内自锚悬索桥的制作方法

本发明属于一种悬索桥，具体涉及了一种内自锚悬索桥。
背景技术：
：悬索桥结构具有受力性能好、跨越能力大、轻巧美观、抗震能力强、结构形式多样及对地形适应能力好等特点，在许多跨越大江大河、高山峡谷、海湾港口等交通障碍物时，往往作为首选的桥型。因此，人们也设计出了多种悬索桥结构。如中国专利申请号为201510012845.7公开了一种高扭转刚度的悬索桥，包括主梁、索塔、主缆和吊杆，主缆为一条且位于主梁纵向中心立面，吊杆分布于主梁横向两侧用于通过主缆悬吊主梁，使得主缆、吊杆和主梁形成横截面为空间三角形的结构；本发明利用三角形的稳定性，形成一个类似于三角形箱梁结构，从根本上提高悬索桥的整体扭转刚度和扭转震频，直接提高静风下扭转失稳的临界风速，同时，也可以增大了扭转震频和垂直震频的比例，从而提高了颤震的临界风速，也就保证了较大跨度的悬索桥的安全性；并且，并不增加现有悬索桥的材料和成本，而实际上，主缆为一根，可增加横截面积，并增加吊杆数量和横截面积，进一步增加扭转刚度。又如中国专利申请号为200920043292.1公开了一种自锚式悬索桥，包括索塔基础、索塔、索鞍、加劲梁、主缆和吊杆，所述加劲梁中设有在空钢管中灌注混凝土而形成的钢管混凝土组合构件。采用钢管混凝土加劲梁，不仅可以降低造价，而且施工方便，可以明显加快施工进度。再如中国专利申请号为201120102496.5公开了一种桥梁结构，包括有行车道梁、桥塔、锚碇、承重缆索，其特征是，承重缆索由一根主索和多根次索组合而成，自索塔开始，间隔一定距离将数根次索从承重缆索上分离，与车道梁连接，在承重缆索上的次索分离处设有分缆器。承重缆索由次索与主索构成，并用夹具组合在一起；分缆器具有次索从承重主缆分离形状的内腔，并且有紧固装置，能固定在承重缆索上；本发明的结构能够优化悬索桥承重缆索的应力，节约材料。但是在一般常规式的地锚式悬索桥，需要建造体积庞大的锚碇来锚固主缆，这就造成在地质情况差的地方，锚碇结构的基础工程量非常大，往往成为工程的难点；地锚式悬索桥锚碇和锚碇基础占有工程造价的相当可观部分，成为影响悬索桥结构经济性的重要方面；在城市地区或旅游区，修建体积庞大的锚碇，对环境美观也会产生负面影响。技术实现要素：针对上述问题，本发明了提供了一种内自锚悬索桥，通过在索塔两端增设水平杆及斜柱，使主缆依次绕过索塔顶部索鞍、水平杆端部转向块Ⅰ、索塔底部转向块Ⅱ、斜柱底部转向块Ⅲ后安装固定在主梁上。作用于主梁上的荷载遵循以下传力路径：主梁→吊索→主缆→桥塔→水平杆→索塔基础→斜柱基础→绕回主梁。将缆索绕过索塔基础，减小了索塔的地基压力；缆索安装固定在主梁上，增加主梁轴力，提高悬索桥抗风性能；由于增设斜柱从而增大了塔的侧向刚度。与地锚悬索桥相比，省去了体积庞大的锚碇；与自锚悬索桥相比，内自锚悬索桥跨度远远大于自锚悬索桥，可达到或超过地锚悬索桥的跨度。本发明采取以下技术方案实现上述目的：一种内自锚悬索桥，主要由主缆、吊索、索塔、斜柱、水平杆、主梁和主梁辅助墩组成；所述的吊索均匀布置在主缆和主梁之间；所述的索塔设在主梁的两端；所述的斜柱和水平杆分别设置在索塔的两侧，并且有一个共同的端点，即斜柱的端部和水平杆处于同一水平线上，端点设在索塔的中点；在水平杆的端部设有转向块Ⅰ；在索塔的顶部设有索鞍，索塔的底部浇筑有基础Ⅱ并且设有转向块Ⅱ；在斜柱的底部浇筑基础Ⅰ并且设有转向块Ⅲ；所述的主梁辅助墩设在主梁的两端，并且主梁辅助墩的顶部支撑主梁，底部处在索塔底部和斜柱底部之间；所述的主缆的端部依次绕过索塔顶部的索鞍、水平杆端部的转向块Ⅰ、索塔底部的转向块Ⅱ、斜柱的底部转向块Ⅲ后固定安装在主梁和主梁辅助墩连接处上。