单跨度悬索拱桥的制作方法

专利名称：单跨度悬索拱桥的制作方法
技术领域：
本发明涉及结构工程-民用建筑-悬索拱桥。
背景技术：
就现有技术的状况而言，众所周知有几个大跨度(>500米)的
高架桥建成；它们主要是悬索桥，悬索桥是所有桥中跨度最大(>1000 米)的一种桥。在所述悬索桥中仅有少数设计成允许火车通行，但是 其中仅有四个——并且这四个不在所述桥的最大的桥中——真正实
现了火车的通行(里斯本的Tagus Bridge,跨度1013米；旧金山的 Bay Bridge西段，跨度704米；香港的青马大桥，跨度1377米；日 本Seto-Ohashi System中的一座桥，跨度1100米)。至于在这些桥上 行驶的火车也都是轻轨(大约500吨，相比之下最重的货运列车5000 吨)。具有代表性地，日本的Akashi Kaikyo Bridge,主跨度2000米， 世界上最长的悬索桥，就不允许火车通过。
此外也只建成了非常少的一些跨度约为500米的大跨度拱桥，然 而到目前为止都小于最大的悬索桥的跨度。至于斜拉桥，它们的最大 跨度为约1200米(香港的汀九大桥，跨度1177米，该桥不允许火车 通行)。斜拉桥的构建方式必然意味着整个桥面处于轴向压缩力的应 力状态。在于跨中处连接之前，所述桥面具有横向不稳定的问题，并 且跨度越大横向不稳定问题越严重，因此建造成非常大的跨度很成问 题，除非实施双重桥面，这就是本发明的主要特征之一。
还建成有一些悬臂桥，其中最大的一个悬臂桥具有约750米的最 大跨度(Tappan Zee Bridge )。悬臂桥的建筑结构意味着在每个跨度 中央都存在长度占整个跨度显著比例的受简单支撑的元件。
如果不这样(如果所述元件比整个跨度短得多)则它最终只是斜 拉桥的变型，同样，如果说是有所緩和的话，它也具有前述桥的所述
缺点。因此，对非常大的跨度而言，悬臂桥表现出以下问题
一一与斜拉桥所用的方式类似的悬臂桥表现出斜拉桥同样的问 题，而且由于跨度缺乏连续性，反之斜拉桥具有跨度连续性的特征， 所以境况更糟的是，受简单支撑的中央元件无法胜任平衡支撑它的悬 臂的潜在横向不稳定性的任务。
一一此外，对于非常大的跨度而言，所述中央元件将具有惊人的 长度，假如不允许使用妨碍航行的临时脚手架，则这将意味着相当大 的安装难度。所以可以推断为数不多的悬臂桥很可能已经挖掘出它们 所有的潜力。因此更不建议将悬臂桥建造具有很大的单个跨度。以下 是最大的悬臂桥
Tappan Zee Bridge (美国纽约)-736米公路 Quebec Bridge (加拿大魁北克)-549米公路和铁路； Forth Bridge (英国苏格兰福斯河)-521米铁路； Commodore Barry Bridge (美国德拉瓦河)-501米公路； Greater New Orleans Bridge (美国新奥尔良)-480米^>路； Howrah Bridge (印度加尔各答)-457米公路(以前也有铁路)。
至于拱桥，最大的拱桥如下 卢浦大桥(中国上海)-550米悬索拱桥，公路； Sydney Harbour Bridge (澳大利亚悉尼)-530米悬索拱桥，公路 和铁路(轻轨)；
New River Gorge Bridge (美国西弗吉尼亚州)-510米空腹拱桥 公路。

发明内容
根据本发明的主要变型，所述结构由两个成对、平的、竖向、平 行的拱组成。双换中的每一个在跨中处都具有专门的铰链，铰链配备 有几组在相应的拱中施加持久可变水平推力的固定液压千斤顶，所述 水平推力由作用在位于桥面高度上的水平系杆上的相等的水平张紧 力来平衡。在核心件高度上的推力能够通过实时作用的专用反馈控制
系统根据主要为火车和风的活动栽荷的可变性来调节，以得到压力线 的最优化，具体来说是减小在拱的拱基中的弯矩。
配备有狭槽和剪切销的竖向和水平的板的系统，其位于核心件中 以阻碍所述核心件上彼此相对的半拱之间的横向相对位移，并允许代 以水平纵向相对位移和使千斤顶只能施加与拱共面的水平力。
笫二变型提供千斤顶在系杆端部的安装，因此安装在与拱相同的 高度上。在这种情况下，在核心件上规定为结构延续，使得在所述核 心件中产生内部弯矩以平衡由千斤顶的张紧力产生在系杆上的外部 弯曲应力。就铰链而言，能够在不脱离本发明范围的情况下将它构思 成多种形状。然而，需要指明的是所述铰链由两个分离的铰链组成， 一个铰链对应一个换，从而使拱的端部只能绕横向于桥的水平轴线而 在核心件中转动。方便地支撑的竖杆适于承受压缩力并且将拱连接到 位于跨中和跨度的四分之一处的下桥面，以及阻碍桥面的潜在向上位 移，从而避免气动弹性不稳定性(摆动)的增加，并整合由阻碍向下 位移的竖向悬索所施加的类似的阻碍作用。因此获得对由于形状变化 引起的大变形的总阻力，与之相反，在悬索桥中不能消除上述变形。
桥面分成两部分， 一个方向一部分，每一个部分都位于拱的竖向 投影上并由在上方固定到所述拱的竖向悬索支承。这种双重设置允许 简便地将两个拱隔开以得到桥的跨度与桥的全长之比，从而确保适宜 于经受风和地震的整体横向力刚度。
优选但非限制性的解决方案设想，两个桥面的每一个都分开在两 个高度上，上一个高度处用于车辆而下一个高度处用于火车。通过与 双拱连接的横向支承件的第一系统、设置在水平平面上并与两个桥面 相连接的第二系统以及优选地在跨中和跨度的四分之一处竖向地将 拱连接到桥面的第三系统，确保桥的整体横向刚性。
