专利名称：独塔无背索斜拉桥的桥塔的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种桥粱的桥塔，尤其是涉及一种斜拉桥的桥塔。
技术背景目前，斜拉桥本身是比较成熟的桥型，主要包括对称布索斜拉桥、不对称布索斜拉桥 和无背索斜拉桥。其中，对称拉索的桥塔为主梁提供一定的预顶力和弹性支撑，是大跨度 桥粱经常采用的结构形式；不对称布索斜拉桥的桥塔不一定是正直的，但桥塔两侧的索力 仍然是基本平衡的,其工作状态与标准斜拉桥是没有区别的;而无背索斜拉桥则完全不同， 桥塔仅一侧承受斜索力。桥塔倾斜一定角度，依靠塔身的自重平衡斜索力；塔身的重量需 求决定了塔身的尺寸较大。无背索斜拉桥的桥塔需要平衡牵索力产生的强大倾覆力矩。即，塔身必须具有足够的 抗倾覆能力，在活载空载状态下略大于梁体产生的的倾覆力矩，在活载满载时略小于全部 荷载的倾覆力矩。常规的无背索斜拉桥桥塔是依靠桥塔牵索段的自重来实现的，为此桥塔 的各段截面必须与斜索水平力相对应，桥塔越倾斜，塔身自重的工作效率越高。同时，为 尽量降低桥塔承受的水平力，常规无背索斜拉桥会尽量加大斜索的仰角，这样对主梁同等 支撑效果时塔身承受的水平力更小。这就意味着，为加大斜索的仰角，必须提高塔高和限 制塔身斜度，而限制塔身斜度意味着配重效率的降低。基于这样的矛盾，常规无背索斜拉 桥会选择一个体态比较臃肿的桥塔，高度上也无法顾及塔高与跨径的比例是否协调，丧失 了结构先天的力度美。实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种独塔无背索斜拉桥的桥塔,以保证无背索 斜拉桥的桥塔在塔高与跨径的比例协调的前提下具有结构先天的力度美,本实用新型独塔 无背索斜拉桥的桥塔突破了斜拉桥桥主塔构造方式常规处理的瓶颈，将主塔由水平方向的 配重塔臂和倾斜的牵索塔臂两部分组成。配重塔臂将常规无背索斜拉桥中浪费到牵索区的 工程材料转移到配重效率更高的配重塔臂上，不但加大了与主墩的矢矩，同时兼具了行车 系，最重要的是，解除了牵索塔臂对自重的依赖，为设计更协调、更美观的桥梁提供了基 本前提。为了解决上述技术问题，本实用新型独塔无背索斜拉桥的桥塔予以实现的技术方案 是它由牵索塔臂和配重塔臂构成，所述牵索塔臂为倾斜方向设置，其迎索面斜度为3丄 5，背索面斜度为2: 5,所述牵索塔臂下部的宽度大于其上部的宽度；所述配重塔臂为水 平古向；^逨峯崇谱镎与薪逑配童堪齄通M:桥藥圭摟夫機藥芨逯逮配童备逢接头一仕；^ 述牵索塔臂与所述配重:t答臂汇集于桥梁主墩。配重塔臂依靠满堂支架支撑。本实用新型独塔无背索斜拉桥的桥塔，其中，所述牵索塔臂由两片塔身组成，每片塔身分别位于主梁的两侧，且对称分布。所述牵索塔臂的轨顶以上部分的高度小于跨径的1/2。所述牵索塔臂通过四道翼形横撑连接，在位于轨顶上部，所述牵索塔臂过渡到所述配重塔 臂。所述桥塔采用44孔大吨位钢绞线群锚。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是由于本实用新型是由水平方向的配重塔臂和倾斜的牵索塔臂两部分组成，因此，配重塔臂将常规无背索斜拉桥中浪费到牵索区的 工程材料转移到配重效率更高的配重塔臂上，不但加大了与主墩的矢矩，同时兼具了行车 系，最重要的是，解除了牵索塔臂对自重的依赖，为设计更协调、更美观的桥梁提供了基 本前提。从而保证了无背索斜拉桥的桥塔在塔高与跨径的比例协调的前提下具有结构先天 的力度美。