进一步说明，所述的主缆绕至基础Ⅰ处设有散索鞍。进一步说明，所述的索塔顶部左右两端主缆与索塔所成内夹角α相等且小于180°。进一步说明，所述的水平杆上下两端主缆与水平杆所形成的内夹角β相等且小于180°。进一步说明，所述的斜柱和/或水平杆采用钢结构格构柱形式或者钢箱或者混凝土箱型做成。采用钢结构格构柱形式或者钢箱时，可以有效的减小水平杆及斜柱自重。在本发明中，地质状况较好时，可直接采用浅基础；地质状况一般时，在斜柱底部打斜桩；地质状况较差时，需做成由许多根打入或沉入土中的桩和连接桩顶的承台所构成的基础；在本发明中，主缆是这个体系的主要承重构件，主要承受拉力；吊索起连接主梁和主缆的作用，仅为传递荷载的构件，主梁、桥面系及活载等荷载通过吊索传给主缆；索塔起支撑主缆的作用，主要承受压力；水平杆将索力传给索塔及斜柱，索塔及斜柱将力传至基础。本发明公开的内自锚悬索桥将缆索绕过索塔基础，减小了索塔地基压力；缆索锚固在主梁上，增加主梁轴力，提高悬索桥抗风性能；同时由于增设斜柱从而增大了塔的侧向刚度。与地锚悬索桥相比，省去了体积庞大的锚碇，经济性好；与自锚悬索桥相比，内自锚悬索桥跨度远远大于自锚悬索桥，可达到或超过地锚悬索桥的跨度。本发明的优点：1.本发明作为一种新体系悬索桥，不需要巨大锚啶，施工方便，缩短施工工期，经济性好。2.通过增设水平杆及斜柱，将缆索绕过索塔基础，减小了索塔地基压力。3.缆索锚固在主梁上，增加主梁轴力，提高悬索桥抗风性能。4.通过斜柱的支撑作用，增大了索塔的侧向刚度。5.由于水平杆将主缆分为上下两部分，与地锚悬索桥相比，减少了连接锚碇段主缆的计算长度，从而减小了恒载作用下主缆的应力及振幅。附图说明图1为内自锚悬索桥的立面图。图2为内自锚悬索桥的受力分析图图中：1-主缆；2-吊索；3-索塔；4-斜柱；5-水平杆；6-索鞍；7-转向块Ⅰ；8-散索鞍；9-基础Ⅰ；10-主梁；11-基础Ⅱ；12-转向块Ⅱ；13-水平杆辅助墩、14-转向块Ⅲ、15-主梁辅助墩。具体实施方式结合图1-2对本发明的力学原理进行说明：力学原理：内自锚悬索桥受力如图2所示，G1、G2、G3为三基础重力，S为缆索张力，X1、X2为基础水平方向所受力，Y1、Y2、Y2为基础竖直方向所受的力，f为滑动摩阻力，α为缆索与索塔的夹角，H为索塔高度，γ为缆索与地平面的夹角，β为斜柱与地平面的夹角，N0为主梁轴力，N为斜柱轴力，分析如下：1.分析节点04如图2主梁设计轴力为N0，则由节点竖向合力及水平合力平衡：Scosγ＝N0(1)由(1)式可推出：γ=arccosN0S---(2)]]>由(2)可以确定缆索与主梁的夹角大小。2.基底反力如图2所示，由节点05竖向平衡：Y3＝Ssinγ+G3(3)由(3)式可算出主梁辅助墩的基底竖向反力Y3，其基底水平反力为0。