由两个支承直线梁支撑的两个成对、平行桥面自身在岸上延伸， 所述直线梁平行且近似水平并形成相应拱的结构延续，它们通过所述 结构以延续的方式接合。桥面的平面水平支承件也能够延伸到这些连 续梁，但是没有必要。在它们的端部，具有适当的且占拱跨度的显著 百分比的长度的支撑连续梁固定到大的竖向的地下锚缆，锚缆实现配 重作用并且是采用提议的构建方式所需的。
两个拱搁置在位于所述拱的换基部分下的四个点上， 一边岸上两 个点。因此整体机构具有八个支撑点，四个点靠近岸边以支撑拱而四 个点在四个连续梁的外端。
根据优选但非唯一的方式，本发明设置有抗震支撑装置(隔震器) -直接在基部上设置与加固技术相应的强化氯丁橡胶支撑件或类似部 件，在拱的拱基下的四个支撑件和在连续梁下设置的四个支撑件一样 也是如此总共八个抗震支撑件。这样实现了整个结构的所有地震隔 离。
在土壤松散的情况下，如果其由于地震作用而易被流态化，则可 以设置中空浮力基部，使得在使用当中在基部平面高度上的静岩压力 等于作用在所述平面上的压力。这意味着阻碍基部在流态化土壤中的 竖向位移。最后，为了阻碍由在地震之后可能出现的风力所造成的浮 力基部进而整个结构的漂移(水平位移)，设置有至少限定两个浮力 基部的轮廓的平面竖向隔板，其位于每边岸上一个的拱基之下。所述 隔板应该延伸到深处从而到达不能流态化的土壤处并以能够固定的 足够的长度插入所述不能流态化的土壤中。
基部的水平外拱和结构支撑件的水平内拱之间的竖向间隙使得 确保有充足的容限以保证人和机器装置能够进入。那么接下来，这种 间隙往往也与优选地成多行"i殳置的隔震器的高度相对应，如此隔开以 保证有由人和设备进行施工的可能性，这主要是针对在例如报废或遭 到破坏时对隔离器进行部分或全部拆除而言。
为此目的，每个基部在其外拱上都配备有一组竖向尺寸小但势能 却很大的短的竖向行程千斤顶(平板千斤顶)，其置于支撑件的顶上 足以确保易于使所述千斤顶与所述支撑件的内拱接触。它们同时起作 用时允许整个结构提升一段实际上无限的时间段，因此允许去除和更 换不再使用的隔震器，并且最后逐渐降低整个结构使其恢复正常使用 的状态。
换的推力完全由水平的平行系杆来平衡，系杆可以是一个或更多 个，优选但非限制性地为每个拱两个，系杆独立于桥面并固定在所述 拱的拱基处。
根据以下主要步骤进行构建，所述构建在两岸的各个岸上进行并
且往往同步进行
-构建地下锚缆、拱的基部以及可能的抗漂移隔板，隔板在通常为岩
石的不能流态化的土壤的情况下不需要。在后面这种情况下，基部可
以是实心而不是空心的。
-安装脚手架以便构建连续梁。
-安装隔震器和平板千斤顶。
-通过各种不同的重物提升技术而以节段的方式构建连续梁，可能结 合使用目前能够提升和运载20吨重量的重型运输直升机。按成本的 整体最优化逻辑，可以建议设计同样有较大前景的小型直升机。附属 于连续梁的桥面在连续梁内同时构建。
-在基部的外换上安装适于阻碍由风引起的、上部结构(梁和拱)相 对于基部的、横向和/或纵向位移的止动件，后面对其进行详细解释。 -以悬臂模式同步地节段性构建半拱，直至半拱在核心件上接合。
通过连续梁和锚缆的配重和杠杆作用使这种构建方式能够实施， 这种构建方式也是本发明的 一个主要特征。
然后涉及到由在悬臂模式下的半拱的作用而引起的强翻转力矩 的平衡， 一般半拱的作用会远远大于只有连续梁的稳定作用，因此需 要结合竖向锚缆以及可能的基部重量的配重作用。
节段的优选但非唯一的放置方式是通过在位于半拱和连续梁的 外拱上的机架上运行的自移吊车来提供它们的操作。
能够直接在岸上提升来自于可能靠近连续梁设置的预制场地的 节段。这样避免了所有的通航千扰。
-同步安装连接两个成对的拱的横向支承件，所述支承件在岸上 预制和组装在连续梁之间。
所述安装的特征在于支承件逐次进给，所述支承件侧部上设置有 在固定到拱的机架上行进的机动自移小齿轮。
这种操作方式(机架-小齿轮)是从应用于海洋石油工业上的顶 举型钻油台的技术转化来的。
-取出连续梁的临时脚手架，所述梁自支撑。
-在核心件中安装几组千斤顶和开有狭槽的板。
根据前面提及的变型在核心件中结构延续并且在系杆端部处安 装千斤顶。
-安装竖向悬索，该安装由在半拱的内拱上运行的临时绞车来操作。
-安装已经配备有末端的系杆，将系杆从岸上拉起，通过竖向悬 索将系杆保持在接似水平状态且处于一定高度以便于不会干扰通航。
曙将系杆固定到相应的设置在拱的拱基竖向上的锚固点。
-通过临时接近竖向的悬索(也可能是一些竖向悬索)来减轻系 杆的自重下垂。
-通过起动千斤顶张紧系杆，随之而来的是作用在拱的拱基处的 弯矩减小且产生作用在连续梁端部的持久的压缩反作用力。
所述张紧是累进的，以通过可能的临时单侧止动装置校验和保证 所述结构相对于基部的设计位置。这种作用能够通过前述的临时止动 件来执行。在借助于套围和竖钉在其顶端处固定隔震器之前的较长临 时阶段期间，所述止动件还起到平衡所述结构在隔震器上的可能滑动 的作用。
这是由系杆具有明显伸长而导致的，由于所述系杆长度很大，使 得支撑件在隔震器上的位移能够远远大于所述隔震器的高度。由水平 摩擦力引起的隔震器的剧烈弯曲随后会导致与所述隔震器的作用不 相协调，可以通过将支撑件的内拱覆以光滑材料层而彻底削弱所述摩 擦力，光滑材料层具有适当的厚度和非常小的摩擦系数，如优选但非 限制性的"特富龙(teflon)"。
借助于套團将隔震器固定到叠置的水平支承表面，所述套團设置 在所述隔震器的顶部且通过竖向螺栓固定，竖向螺栓穿透所述表面并 向上深入桥的支撑件中。
