一种曲线塔异形斜拉桥结构的制作方法

本发明涉及斜拉桥领域，具体涉及一种曲线塔异形斜拉桥结构。

背景技术

随着经济快速发展，人们对桥梁的要求不断提高，已从单纯的交通功能提升到景观需求上，一座优美的桥梁无疑会大幅提高城市的景致。斜拉桥跨越能力大，结构轻巧优美，造型千姿百态，塔、索、梁组合多样，为设计的构思提供了广阔的变化空间，可以适应多种不同的使用要求与桥址自然条件，因此得到越来越广泛的应用。

斜拉桥主要由主塔、斜拉索、主梁组成。主塔主要为钢筋混凝土结构，也有部分斜拉桥采用钢塔。斜拉索主要为平行钢丝和钢绞线两种型式。主梁主要采用预应力混凝土结构、结合梁和钢箱梁结构。

桥塔作为斜拉桥的主要承重构件和最突出的构造物，因此在满足结构受力的基础上，其造型成为全桥景观设计的重点。为实现更好的景观效果，目前斜拉桥常用的结构体系包括：飘浮体系、半漂浮体系、塔梁固结体系、刚构体系。

对于主塔的结构不是常规形状的场合，以上体系均不太适用，具体体现在：

(1)由桥梁景观造型决定本桥主塔向河中倾斜一定角度，在斜拉索传给主塔的巨大的竖向力作用下，主塔将产生巨大的向河的弯矩，要靠边跨侧斜拉索提供额外的水平力来平衡这个弯矩，主塔两侧主梁水平力是不平衡的，故无法采用漂浮体系和半漂浮体系。若采用支座体系，由于主塔处支座承受与竖向力相当的水平力，支座需特殊制作，提高了工程造价，且该支座在活载作用下容易疲劳破坏，后期更换支座极其困难，因此本桥并不适合采用支撑体系。

(2)塔梁固结体系，刚度较小，挠度较大，行车舒适度较差，且上部结构全部重量均由支座传递给桥墩，要求巨大吨位的支座，提高了工程造价，支座更换极其困难，因此塔梁固结体系并不适合这种场合的主塔。

(3)刚构体系，墩、塔、梁固结，具有结构刚度大、主梁和塔柱挠度小、避免设置较大吨位支座等优点，但由于本桥主塔下塔柱截面尺寸较大，桥面较宽，下塔柱横向刚度太大，无法满足受力要求。

有鉴于此，急需对现有的曲线塔斜拉桥的结构进行改进，以方便施工，提高桥梁体系的合理性和强度。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有的曲线斜拉桥的结构具有不易施工、结构体系合理性欠缺的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种曲线塔异形斜拉桥结构，包括：

主梁，包括边跨梁与主跨梁，边跨梁的长度小于主跨梁，边跨梁采用混凝土箱梁，主跨梁采用钢箱梁，边跨梁的两端置于边墩上；

主塔，设置在所述边跨梁和所述主跨梁之间，且设置为关于桥梁对称中心线对称设置的两肢，每肢所述主塔分别包括上塔柱和下塔柱，所述主塔在纵桥向朝主跨侧弯曲，横桥向朝桥梁对称中心线弯曲；所述上塔柱采用钢结构，下塔柱采用混凝土结构，所述上塔柱和所述下塔柱之间通过钢混结合段连接成整体；所述下塔柱的底端与承台刚性连接；