如图2所示，由O1节点水平方向合力平衡可知：∑Fx＝0，X1+Ssinα-S+f1＝0(4)由(4)式可以推出：X1＝S(1-sinα)-f1(5)由整体水平方向合力平衡：∑Fx＝0，X2+X1+N0+f＝Ssinα(6)由(6)式可以推出：X2＝S(2sinα-1)-N0-f2(7)其中，f1+f2＝f对O2点力矩平衡：ΣMO2=0,Y1·L+S·sinα·H+Y3htanγ-S·cosα·L-G1L-N0h-G3htanγ=0---(8)]]>由(8)式、(3)式可以推出：Y1=S·cosα+G1-SHLsinα---(9)]]>对O1点力矩平衡：ΣMO1=0,Y2L+N0h+Y3(L-htanγ)-G2L-SH·sinα-G3(L-htanγ)=0---(10)]]>由(10)式可以推出：Y2=G2+SHL·sinα-N0tanγ---(11)]]>由(5)式、(7)式、(9)式、(11)式可以求出基底反力X1，Y2，X1，Y2。3.G1临界的确定取基底反力Y1≥0，根据(9)式可知：Y1=S·cosα+G1-Ssinα·HL≥0---(12)]]>由(12)式可以推出：G1≥Ssinα·HL-S·cosα---(13)]]>由(13)式可以确定基底重力G1的临界值，保证索塔不会被拔起。4.节点O3水平方向合力平衡如图2所示，节点O3水平方向合力平衡：Ncosβ＝2Ssinα(14)式中：cosβ=2L4L2+H2]]>由(14)式可以推出：N=Ssinα4L2+H2L---(15)]]>由(15)式可以求出N的取值。综合上所述，在忽略塔柱、水平杆、斜柱、辅助墩自重情况下，结构杆件只受轴向压力。计算模型存在九个基本未知量，包括：X1、Y1、X2、Y2、Y3、f、L、N、γ、N0；共有式(1)、(3)、式(4)、式(6)、式(8)、式(10)、式(14)八个关系式；基本未知量f、L、N、N0为待定参数，根据实际设计需求设定f、L、N、N0四个参数中任意三个参数值，可以根据关系式推算其余参数值。下面结合附图和实施例对本发明的结构设计进一步详细说明。实施例1：本实施例的内自锚悬索桥的跨度布置均与润扬长江大桥相同。如图1所示，一种内自锚悬索桥，主要由主缆1、吊索2、索塔3、斜柱4、水平杆5、主梁10和主梁辅助墩15组成；所述的吊索2均匀布置在主缆1和主梁10之间；所述的索塔3设在主梁10的两端；所述的斜柱4和水平杆5分别设置在索塔3的两侧，并且有一个共同的端点，即斜柱4的端部和水平杆5处于同一水平线上，端点设在索塔3的中点；在水平杆5的端部设有转向块Ⅰ7；在索塔3的顶部设有索鞍6，索塔3的底部浇筑有基础Ⅱ11并且设有转向块Ⅱ12；在斜柱4的底部浇筑基础Ⅰ9并且设有转向块Ⅲ14；所述的主梁辅助墩15设在主梁10的两端，并且主梁辅助墩15的顶部支撑主梁10，底部处在索塔3底部和斜柱4底部之间；所述的主缆1的端部依次绕过索塔3顶部的索鞍6、水平杆5端部的转向块Ⅰ7、索塔3底部的转向块Ⅱ12、斜柱4的底部转向块Ⅲ14后，最终锚固在主梁10和主梁辅助墩15连接处上。所述的主缆1绕至基础Ⅰ9处设有散索鞍8。所述的索塔3顶部左右两端主缆1与索塔3所成内夹角α相等且小于180°。所述的水平杆5上下两端主缆1与水平杆5所形成的内夹角β相等且小于180°。所述的斜柱4和水平杆5采用钢结构格构柱形式做成。在水平杆5的端部设有辅助墩13。若采用常规设计，需设置巨大的锚碇及深基础，经计算，与润扬长江大桥相比，省去了锚碇，此费用即省去2.5亿元。内自锚悬索桥由于增设辅助墩、水平杆、斜柱，此费用为0.8亿。因此，与润扬长江大普通地锚桥悬索桥相比，内自锚悬索桥一共省了1.7亿。同时内自锚悬索桥索塔轴力减小45％，索塔侧向刚度提高19.8％，工期减少12个月。