去除临时止动件。
行动放緩并解除锚缆，因为由千斤顶的持久作用力引起并确保的 压缩反作用力使得锚缆失去作用。
锚缆的解除要谨慎从事，因为可能的土壤流态化会将缆绳和它的 锚球的重量转移到连续梁，进而转移到浮力基部，设计浮力基部时也 应该考虑到这种增加的重量。此外，评估这种可能性的利弊也有意义。
-通过借助于绞车和自移吊车的适当结合动作而组装从靠近岸边 停放的驳船提升起的节段来安装桥面，所述节段钩连到竖向悬索并通 过焊接或上螺栓而固定到已安装好的桥面。这样，在这一过程中也能 保证水体通航。
-以类似于为拱提供的方式同步安装连接两个桥面的橫向水平支 承件。
由拱通过竖向悬索直接支撑的桥面与设置在连续梁内并由连续 梁支撑的桥面在结构和功能上连续。根据优选但非唯一的变型，整体 上桥面的作用与系杆不一样，所以正如桥面独立于作为整体的主支承 机构即拱和连续梁一样，桥面必须独立于系杆，因此，就此而言，所 述桥面必须能够沿纵向伸展以避免无约束的纵向移动，但由于所述桥 面只是具有在所述梁内部的固定点，所以仅存在由于不同的热膨胀而 导致可能的相对纵向位移。
-将系杆重量从临时索缆转移至位于桥面侧部上的专用的支撑 杆，支撑杆配备有适于控制并保持系杆而不会在系杆和桥面中产生不 规则约束力的座架和套圈。
-安装抗摆动杆。
-构建连接到现有公路和铁路设施的斜坡。 -设置最终设施和铁轨，测试桥梁并开放交通。


现在通过附图能够更好的解释本发明，附图示出一些实际实施的优 选方式，这些优选的实际实施方式仅作为示例而非以限制性方式给出，
同时在不脱离本发明范围的情况下总是能够实现一些技术或构造上的 变型。
所述附图中
图l是示出系杆拱桥的侧视图。右上方示出连续梁的变型，其插入隧 洞中且无配重。
图2示出图1的系杆拱桥的俯视图。对称轴线左侧示出结构的外 拱，对称轴线右侧示出桥面、支撑竖向悬索和所述桥面的水平支承件 以及两个在相应隧洞内的连续梁。
图3是示出根据图l和图2的AA截面绘制的系杆拱桥的截面图。
图5示出两个桥面之一的通用的截面图，该图放大了图3中的细节。
图5 (2)和图5 (3)示出螺旋面连接的两个方式。
图4、 6、 7、 8、 9、 10示出主支承结构(拱和连续梁)、桥面内 部以及所述桥面上独立于支承结构的结构等的其它重要横截面。
图ll示出由于由千斤顶引起的力S而在结构中产生的应力状态， 所述千斤顶引起系杆上相等的平衡张紧力和核心件上的压缩力。此外 还示出了大小相等、符号相反的竖向的反作用力，其作用在支撑件上 并且整体平衡由千斤顶引入到整个结构上的约束条件。
图12、 13、 14示出置于连续梁端部的抗震配重基部的实施方式 (浮力式)，以及将所述基部连接到所述梁的装置(由强化氯丁橡胶 或等同材料制成的隔震器和锚缆)的实施方式。
图15示出隔震器和平板千斤顶在基部外拱上的布置。
图16、 17、 18示意性地示出插置于基部和所述结构之间的主抗 震基部的变型(浮力式变型)，所述主抗震基部的变型主要由用强化 氯丁橡胶或等同材料制成的隔震器组成。图16、 17、 18还示出抗漂 移隔板和临时止动件。
图19示出竖向抗漂移隔板的建议布置方式。
图20示出在悬臂模式中即不用脚手架的情况下的借助位于两个 相继位置中(不是同时的)的自移吊车进行的半拱的构建。
图21和图22示出适于平衡在以悬臂模式构建半拱期间作用在半 拱上的强大弯曲力的一些临时预应力加强部。这种替代选择方案可以 减少所述半拱的重量，并且连带地在完成半拱的构建、半拱在核心件 上的连接、在系杆上的后续拉伸作用以及随后的压力线优化之后重复 利用所述临时加强部。于是，优选但并非限制性地，去除的加强部能 够作为用于支承件的竖向悬索和系杆而重复利用。按选择性强化的逻 辑，如果对所述加强部使用新型材料能够意味着整个结构整体上显著变轻。
图23至图27示出半拱的支承件的安装，其在岸上工作场地中预 制，配备有机动小齿轮，这些小齿轮能够在一些设置于半拱内侧上的 机架上与所述半拱的节段构造的进度同步地自行移动和前进。
图28至图31示出开有狭槽的板的特征，所述板位于核心件上以 阻碍半拱在所述核心件中相向的端部之间的竖向和横向相对平移，同 时所述板允许水平纵向即与拱平面平行的相对平移以及半拱的端部 的相对转动。所有这些使设置在核心件中的千斤顶能够导致所需的约 束条件，主要在于改变在半拱端部之间的水平纵向间隙。
图29和图30示出设置在核心件中的千斤顶组的配置。
图32和图33以适当状态示出专用于千斤顶的替代方式，并且示 出核心件中相对位移的控制，因此取消了开有狭槽的板。
图34和图35示出桥面的自移支承件的安装，以类似于已经描述 的半拱支承件的方式实施所述安装。
图36和图37示出借助于巻筒和导引索的系杆安装方式。
图38至图40示出根据本发明变型的设置在系杆端部的千斤顶组 的构造。
图41和图42示出系杆末端的固定方式。
图43和图44示出通过驳船来完成的桥面的节段构建以及将桥
的节段钩连到相应的竖向悬索的方式，驳船停泊在岸边并承载所述节 段。通过自移绞车简便的联合作用将节段从驳船提升并沿已经建成的 桥面内拱向上移动直到它们被钩连到竖向悬索所在的最终位置，然后 通过焊接、上螺栓或其它等同操作将节段连接到已经建成的桥面。以 及其它构建步骤，直到建成所述桥面。
图45至图48示出在跨中和所述跨度的四分之一处的杆，所述杆 插置于拱和桥面之间以结合竖向悬索的作用进而达到平衡所述桥面 摆动的目的。