斜拉索，包括分别用于连接所述边跨梁、所述主跨梁和所述主塔的边跨斜拉索、主跨斜拉索；

斜腿，包括以桥梁对称中心线对称设置的两肢，各肢所述斜腿的下端与承台刚性连接，上端与所述主梁通过混凝土浇筑为一体，所述边墩和所述斜腿之间设有辅助墩。

在另一个优选的实施例中，所述主塔的中轴线在纵桥向和横桥向的投影均为曲线，由一条圆曲线或由多条圆曲线相切拼接而成，所述圆曲线的公式为：

纵桥向：(x-az1)²+(z-bz1)²＝rz1²；……；(x-azi)²+(z-bzi)²＝rzi²；

横桥向：(y-ah1)²+(z-bh1)²＝rh1²；……；(y-ahi)²+(z-bhi)²＝rhi²；

其中：x为塔柱的纵桥向坐标；y为塔柱的横桥向坐标；z为塔柱的竖向坐标；

(az1，bz1)、……、(azi，bzi)为主塔纵桥向投影第1～i条圆曲线的圆心坐标；rz1、……、rzi为主塔纵桥向投影第1～i条圆曲线的半径；

(ah1，bh1)、……、(ahi，bhi)为主塔横桥向投影第1～i条圆曲线的圆心坐标；rh1、……、rhi为主塔横桥向投影第1～i条圆曲线的半径。

在另一个优选的实施例中，所述边跨斜拉索和所述主跨斜拉索均由十五对构成，所述斜腿的中轴线在纵桥向和横桥向的投影为直线，所述直线的公式为：

纵桥向：z＝kz·x；横桥向：z＝kh·y；

其中：x为斜腿的纵桥向坐标；y为斜腿的横桥向坐标；z为斜腿的竖向坐标；kz、kh分别为纵桥向和横桥向的一次函数比例系数。

在另一个优选的实施例中，所述主塔和所述斜腿的横断面为八边形截面，为在矩形截面的四边各设置倒角形成。

在另一个优选的实施例中，所述上塔柱的纵桥向截面上，顶部宽度为d1，底部宽为d2；横桥向截面上，顶部宽度为m1，底部宽为m2，d1≤d2、m1≤m2，且所述主塔在纵、横向截面的宽度均沿着中轴线由下至上均匀平缓变化。

在另一个优选的实施例中，两个所述上塔柱的上部通过多道圆形横撑连接。

在另一个优选的实施例中，所述主梁上设置中央防撞护栏和依次设置在所述中央防撞护栏两侧的机动车道、非机动车道、人行道，构成双向混行道；所述非机动车道和所述机动车道之间设置用于固定所述斜拉索的锚索区。

在另一个优选的实施例中，所述下塔柱沿横桥向朝内侧逐渐加宽。

在另一个优选的实施例中，所述主塔的内部设有检修梯道和操作平台，塔顶设有避雷设施。

在另一个优选的实施例中，所述斜腿为预应力混凝土结构，采用箱型截面，所述边跨梁和所述主跨梁均采用单箱双室截面。

与现有技术相比，本发明采用斜腿与主梁固结，主塔、辅助墩及边墩处设置支座的结构体系，以及主塔、主梁均采用钢混结合的形式，减少了下塔柱的温度效应，减小了桥塔和基础规模，节省了工程造价，具有景观造型优美，结构体系合理，施工方便、经济性好等优点。

附图说明

图1为本发明实施例提供的结构总体布置示意图；

图2为本发明实施例提供的结构体系示意图；

图3为本发明实施例提供的斜腿与主梁固结的横断面示意图；

图4为本发明实施例提供的主塔和斜腿在纵桥向的投影示意图；

图5为本发明实施例提供的主塔在横桥向的投影示意图；

图6为本发明实施例提供的边跨梁的横断面示意图；

图7为本发明实施例提供的主跨梁的横断面示意图；

图8为本发明实施例提供的上塔柱的横断面示意图；

图9为本发明实施例提供的下塔柱的横断面示意图；

图10为本发明实施例提供的斜腿的横断面示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种曲线塔异形斜拉桥结构，结构体系合理，施工方便、经济性好。下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做出详细说明。

如图1所示，本发明提供的一种曲线塔异形斜拉桥结构，包括主梁1、主塔2、斜拉索10和斜腿3。鹤形主塔，桥塔纵桥向、横桥向均为曲线，曲线型桥塔向河心侧倾斜，造型新颖别致，充满张力，实现了静态美和动态美的统一。

