵抗水平风荷载和风荷载升力以及提高结构侧向和竖向刚度的目的，为峡谷地形条件下，解决管道跨越结构抗风安全问题提供了一种新的方式。

同时，当地形条件收到限制时，在管道悬索跨越结构的一端或两端，通过设置风索转向支架，所述水平抗风索和主缆可共用锚固墩，为地形受到限制的条件下，解决管道跨越结构抗风安全问题提供了一种新的方式。

附图说明

图1为本实用新型所述管道悬索跨越结构抗风系统主视图；

图2为本实用新型所述管道悬索跨越结构抗风系统俯视图；

图3为本实用新型所述风索转向支架示意图；

图4为水平抗风索锚固系统示意图；

图5为共轭索锚固系统示意图；

图6为本实用新型耳板结构示意图；

其中，1-水平抗风索，2-风拉索，3-共轭索，4-共轭索拉索，5-风索转向支架，6-水平抗风索锚固墩，7-共轭索锚固墩，8-风索和主缆共用锚固墩，9-主缆锚固墩，10-主缆背索，11-主缆，12-管道悬索跨越桥塔，13-桥墩，14-承台，15-管道悬索跨越桥面，16-下弦杆，17-腹杆，18-锚板，19-锚固钢筋，20-上弦杆，21-水平抗风索锚固系统，22-共轭索锚固系统，23-耳板，24-耳板加强肋板，25-连接板，26-连接加强肋板。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

一种管道悬索跨越结构抗风系统，如图1、图2所示，设有两个管道悬索跨越桥塔12，所述管道悬索跨越桥塔12固定在桥墩13上，所述桥墩13下方设有承台14。两条主缆11分别穿过两个管道悬索跨越桥塔12的顶端且在竖直方向均呈抛物线型设置，所述两条主缆11的下方通过若干根竖直平行布置的主缆吊索吊有管道悬索跨越桥面15。所述管道悬索跨越桥面15的两端分别设有主缆锚固墩3；两条主缆11分别设有相应的主缆背索10，所述主缆背索10锚固在所述主缆锚固墩上。

所述管道悬索跨越结构抗风系统还包括：

两条水平抗风索1，在水平方向均呈抛物线型设置，并与所述管道悬索跨越桥面15在水平方向上平齐，且分别设置在所述管道悬索跨越桥面15的两侧。由于重力作用，所述水平抗风索1与水平面夹角范围可在0.3o～1.5o之间。所述两条水平抗风索1分别通过若干根在水平方向平行布置的风拉索2与所述管道悬索跨越桥面15连接。通过两条水平抗风索1和若干根风拉索2，可抵抗管道悬索跨越结构的水平方向抗风荷载，并提供管道悬索跨越的侧向刚度。所述管道悬索跨越桥面15的两端可分别设有两个对称布置的水平抗风索锚固墩6，用于锚固水平抗风索1。如图4所示，水平抗风索锚固墩6内设有水平抗风索锚固系统21。

共轭索3，在竖直方向呈反向抛物线型设置，且设置在所述管道悬索跨越桥面15的底部；所述共轭索3通过若干根竖直平行布置的共轭索拉索4与所述管道悬索跨越桥面15连接。通过共轭索3和若干根共轭索拉索4的设置，可抵抗管道悬索跨越结构风荷载的升力，并提供管道悬索跨越结构的竖向刚度。所述管道悬索跨越桥面15的底部两端分别设有共轭索锚固墩7，用于锚固共轭索3。如图5所示，所述共轭索锚固墩7内设有共轭索锚固系统22。

所述主缆11、水平抗风索1、共轭索3、主缆吊索、风拉索2和共轭索拉索4均由若干根钢丝组成，并在所述主缆11、水平抗风索1、共轭索3、主缆吊索、风拉索2和共轭索拉索4的两端分别设置有锚头；所述主缆吊索、风拉索2和共轭索拉索4的两端锚头分别连接索夹和叉耳，用于主缆、水平抗风索1或共轭索3与管道悬索跨越桥面15的连接，以实现力的传递。

当地形条件收到限制时，在所述管道悬索跨越桥面15的一端或两端，所述水平抗风索1和主缆11可共用锚固墩。所述水平抗风索1和主缆11共用锚固墩时，在所述桥墩13的两侧设置风索转向支架5实现水平抗风索1的转向，所述水平抗风索1的经风索转向支架5锚固在风索和主缆共用锚固墩8上。

所述水平抗风索锚固墩6、共轭索锚固墩7、风索和主缆共用锚固墩8、主缆锚固墩9均由C30混凝土浇筑而成，内设钢筋骨架和锚固系统。

所述风索转向支架5以桥墩13为中心对称布置，且垂直于所述管道悬索跨越桥面15的纵向设置，所述风索转向支架5的两端均设置有耳板结构，所述水平抗风索1穿过所述耳板结构，用于实现的水平抗风索1的转向。