图49至54示出从结构构建到其测试、交通开放的主要步骤。
具体实施例方式
更详细地参考图1和图2，合成的结构主要由以下组成半拱 1;连续梁2;桥面3，其借助于竖向悬索4钩连到半拱1;以及系杆 5，其设置成与桥面3高度相同并以其末端6固定到半拱1的拱基。 所述结构能够在位于连续梁2端部处的螺旋状斜坡7上延伸，以便将 公路车道和铁轨连接到类似存在的基础设施，斜坡7的形式为优选但 并非唯一的。所述结构优选但非唯一地由设置在岸上的基部即主基部 8和外基部9支撑，在变型中用中空浮力基部和/或在变型中用实心基 部支撑，这二者均通过强化氯丁橡胶支承部部件或类似部件10 (隔 振器)配备在外拱上。
设置在连续梁2端部的锚缆11在所述半拱以悬臂模式构建期间对 与由所述连续梁2和半拱1制成的系统的倾覆相平衡的稳定性做出显著 的贡献。
可能存在靠近所述结构的天然高地12，其借助于隧洞13便于将 连续梁2延伸到高地12内；替代锚缆11，隧洞13能够提供相当的 反作用力。
在图1和图2中示出的拱桥的优选但非唯一的构造分成两个拱1， 所述拱l是平的、竖向的并且平行、并排设置、在支撑铰链14的高 度上相距甚远，并且在核心件处具有铰链15，支承件16和16，连接 这两个供l，成形为类桁架结构或轻型类箱状结构或者其它形状。连续梁2成形为类桁架结构或轻型类盒状结构或者其它形状，连 续梁2优选但不必需地单跨于在位于支撑铰链14和设置在锚缆11上 方的支撑铰链17之间的延续部分中(图12、 13、 14)。
在所述梁内，桥面3—直延伸到螺旋形斜坡7。简而言之，整个 结构能够以八个点支撑于多个基部上，所有这些基部都在岸上，每侧 岸上有四个，其中两个用于半拱1的拱基处的铰链14,两个用于连 续梁2端部处的铰链17。
通过支承件56和56，连接的两个桥面3由拱1通过竖向悬索4支 撑；因此所述桥面设置在所述拱l的竖向投影上，然后桥面自身在连 续梁2内延伸并达到图5 (2)和图5 (3)的斜坡7，图5 (2)和图 5 (3)示出将桥面3连接到现有基础设施的一些方式。
根据优选但非唯一的构造，所述桥面3由如图5至图10所示的 内部受支撑的类箱状结构制成，图5至图10涉及:在半拱l上的AA、 BB、 CC截面；在支撑件14上的DD截面；在连续梁2上的EE截 面；以及在支撑件17上的FF截面。
图5至图IO示出移动栽荷的位置，公路移动载荷18在桥面3的 外拱上行驶，而铁路移动载荷19在所述桥面3的内拱上行驶。
图3至图5示出支撑桥面3的竖向悬索4和设置在跨中和跨度四 分之一处的横向支承件66，的位置。
图6预先示出将在下面的图中更详细描述的支承件16和56的一 些细节。
就静态方面而言，由桥面3和相关移动栽荷18和19引入到拱l 中的推动力全部由水平系杆5来平衡，根据这种系杆拱桥的优选但非 唯一的变型，系杆5还能够平衡由所述拱1的自重导致的静态栽荷。
因此，这样就能够避免桥面3承受显著的持久水平轴向力。
替代地，如果想要获得如三铰拱——即在核心件中有一个双铰15 (一个铰对应一个拱)；在一个岸上有一个双铰14 (一个铰对应一个 拱)；以及在相对的岸上有另一个双铰14——的特性，那么在安装系 杆5之后可以通过有足够势能的液压千斤顶或等同装置导致在核心
件15中的水平力。如图ll所示，该水平力由作用在系杆5上的大小 相等的拉力来平衡。这样就能够获得更为居中的压力线，尤其能够减 小由拱1的自重引起的作用在拱1的拱基上的强大弯矩。
液压千斤顶或等同系统能够恒定地在铰链15中起作用并与用于 结构整体监控的传感器或其它设备一起插入延伸到整个桥的 一体化 系统中，以便使动态平衡外力变化的应力条件最优化，外力主要由移 动载荷、风、地震、热变化、材料蠕变、土壤的不均匀沉降或者其他 环境因素引起。
图12至图14示出配备有锚缆11的基部配重的实施方式，锚缆 11在连续梁外端处支撑和/或保持连续梁2，并且在该处所述梁连接 到斜坡7。此外还示出安装成在系杆起作用之前来平衡由风引起的可 能的纵向和/或横向漂移的临时止动件20，由于可能出现使整体结构 在隔震器上方滑动的临时情况，所以没有将隔震器在它们的顶部处通 过钉和环固定到结构上。
根据这种方式的基部配重的应用是优选但非限制性的，其复合了 通过球形件21锚定到地下的竖向锚缆11的配重作用，球形件通过公 知技术以注入适宜的数量和深度的水泥砂浆来实现，图中所示的基部 9之一为中空浮力基部，但是基本类似于适用于不能流态化的土壤通 常是岩石而设置的实心基部。
图15示出由基脚22支撑的隔震器IO的图示，隔震器10由套團23 在顶部限定轮廓，套圏23通过穿透平板25的竖钉24而固定在结构支 撑件的内拱处。所U脚22的高度取决于由隔震器10的最佳高度和对 介于基部外拱和结构内拱之间的自由空间的实际需要。规则地成排的隔 震器10之间插置有通itiJ鄉27支撑的规则地成排的平板千斤顶26。图 的上部示出了使用中的状态而下部示出通过平板千斤顶的作用使桥提 升的操作。
图16至图18示出中空浮力基部8的实施方式，中空浮力基部8通 过由隔震器10实现的支撑铰链14 (图1)直接支撑拱1和连续梁2的 一部分。限定中空浮力基部8的轮廓的竖向隔板28仅仅用于所述浮力 基部，隔板28起抗漂移作用且插入不能流态化的土壤29中。图中还示 出临时止动件20,前面已经描述过它的作用。
图19示出八个基部的方案，这八个基部包括主要基部8和外基部9, 其中有两个主要基部8由抗漂移隔板28限定轮廓。在基部8之间示出 水体30.