图1-1是本实用新型独塔无背索斜拉桥的桥塔结构的立体示意图; 图1-2是图1-1中所示桥塔的侧视图； 图1-3是图1-1中所示桥塔的主视图； 图2是本实用新型桥塔受载历程示意图； 图3-1至图3-10是本实用新型桥塔的施工流程。 下面是说明书附图中主要部位附图标记的说明 10——牵索塔臂 11——迎索面 12——13—牵索塔臂下部 14一牵索塔臂上部 15——16—-轨顶20~~配重塔臂108#、 109#-52——2#主动支墩 60——被动支墩支撑配重塔臂墩 53--3#主动支墩'背索面-翼形横撑 110#——主墩 51——1#主动支墩 54——4#主动支墩具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的描述。 如图1-1、图1-2和图1-3所示，本实用新型它由竖向的牵索塔臂10和水平的配重 塔臂20构成。在下面的具体实施例中，设配重塔臂支撑墩为108H和109tt墩，主墩为 IIOH墩。确定牵索塔臂10的全高为65米，轨顶16以上部分60米(即按照小于跨径的 1/2确定)，迎索面11的斜度为3丄5，背索面12的斜度为2: 5，所逮牵索塔臂下部13 的宽度大于牵索塔臂上部14的宽度；由两片塔身组成，壁厚为1.5米，且位于主梁的两 侧。牵索塔臂10通过四遨翼形横撑15连接，在轨顶16以上8米开始，牵索塔臂10过渡 到配重塔臂20,两片i荅壁通过主塔大横梁及连续配重舱(兼具行车系)连接为整体。牵索塔臂10与配重塔臂20汇集于主墩，通过两个塔壁内的预应力钢束紧密连接为锐利和充 满力量感的强大整体。桥塔采用的44孔大吨位钢绞线群锚。本实用新型桥塔一般为大体积混凝土结构，不可能一次浇筑完成，满堂支架也不可能 完全支撑全部桥塔混凝土的重量。分步浇筑的混凝土桥塔必然不同于整体成型，随各个浇 筑阶段的逐步实施和最终斜拉索的张拉完成，桥塔各墩位的支撑反力、各层桥塔混凝土的 受载水平等都在不断变化。桥塔混凝土在完全成形后内部封存的应力会直接影响其在长期使用过程中的工作状态，因此，需要对桥塔的受载历程进行深入研究，设计出一套合理的 施工工艺，最大限度的消除桥塔的施工应力。如图2所示，本实用新型桥塔的受载历程是由于本实用新型桥塔是由刚性连接的两 大部分组成， 一部分是竖向的牵索塔臂10,另一部分是水平的配重塔臂20。当未牵索时， 竖向的牵索塔臂10依靠配置与迎索面11的普通钢筋和劲性骨架来承担整个斜塔臂的自重 弯矩；配重塔臂20依靠满堂支架支撑，原则上不受力。当开始牵索时，随着索力和塔内 预应力的逐步施加，牵索塔臂10的迎索面10逐渐受压，并依靠背索面12的竖向预应力 钢束抵抗斜索水平力产生的弯矩。同时，施加于配重塔臂20满堂支架的压力逐渐下降， 塔臂重量通过水平预应力钢束逐渐转移到主墩110。最终当全桥竣工时，牵索塔臂10和 配重塔臂20完成体系转换，达到设计工作状态。此时，桥塔的重量基本由主墩110#墩承 担，支撑配重塔臂墩108#墩和109#墩仍提供一部分支撑反力，这部分反力是抵抗斜索产 生的倾覆力矩的安全储备，(该反力为配重塔臂墩108、 109#横梁的设计条件)，使得主墩 110#墩在活载作用下永远处于轴心受压状态。假设，原则上依靠满堂支架支撑的配重塔臂 20在体系转换前不受力，其基本的前提是满堂支架的支撑刚度达到与三个永久墩位相同 的水平。根据上述本实用新型桥塔的结构和受载特点,在具体实施过程中要进一步考虑桥塔劲 性骨架的配置方式、桥塔混凝土浇筑阶段与普通钢筋构造的相互配合、桥塔施工工艺对桥 塔刚度变化的适应性等。下面结合图3-1至图3-10描述本实用新型独塔无背索斜拉桥的桥塔施工流程阶段l:如图3-l所示，满堂支架上浇筑109 110弁墩主塔2米高范围。阶段2:如图3-2所示，浇筑塔臂至3.5米高，局部拆除部分支架；同步浇筑各个主 动支墩，即1#主动支墩51、 2#主动支墩52和3#主动支墩53。阶段3:如图3-3所示，分别在1#主动支墩51、 2#主动支墩52和3#主动支墩53的 墩顶安放垫块、与塔臂密贴；同时浇筑被动支墩60除墩帽之外的部分。阶段4:如图3-4所示，按顺序施加顶升力施加2#主动支墩52顶升力至650吨， 施加1#主动支墩51顶升力至800吨，施加3#主动支墩53顶升力至600吨，补充2#主动 支墩52顶升力至600吨；最后浇筑被动支墩60的其余部分。阶段5:如图3-5所示，浇筑塔臂至6.0米高度，等待混凝土强度提高至35MPa。阶段6:如图3-6所示，浇筑塔臂至9.0米高度，等待混凝土强度提高至35MPa;然 后可不受控制的浇筑塔臂至36米高；阶段7:如图3-7所示，浇筑108~109#墩合龙段，并将其浇筑3.5米高，在保证地基