实施例2：本实施例的内自锚悬索桥的跨度布置均与五峰山长江大桥相同。一种内自锚悬索桥，主要由主缆1、吊索2、索塔3、斜柱4、水平杆5、主梁10和主梁辅助墩15组成；所述的吊索2均匀布置在主缆1和主梁10之间；所述的索塔3设在主梁10的两端；所述的斜柱4和水平杆5分别设置在索塔3的两侧，并且有一个共同的端点，即斜柱4的端部和水平杆5处于同一水平线上，端点设在索塔3的中点；在水平杆5的端部设有转向块Ⅰ7；在索塔3的顶部设有索鞍6，索塔3的底部浇筑有基础Ⅱ11并且设有转向块Ⅱ12；在斜柱4的底部浇筑基础Ⅰ9并且设有转向块Ⅲ14；所述的主梁辅助墩15设在主梁10的两端，并且主梁辅助墩15的顶部支撑主梁10，底部处在索塔3底部和斜柱4底部之间；所述的主缆1的端部依次绕过索塔3顶部的索鞍6、水平杆5端部的转向块Ⅰ7、索塔3底部的转向块Ⅱ12、斜柱4的底部转向块Ⅲ14后，最终锚固在主梁10和主梁辅助墩15连接处上。所述的主缆1绕至基础Ⅰ9处设有散索鞍8。所述的索塔3顶部左右两端主缆1与索塔3所成内夹角α相等且小于180°。所述的水平杆5上下两端主缆1与水平杆5所形成的内夹角β相等且小于180°。所述的斜柱4和水平杆5采用钢箱做成。在水平杆5的端部设有辅助墩13。若采用常规设计，需设置巨大的锚碇及深基础，经计算，与五峰山长江大桥相比，增设水平杆、斜柱、辅助墩、省去了锚碇，内自锚悬索桥省去18％，索塔轴力减小55％，索塔侧向刚度提高26.2％，基坑开挖深度降低25m，工期减少15个月。实施例3：本实施例的内自锚悬索桥的跨度布置均与南京长江四桥相同。一种内自锚悬索桥，主要由主缆1、吊索2、索塔3、斜柱4、水平杆5、主梁10和主梁辅助墩15组成；所述的吊索2均匀布置在主缆1和主梁10之间；所述的索塔3设在主梁10的两端；所述的斜柱4和水平杆5分别设置在索塔3的两侧，并且有一个共同的端点，即斜柱4的端部和水平杆5处于同一水平线上，端点设在索塔3的中点；在水平杆5的端部设有转向块Ⅰ7；在索塔3的顶部设有索鞍6，索塔3的底部浇筑有基础Ⅱ11并且设有转向块Ⅱ12；在斜柱4的底部浇筑基础Ⅰ9并且设有转向块Ⅲ14；所述的主梁辅助墩15设在主梁10的两端，并且主梁辅助墩15的顶部支撑主梁10，底部处在索塔3底部和斜柱4底部之间；所述的主缆1的端部依次绕过索塔3顶部的索鞍6、水平杆5端部的转向块Ⅰ7、索塔3底部的转向块Ⅱ12、斜柱4的底部转向块Ⅲ14后，最终锚固在主梁10和主梁辅助墩15连接处上。所述的主缆1绕至基础Ⅰ9处设有散索鞍8。所述的索塔3顶部左右两端主缆1与索塔3所成内夹角α相等且小于180°。所述的水平杆5上下两端主缆1与水平杆5所形成的内夹角β相等且小于180°。所述的斜柱4和水平杆5采用钢结构格构柱形式做成。在水平杆5的端部设有辅助墩13。若采用常规设计，需设置巨大的锚碇及深基础，经计算，与南京长江四桥相比，省去了锚碇，此费用即省去4.6亿元。内自锚悬索桥由于增设辅助墩、水平杆、斜柱，此费用为1.6亿。因此，与润扬长江大普通地锚桥悬索桥相比，内自锚悬索桥一共省了2亿。同时内自锚悬索桥索塔轴力减小45.5％，索塔侧向刚度提高28.6％，工期减少10个月。实施例1～3技术参数对比表费用节省(亿元)索塔轴力减(％)索塔侧向刚度(％)工期缩短(月)实施实例11.745.719.812实施实例28.455.126.215实施实例34.648.228.610当前第1页1 2 3