图20示出在以悬臂模式构建半拱1时通过自移吊车32来提升、转 移以及安装节段31的方式，吊车32配备有使吊车32能够从与连续梁2 相邻的预制场地提升预制节段的转臂。所述吊车32在安装于连续梁2 和半换1的外拱上的机架33上运行。
这种安装节段的优选方式避免对通航的影响。
图21示出预应力索缆34的第一种配置，索缆34向上延伸至最后 安装的节段36的外端35且方便地张紧和固定。从共同的端部37延伸 的索缆长度不同。显而易见，最长的索缆从共同端部37向上延伸至拱 的核心件15。
图22示出预应力索缆38的第二种配置，索缆38固定到特定节段 40的端部39且具有索缆的附加延伸段41，此附加延伸段41延伸到整 个下一节段42并且连接到前一节段40的锚装置39。连接到锚装置39 则意味着使用了能够以已知技术实施的特定#^件。
对于分别由图21和图22示出的建iJC方式而言，能够想象得到，在 系杆5拉紧之后，在去除索缆的情况下能够对这些索缆重复利用为支撑 桥面3的竖向悬索以及用作斜系杆的水平支承件56，(图34和图35) 的部件。
图23至图27示出枢接支承件16和16，在半拱1之间的安装的实施 方式，所述支承件16和16，在岸上预制于连续梁2之间，支承件16和 16，侧面配"^有通过与所述支^/ff同轴的马达44 (优选为电动的)来致 动的小齿轮43，并且支承件16和16，沿机架45向前移动，从而在前进 过程中使它们能够布置的半拱l的端部附近，这样确保所述半拱l的永 久整体强化作用，以便在以悬臂模式构建所述半拱的过程中也能更好地 平衡风的作用。
此外，(在每个前移操作和下一个前移操作之间)在小齿轮43和 半拱1之间必须设置有临时固定装置。在半拱以及半拱在核心件中的接 合完成之后，这种固定操作起限定作用。
图28至图31示出设置在核心件上的铰链15的优选而非限制性的 实施方式。如由图29和图30示出的，如果在所述核心件中安装千斤顶 46亦如此。
两个成对铰链15的每一个都是由固定且与半拱1衔接的竖向板 47以及通过辅助铰链49铰接到半拱1的水平板48的系统组成。所i^il 全部配备有狭槽50和柱状销51并根据凸凹配合的方式耦接。
凹板是双层的，配备有狭槽50而没有销51;凸板是单一的并配 备有销51，但没有狭槽50。所述销1狭槽而没有橫向间隙，这样能 够阻止可能的相对于所述狭槽横向的相对位移。因此，配备有水平狭槽 的竖向板47能够阻止在双铰链15中彼此相向的半拱l的两个端部之间 的相对竖向位移。
配备有纵向槽的水平板48以类似方式阻止相对的水平横向位移。 这样，受狭槽长度的支配，相对的水平纵向位移保持自由，狭槽长度给 所述位移设定了上限，以与这样间接控制系杆中的张力及其伸长的千斤 顶的行程相协调，同样，借助于用来配备水平板48的辅助铰链49，绕 横向水平轴的相对转动也保持自由，这与所有狭槽的配置相适应。这样
允许双铰链15起到铰链的作用，使得所得压力线在核心件中居于中心。 销51承受由被所述销阻碍的相对位移所引起的剪切力。所述销的端部 配备有使它们成形为大螺栓的头部52，这样尤其能够减少所述头部和所 iiil之间的间隙。
由风等横向于桥的水平力往往引起的、绕半拱1端部的竖向轴线 的相对转动受到阻碍，因为借助于千斤顶46在双^^链15的每一个中引 起了的不同的水平纵向推力，该推力足以引起与由外部横向力引起的力 矩符号相反的反作用力矩。
图29和图30示出千斤顶46的配置，千斤顶46布置在双核心件 15中并插置于开有狭槽的板47和48的系统中，所述千斤顶整合在核心 件中的所i^il的压力状态的控制作用。所述开有狭槽的板主要确保千斤 顶能够处于只引起轴向力的状态，而横向力则直接通过开有狭槽的板自 身来平衡。所选择的优选但非限制性的配置使两组瓶式千斤顶布置成水 平、纵向且沿平行轴线的状态，每一组用于每对半拱l之一。千斤顶的 顶杆53通过千斤顶的端部54作用在相对的半拱1上。因此，涉及的是
独立的两组，每个双铰链15使用一组。然后能够使每一单个千斤顶都 以这种方式独立于所有其它千斤顶，使得能够局部和蒼沐地随意调整两 组千斤顶的总合力。
那么，具体地说，两组千斤顶能够同时产生两个不同的力，这种 情形对于引起在核心件中的能够平衡风的橫向力的力矩是必要的。
因此，在同组内，能够4吏不同千斤顶之间的力产生差异，4吏得， 具体地说，在外拱处的力不同于在内拱处的力，于是能够减少半拱l之 间在核心件中的相对转动。
此外，千斤顶的蒼本数量有足够的冗余，这能够解决由于某些所 述千斤顶失灵时可能的故障。图29和图30中的千斤顶数量只是#4￡性 的。而且，可以假定一种完全替代的方式，即允许去掉所有开有狭槽的 板并将在核心件中的相对位移的全部控制都唯一地转移到简便构造的 千斤顶。所有这些通过由叉开的几对的千斤顶55组成的简^"更系统来具 体实现，如图32和图33所示千斤顶55以部分水平部分竖向的方式设 置。
所述两个千斤顶的主^r务是通过简便地使相应顶杆的行程相异 以引^^向对抗力而阻止相对的水平和垂直位移。
图34和图35示出桥面3的平面水平机动自移支承件56和56，的 安装，所述安装以类似于适用于半拱l的支承件实施方式实现。同样在 这种情况下，所述支承件在岸上预制和组装并通#架57和机动小齿 轮43与桥面3的安装进度同步地传送至最前面的位置。