承载力的基础上，浇筑4#主动支墩54;阶段8:如图3-8所示，待混凝土达到设计强度后，在4#主动支墩54的墩顶安放垫 块，与塔臂密贴；对4#主动支墩54缓慢均匀施加顶力至800吨，并加垫铁逐步垫高垫块， 待支墩沉降完全中止后垫紧垫铁，保证支墩反力大于800吨；根据主±荅钢束安装的需要， 可拆除3#主动支墩53，被动支墩60保留。阶段9:如图3-9所示，浇筑塔臂至6.0米高，等待混凝土强度提高至35 MPa。阶段10:如图3-10所示，完成主塔配重段的浇筑；按阶段浇筑主塔，待主塔浇筑完 毕，张拉完斜索初索力后方可拆除支墩。其间应加强对各支墩的反力及沉降观测。本实用新型独塔无背索斜拉桥的桥塔采用高标号大体积混凝土结构，配重塔臂的刚度 随浇筑阶段不断改变，若用常规的施工方式是难以完成桥塔的建设。利用本实用新型桥塔 得以使用混凝土这一使用条件苛刻的材料完成桥体的建设，从而避免了造价高昂的钢结构 主体结构，仅用钢结构主桥预算的40%完成桥体的建设，为建设单位节约了大量资金，创 造了良好的经济效益。尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限 于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域 的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范 围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。
权利要求1.一种独塔无背索斜拉桥的桥塔，由牵索塔臂和配重塔臂构成，其特征在于，所述牵索塔臂为竖向设置，其迎索面斜度为3.1∶5，背索面斜度为2∶5，所述牵索塔臂下部的宽度大于其上部的宽度；所述配重塔臂为水平方向设置；所述牵索塔臂与所述配重塔臂通过桥梁主塔大横梁及连续配重仓连接为一体；所述牵索塔臂与所述配重塔臂汇集于桥梁主墩。
2. 根据权利要求1所述的独塔无背索斜拉桥的桥塔，其特征在于，所述牵索塔臂由 两片塔身组成，每片塔身分别位于主梁的两侧，且对称分布。
3. 根据权利要求1所述的独塔无背索斜拉桥的桥塔，其特征在于，所述牵索塔臂的 轨顶以上部分的高度小于跨径的1/2。
4. 根据权利要求1所述的独塔无背索斜拉桥的桥塔，其特征在于，所述牵索塔臂通 过四道翼形横撺连接，在位于轨顶上部，所述牵索塔臂过渡到所述配重塔臂。
5. 根据权利要求1所述的独塔无背索斜拉桥的桥塔，其特征在于，所述桥塔采用44 孔大吨位钢绞线群锚。
6. 根据权利要求1所述的独塔无背索斜拉桥的桥塔，其特征在于，所述配重塔臂依 靠满堂支架支撑。
专利摘要本实用新型公开了一种独塔无背索斜拉桥的桥塔，由竖向的牵索塔臂和水平方向的配重塔臂构成，牵索塔臂迎索面斜度为3.1∶5，背索面斜度为2∶5，牵索塔臂下部的宽度大于其上部的宽度；牵索塔臂由两片塔身组成；牵索塔臂通过四道翼形横撑连接；牵索塔臂的轨顶上部分的高度小于跨径的1/2，在位于轨顶上部，牵索塔臂过渡到配重塔臂；配重塔臂依靠满堂支架支撑。牵索塔臂与配重塔臂通过桥梁主塔大横梁及连续配重仓连接为一体。本实用新型桥塔的配重塔臂将牵索区的工程材料转移到配重效率更高的配重塔臂上，加大了与主墩的矢矩，兼具了行车系，解除了牵索塔臂对自重的依赖，保证了无背索斜拉桥的桥塔在塔高与跨径的比例协调的前提下具有结构先天的力度美。
文档编号E01D19/14GK201043261SQ200720095680
公开日2008年4月2日 申请日期2007年4月3日 优先权日2007年4月3日
发明者丁雪松, 刘旭锴, 孙东利, 澄 岳, 强 张, 戴少雄, 景 曹, 伟 李, 刚 熊, 江 胡, 斌 谢, 欣 赵 申请人:天津市市政工程设计研究院