具体的，如图3所示，所述风索转向支架5采用Q345C钢管焊接的形式，包括上弦杆20、下弦杆16和腹杆17，所述上弦杆20和下弦杆16均通过锚板18和锚固钢筋19对称锚固在桥墩13的两侧，每一侧的上弦杆20、下弦杆16和桥墩13均组成直角三角形状，每一侧的上弦杆20和下弦杆16之间还均交叉布置有若干个腹杆17，其中所述上弦杆20垂直于管道悬索跨越桥面15的纵向设置，所述上弦杆20远离桥墩13的一端固定有所述耳板结构。

进一步的，如图6所示，所述耳板结构包括耳板23，所述耳板23上设有供水平抗风索1穿过的孔，所述耳板23通过连接板25连接所述上弦杆20；所述耳板23上还设有若干个耳板加强肋板24，所述耳板23和上弦杆20之间还设有连接加强肋板26，所述耳板加强肋板24和连接加强肋板26均垂直于所述连接板25。

实施例

管道悬索跨越工程设计主跨跨度360m，南岸锚跨109.9m，北岸锚跨75.7m，全长545.6m。主缆矢跨比采用1/10，水平抗风索立面投影跨度360m，平面投影总宽54.6m，水平抗风索矢跨比采用1/15。跨越南侧即左侧主缆与风索共用锚固墩，左侧桥塔处设置风索侧向支撑即风索转向支架，右侧单独设置两个水平抗风索锚固墩。在桥面结构下方设置两道共轭索，共轭索吊索范围为290m，矢跨比采用1/42，在南岸和北岸各设置一个共轭索锚固墩。

管道悬索跨越工程共设置锚固墩共有6个，其中主缆锚固墩2个(其中南岸锚固墩与风索共用)，水平抗风索锚固墩2个，共轭索锚固墩2个。参考图2，左侧主缆锚固墩采用钢筋混凝土重力式锚固墩，考虑风索和主缆共用一个锚固墩，尺寸为18m×12m×18m考虑，采用C30混凝土，如果土层不均匀，统一下挖1m，采用片石混凝土换填。右侧主缆锚固墩采用钢筋混凝土重力式锚固墩，尺寸18.5m×10.5m×14m考虑，采用C30混凝土。右侧水平抗风索锚固墩采用钢筋混凝土重力式锚固墩，基础尺寸8m×8m×5m考虑，采用C30混凝土。共轭索锚固墩采用钢筋混凝土重力式锚固墩，基础尺寸5.18m×5m×4m考虑，采用C30混凝土。

主缆采用热挤聚乙烯平行钢丝索，每根主缆由283根直径为5mm镀锌涂层高强钢丝组成，钢丝标准抗拉强度不小于1670MPa，束股有效截面积5557mm²，标称破断荷载9280kN。外挤双层PE防腐，PE外层颜色采用红色，强度安全系数≥2.50。索系锚具采用热铸锚，两端锚头均连接叉耳，叉耳分别与锚固墩锚固端耳板和塔端耳板连接。

水平抗风索采用热挤聚乙烯平行钢丝索，水平抗风索由151根直径5mm的镀锌涂层高强钢丝组成，单缆有效截面积为2964mm²，标称破断荷载4951kN。外挤双层PE防腐，PE外层颜色采用红色，强度安全系数≥2.50。索系锚具采用热铸锚，两端锚头均连接叉耳，叉耳分别与锚固墩锚固端耳板和侧向支撑耳板连接。

共轭索由73根直径5mm的镀锌涂层高强钢丝组成，单缆有效截面积为1433mm²，标称破断荷载2394kN。外挤双层PE防腐，PE外层颜色采用红色。索系锚具采用热铸锚，两端锚头均连接叉耳，叉耳与锚固墩锚固端耳板连接。

主缆吊索、风拉索以及共轭索拉索均采用热挤聚乙烯平行钢丝索，成桥状态下主缆吊索间距和风拉索间距均为5.0m，每一吊(拉)点设置一根主缆吊(风拉)索，主缆吊索采用平行钢丝束，吊索型号为5×13(Φ22mm)，有效截面积255mm²，标称破断荷载426kN，风拉索型号为5×7(Φ15mm)，有效截面积137mm²，标称破断荷载230kN，均采用单护层防护，吊索和风拉索强度安全系数K≥4。

成桥状态下共轭索拉索间距均为5.0m，采用平行钢丝束，拉索型号5×7(Φ15mm)，有效截面积137mm²，标称破断荷载230kN，均采用单护层PE防护。

主缆吊索一端采用固定式热铸锚具，另一端采用套筒调节式热铸锚具，调节量±150mm。风拉索和共轭索拉索一端采用固定式热铸锚具，另一端采用套筒调节式热铸锚具，调节量±100mm。所有拉索均靠叉耳、销轴与索夹或桥面相连，索体防护均采用单层PE一次挤压成型。

在南侧桥塔处设置风索转向支架，所述风索转向支架主要由两根钢管组成，分别为813mm×20.6mm X70M和610mm×14.3mm X65M级钢管。

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