图36和图37示出借助于巻筒和导引索安装系杆的方式。图36 示出被巻绕在巻筒59上的导引索58牵引的系杆5的前移，所述系杆从 置于连续梁2旁边的巻筒60逐渐M出，向开口61内部偏斜，插入由 图38至图40示出的隧洞62中，牵引至拱l的外部，钩连到竖向悬索4 并逐步向前送至开口 63,然后如图37所示依次在开口 61和63中固定 到轭状物64和65。
图38至图40示出用于系杆张紧以;MM吏用中控制所述拉伸的替
代方式。千斤顶组46安装在系杆5的端部，系杆的末端6固定到轭状 物64,顶杆53直接作用于辄状物64上。图中所示的瓶式千斤顶的个数
仅为^4iE性的，并且可以具有充分的冗余。
然而，所述替代方式意味着在核心件中的结构连续(取消铰链15) 或者如图29至图33所示具有其它组千斤顶。因此在最后这种情况下， 有两个千斤顶补充系统，部分在核心件15中而部分在系杆的端部6处。 随之而来的增大操作复杂性能够由系统更有效的反应来平衡。
所述千斤顶组容纳在设置于半拱1侧部上且大致定位在支撑铰链 14的竖向位置上的开口 61内。当千斤顶在所述开口 61中安装完毕之后 就能够进行张紧。每个系杆5仅设置有一组千斤顶。在后续的桥面3安 装之后，沿整个开放长度上将系杆5置于从所述桥面3向上伸出的传动 臂66上，这样能够减轻所述系杆的较强的自重下垂。
所有这些使千斤顶的作用更加有效，从而大幅降低获得系杆5的 规定的弹性伸长所需的力。
图41和图42示出将系杆5的末端6固定到设置在开口 63内的轭 状物65的方式。
图43和图44通过节段67的组装示出桥面3安装。
通过配重叉70将每个节段从停泊在岸69附近的驳船68上^， 配重叉70由在已经建好的桥面的内拱上运行的绞车71提升。所述绞车 自身定位在给所述节段67分配的位置的竖向上，在桥面3的外拱上且 在竖向悬索4的耦接位置之间运行的自移吊车72取走节段67并释放叉 70 ，叉70重新定位在驳船68上方以进行下一轮操作。
然后自移吊车72 M节段67并将节段67上移至其最终位置,在 该位置将节段67钩连到竖向悬索4并通过焊接、螺栓连接或者其它形 式固定到前面的节段。在完成桥面3的安装之后，能够通过临时接近竖 向的悬索将系杆5置于由图38至图42示出的传动臂66上，从而将系 杆的重量转移到桥面并间接转移到半拱1。
图45至图48示出轻杆73，轻杆73悬挂到半拱1且下部插入从 桥面3的外拱向上伸出的同轴空腔74中。在轻杆下端和空腔底部之间 存在容纳校准弹簧75的间隙，校准弹簧75使由源于摆动的桥面的潜在 向上位移而导致的轴向力能够逐渐转移到杆上，从而能够以这种方式阻
止上述摆动。
在刚开始摆动的情况下，所述杆起到压杆的作用，因此需要适当
的支承件76来克服横向不稳定性。在没有摆动的情况下，所述杆M 受由自重引起的拉伸力，因为所述杆仅仅在顶端上悬挂。
如已经描述的，竖向悬索4阻止由摆动引起的向下的位移。
如图48所示，所述杆设置在跨中，即在核心件的每一侧且靠近所 述核心件的位置上，以及跨度的四分之一处。
系杆5通过传动臂66也有助于阻碍摆动，因为系杆上的拉伸力更 大更强并且系杆的弹性模量更高。
图49至图54按时间顺序和以主要方面示出拱桥的构建方式。这 种构建往往在两岸上同步且对称地进行。更详细地
图49示出在每个岸上往往同时进行的由图16至图18示出的主基 部和由图12至图14示出的基部配重的构建。
图50示出桥面3的附属伸长段和连续梁2的构建。
图51示出以图20至图22所示的方式进行的悬臂式半拱1的构建。
图52示出以适于避免任何对水体30中的通航的干扰的方式半拱 1以及它们到核心件15中的连掩^和竖向悬索4的实施、以及平衡千斤 顶在所述核心件中的安装，此外还有系杆5的安装。
图52还示出了桥的配置，其中在系杆由安^fr核心件15中(或 者根据前述替代方式，安装在系杆的一端)的千斤顶拉紧之后处于最终 调整状态，并且通过在这一阶段安装的竖向悬索4或临时的接近竖向的 悬索而保持成水平调整状态，临时的接近竖向的悬索适于减轻系杆5的 自重引起的在所述系杆中的下垂。
图53示出以已经由图43和图44示出的方式借助于节段67进行 的桥面3的构建，以及在桥端部处的螺旋状斜坡7的构建。
类似的方式允许以同样的步骤提升和布置水平支承件56和56， (图34和图35)以使其与桥面3共面。以同样的步骤实现了桥面3的
节段67的相互接合(图43)，于是所述桥面被制成整体的并连接到水平 支承件56和56,。
图54示出已经完工的拱桥，其在铁轨以及如路面、栏杆、路灯杆、 各种技术性M设施等最终设施安装之后将准备接受测试并开放交通。
权利要求
1. 具有实际上无限的单个跨度的高架桥的可能性，在构建期间无临时支撑件，在构建和使用期间都不干扰通航，且适于使火车——也包括最重的火车——能够双向通行。
2. 如权利要求l所述，实际上单跨度的无限尺寸和变形控制之间 的协调性，所述变形包括由气动弹性不稳定性引起的变形，在与所述火 车经过时协调的值的范围内，且所述火车也包括所述最重的火车，并且 可以同时沿两个方向行驶；桥面的变形只是线性弹性变形，由于拱、竖 向悬索以及桥面本身的尺寸充裕，使得预变形能够包含在预定范围内； 之前所述的与悬索桥非常不同的表现相反，悬索桥不可避免地承受能够 在支撑索中引起较大变形的力，因此尤其能够意味着桥面在所述作用下 处于不利状态(过度局部倾斜)，往往使铁路栽荷集中，除有些桥上可 以行驶轻型火车外，至今为止还没有在悬索桥上跑过火车。
3. 如权利要求1和2所述，选择单跨度悬索拱桥的紧迫性；如果主 要目标是跨越处于强地震区域的非常大的水体、并且使最重的火车能够 同时双向通行的桥，则高架单跨度悬索换桥的确可能实现此目的；相反 地，对于任何其它高架桥解决方案来说，这种可能性都值得怀疑，之前 排除了多跨度高架结构，因为其往往与通航不相容；此外，在地震高发 区域，可能连接到分布存在的水下活动断层，高架的解决方案又4艮可能 是唯一的可行方案。
4. 一种单跨度桥，其具有实际无限的跨度，没有气动弹性不稳定 性，不易于发生较大变形，不随形式变化，适于允许最重的火车通行， 可以不用脚手架而建造，无水下作业且不以任何方式千扰通航，以及耐 震；无论如何，大于3千米的跨度还是意味着存在对通航的阻碍，但是， 实际无限的跨度凭借通过一种支承拱结构来实现，所述支承拱结构通过 梁在岸上延伸，所述梁又通过竖向锚缆在所述梁的端部临时或永久地配 重；显然单跨度的支撑件能够设置在岸上；所述拱桥必然是悬索类型且 优选为均衡推力的；所述桥面通过直线竖向悬索或接近竖向的悬索而钩 连到所述拱，且优选对平衡所述拱的推力无贡献；仅仅涉及由在所述拱 以及所述竖向悬索中的轴向力引起的弹性变形，而不涉及真正的形状改 变(较大变形)，不会引发气动弹性不稳定性。没有较大的变形(在悬 索桥中不能确保)自动确保火车以及无论怎样大的移动载荷通行；由于所述拱与通过先建好的竖直锚缆配重的所述连续梁在岸上连 续因此能够在没有脚手架的情况下建造所述拱；所述拱以与所述连续梁 连续的悬臂模式、并且通过借助于在所述连续梁和所述拱的外拱上行进 的自移绞车从岸上的工作场地上提升的累进节段并将所述节段放置在 所述拱的已经建成部分的端部来建造；能够以特定却始终与通航相容的方式实现所述可能的系杆的安装； 通过这种方式在整个工程构筑期间还能确保水体的可用性。
5. 实施如在岸上配重的悬臂结构的方法，使得能够在无脚手架或 不使用临时支柱和辅助撑杆的情况下以自支撑模式构建所述拱。
6. 保证结构一一具体是拱的结构一一支撑件中的耐震性，用于滤 波地震运动的适当装置(隔震器)充分利用所述结构自身的强大惯性； 由于通过已经描述过的插在所述基部和所述结构之间的特定装置(隔震 器)产生的滤波作用，因此包括在所述基部上方的每个部件即被视为主 要包括所述拱、系杆、桥面以及连续梁的整个结构感觉不到超过预先设 置或可控的某一阈值的水平(波动的)震动；对于悬索桥来说有所不同，悬索桥的滤波器可以设置在塔和塔基之 间而不是在主支撑缆绳的锚块和土壤之间，因此取消了所述锚块的这种 功能，并且取消了显著降低预先强迫干预有效性的限制；至于竖向(升沉(sussultatory ))地震，就已知的原因而言它们比 水平地震的危险性小得多，而且在拱形结构中它们自己间接地转换成作 用在拱上的轴向力，而拱又尤其适于容易地承受所述力。
7. 为了可能抵消由地震引起的土壤流态化而提供中空浮力基部，即， 使得在所U部的拱基高度上的静岩压力近似等于在所g部以下的压 力；通itil种方式所述桥在土壤流态化之后整体上不会有竖向位移(下沉 或脱出)。
8. 在如权利要求7的流态化情况下，为了可能抵消能够发生的由在地 震之后产生的强大的横向或纵向风力引起的整个结构漂移而设置适当竖 向隔板，所述隔板限定一些选定浮力基部的轮廓并穿透至能够到达不能流 态化的土壤的深度；优选但非限制性地，在所述拱下面并在相对的岸上的 两个基部处i殳置。
9. 通过几组有较大势能的竖向短行程千斤顶而可能提升整个结构，所 述千斤顶设置在所i^部的外拱上并插在隔震器中间以便获得替换所述 隔震器的可能性。
10. 如权利要求4所述的单跨度桥，但其特征在于，所述桥分成通过 横向支承件连接的、平的、竖向的、平行的拱；并且通过竖向悬索来支撑两个共面直线平行桥面，所述两个桥面通过 水平支撑结构橫向连接，每个桥面对应一个方向；如权利要求4所述每个 拱都延伸到岸上；这种建筑结构对于同样给非常大的跨度以整M向刚度 而言特别有效且实际上不可或缺。
11. 如权利要求4和10所述的单跨度桥，但其特征在于，几乎在两个 岸之一将所述连续梁插入靠近所述拱设置的巨大高地中，然后使得不再需 要锚缆，所述锚缆由抵靠其中设置有所述梁的隧洞顶部和底部的所述连续 梁的等^L^作用力所替代。
12. 如权利要求4和10所述的单跨度桥，但其特征在于，所述桥配备 有水平纵向系杆，每个所述拱对应一个或多个所述系杆，所述系杆适于平 衡作为三铰^H吏用的所述拱的推力，所述拱的拱基的先前改型重新成形为 4^链，而且可能平衡在所述连续梁端部的配重；因此导致所述推力的重量 为所述单跨度的务沐自重和由所述跨度支承的全部活动载荷。
13. 根据本发明的变型，所述桥面起到系杆的作用。
14. 如权利要求12所述的单跨度桥，但其特征在于，具有安装在所述 核心件中的液压千斤顶，所述千斤顶以持久且可控的方式产生由在所述系 杆上的相等的力而抵消和平衡的水平推力，以便使压力线具有最佳形状， 尤其是减小在所述拱的拱基处的弯矩并确保在设置于所述连续梁端部处 的基部上的持久压缩力。
15. 如权利要求14所述的单跨度桥，但同时在所述系杆端部处也安装 有千斤顶或者只在所述系杆部处安装有千斤顶；最后这种情况意味着在所 述核心件中的结构连续。
16. 不像悬索#^发生的，这种建筑结构具有尽管尺寸非常大但是能够消除桥面可能的气动弹性不稳定(摆动)的现象的能力；这主要是因为 竖向悬索的阻止桥面潜在向下位移的阻碍作用，所述悬索在上方固定到实 际上不能够变形的结构，即拱；替代地通过设置在跨中和所&夸的四分之 一处的竖向压杆来阻碍所述桥面的潜在向上位移，所^杆一端固定而另 一端配备有竖向滑动但行程受到充分限制的铰链。
17. 根据本发明优选但非唯一的变型，桥面对承受拱的推力决无贡献， 所述推力完全且仅仅通过系杆来平衡；所述桥面结构上独立于连续梁，在 所述连续梁内所述桥面能够以仅与在所述梁中的一个中的唯一约束的存 在相协调的方式移动，以便阻碍肉眼可见、但不是由热膨胀引起的相对水 平位移。
18. —种实施拱的节段性构建的方法，因为所述方法使得拱的节段性 构建如系杆、竖向悬索以及桥面节段的安装一样能够在不干扰水体通航的 情况下进行，其原因在于使用设置在所述拱的外拱上的可移动提升装置， 至多可能受到用于运输所述拱和所述桥面的节段的驳船的帮助，但是所述 驳船能够停靠的岸边，因此没有对于水体实用性的显著干扰；此处不同于 悬索桥，悬索桥的构建意味着，对于节段性建造的桥面的安装而言将所述 节段从驳船M的^t作必然定位在所述桥面自身的最g置的竖向上，不 可避免地延长通航干扰。
19. 通过所述支承件的在岸上的预组装以及其与相应结构的进程同步 的累进进程安装拱和桥面的支承件，借助于机动小齿轮和机架的适当结 合，所述小齿轮^^在所述支承件的侧部上且所^架分别固定到所述拱 和所述桥面的内侧。
20. 就建筑材料而言，除通常材料外，还可能使用新型材料作为刚性 构件(拱、桥面、支承件)的组成材料和将芳纶纤维或碳纤维用于锚缆、系杆、竖向悬索以及支承件的张紧元件；所有这些具有间接的优点，所述优点主JHa不唯一地在于桥整体变轻 继而减小地震力、更大的抗疲劳和耐腐蚀性能、尤其对海洋环境和维护成 本的急剧下降有积极作用。
21. 由于系统集传感器、监控器、致动器(主要为安装在核心件中和/ 或在系杆端部处的液压千斤顶)于一体从而得到自我平衡系统，因此可能 使工程结构具有适于对任何类型的外力变化做出动态>^应的"智能结构" 的特征。
22. —种单聘，度拱桥，但是其中，以悬臂模式节段性自支撑的构建与 可拆除预应力索缆的使用相结合，所述索缆适于平衡自重弯矩，并且在将 拱于核心件中接合并张紧系杆之后能够在例如竖向悬索和支承件的张紧 元件等所述结构的其它部分中重复利用。
23. 如权利要求4、 10、 14中任一项所述的单i^度桥，其中要求保护 的整体优选的建筑结构分成以下主要组成部分-实际无限的单跨度双系杆拱；-所述拱的连续梁；-在所述连续梁端部处的配重基部；-不承受所述拱的推力的双桥面；-支撑所述桥面的竖向悬索；-平衡所述拱的推力的系杆；-在连续梁的端部处相连的环形斜坡；-在所述拱的拱基和所述连续梁的端部处的抗震装置；-安装在核心件中的开有狭槽的竖向和水平的板，所ii^L结合有剪切 销，适于阻止彼此相向的半拱之间在所述核心件中产生水平和竖向的相对 位移；-用以控制在所述系杆上的张紧力并实时优化压力线的平衡千斤顶； -带有传感器的监控系统，所述监控系统控制其中含平衡千斤顶的致动器；-便利地成形为能够承受可能的土壤流态化的基部。
24. 如权利要求4、 10、 14中任一项所述的单跨度桥，其中要求保护 以下主要构建方式(按时间顺序排列)-在岸上构建所述拱的基部以及所述连续梁的锚缆/配重； -构建所述连续梁；-在没有临时脚手架或任何种类支撑件帮助、没有通航干扰、同时借助 车的情况下，以自支撑悬臂模式节段性构建所述半换直至它们在核心件中接合；-在所述连续梁之间同步地在岸上构建接合而成的自移支承件框 架，在所述框架的侧部上配备有在两个机架上运行的小齿轮，在构建所 述拱期间预先将所述机架固定到所述拱，并且所述小齿轮与所述拱的构 建同步地在所属机架上前进。-为了动态地实时优化压力线，安装平衡千斤顶以拉伸所述系杆；-安装支撑所述桥面的竖向悬索；-安装(可能的，根据优选但非唯一的方式)所述系杆，所述安装 借助于导引索以及巻绕和退绕巻筒以避免干扰通航，并且所述安装借助 于临时的接近竖向的悬索和竖向悬索；-通过平衡千斤顶拉紧所述系杆，以便借助于接近竖向的悬索使所 述系杆处于水平状态；-借助类似于已经为所述拱的节段提供的形式的自移绞车来节段性 安装所述桥面，但是将所述节段从停靠在岸边的驳船提起；-通过为所述拱提供的机架-小齿轮系统来安装所述桥面的水平支承件；國安装铁轨和最终设施；-构建斜坡以连接现有设施；-测试并开放交通。
25.由于所述结构及其建筑的突出，因此适于作为集会场地和任何类 型娱乐活动的物理环境支持，而JU人为由于空中花园和宾馆活动的存在可 能增加突出的潜质和吸引力。
全文摘要
一种单跨度悬索拱桥，其基部位于岸上，并且适于跨越非常大(＞3千米)的水体。浮力基部和抗漂移隔板使所述桥能够不受可能的土壤流态化的影响。所述桥能够以悬臂模式建造并能够自支撑，因此既没有脚手架也没有支柱和临时撑杆且无需采用水下作业。一种优选但非唯一的建筑形式，其通过独立于桥面的系杆而得到推力的平衡，于是这样就获得系杆拱桥。设置在核心件中的千斤顶组引入了持久且可变的约束条件并适于实时优化桥梁的应力条件，因而所述千斤顶组起到智能结构一样的作用。多个结构性张紧部件如系杆、竖向悬索以及支承件的存在使得所述结构倾向于选择使用新型材料，所述新型材料有非常高的机械特性、非常轻、抗疲劳和耐环境侵蚀且无需维护。
文档编号E01D4/00GK101379246SQ200780004784
公开日2009年3月4日 申请日期2007年1月29日 优先权日2006年2月7日
发明者毛罗·巴斯基耶里 申请人:毛罗·巴斯基耶里