主梁1包括边跨梁6与主跨梁7，边跨梁6的长度小于主跨梁7，边跨梁6采用混凝土箱梁，主跨梁7采用钢箱梁，采用混合梁结构。边跨梁6的两端置于边墩5上。

如图4和图5所示，主塔2设置在边跨梁6和主跨梁7之间，且设置为关于桥梁对称中心线对称设置的两肢，每肢主塔2分别包括上塔柱8和下塔柱9。主塔2为曲线型桥塔，主塔2在纵桥向朝主跨侧弯曲，横桥向朝桥梁对称中心线弯曲。上塔柱8采用钢结构，下塔柱9采用混凝土结构，上塔柱8和下塔柱9之间通过钢混结合段连接成整体，主塔2采用钢混组合结构，以满足塔柱刚度的均匀过渡和可靠连接。下塔柱9的底端与承台11刚性连接。

斜拉索10包括分别用于连接边跨梁6、主跨梁7和主塔2的边跨斜拉索10、主跨斜拉索10。

如图3所示，斜腿3包括以桥梁对称中心线对称设置的两肢，各肢斜腿3的下端与承台11刚性连接，上端与所述主梁1通过混凝土浇筑为一体,边跨边墩5和斜腿3之间设有辅助墩4。由于斜腿3的截面和横向刚度相对较小，横向受力满足要求，且通过斜腿3传递上部结构不平衡水平力，在承台11的顶面处实现平衡。辅助墩4以对斜拉桥提供有效支撑，减小变形，提高结构整体刚度。

应当说明的是，对于本桥结构布置而言，由于本桥的主塔2在纵桥向、横桥向两个方向均弯曲倾斜，为满足受力需要，下塔柱9的截面尺寸需设计得较大。若采取刚构体系，即桥墩、主塔2、主梁1固结，则由于下塔柱9横向刚度太大，在固结处横梁横向预应力及温度等作用下，下塔柱9将产生巨大的赘余力，无法满足受力要求。因此，本发明采用斜腿3和主梁1固结分担承载力，同时边墩5、承台11也能提高载荷能力，施工方便，经济性好。

主塔2的中轴线在纵桥向和横桥向的投影均为曲线，由一条圆曲线或由多条圆曲线相切拼接而成，圆曲线的公式为：

纵桥向：(x-az1)²+(z-bz1)²＝rz1²；……；(x-azi)²+(z-bzi)²＝rzi²；

横桥向：(y-ah1)²+(z-bh1)²＝rh1²；……；(y-ahi)²+(z-bhi)²＝rhi²；

其中：x为塔柱的纵桥向坐标；y为塔柱的横桥向坐标；z为塔柱的竖向坐标；

(az1，bz1)、……、(azi，bzi)为主塔2纵桥向投影第1～i条圆曲线的圆心坐标；rz1、……、rzi为主塔2纵桥向投影第1～i条圆曲线的半径；

(ah1，bh1)、……、(ahi，bhi)为主塔2横桥向投影第1～i条圆曲线的圆心坐标；rh1、……、rhi为主塔2横桥向投影第1～i条圆曲线的半径。

可根据具体场合下的数据计算，本实施例中的数据为：

纵桥向：(x+182.7036139)²+(z-41.2956225)²＝190²；

横桥向：(y-203.500)²+z²＝200²

(y-741.8190852)²+(z+112.750)²＝750²

其中：x为塔柱的纵桥向坐标；y为塔柱的横桥向坐标；z为塔柱的竖向坐标；x、y、z单位以米计；

(-182.7036139，41.2956225)为塔柱纵桥向投影圆曲线的圆心坐标，单位以米计；塔柱纵桥向投影圆曲线半径为190m；

(203.500，0)、(741.8190852，-112.750)为塔柱横桥向投影第1、2条圆曲线的圆心坐标，单位以米计；塔柱横桥向投影第1、2条圆曲线半径分别为200m和750m。

优选的，边跨斜拉索10和主跨斜拉索10均由15对构成，斜腿3的中轴线在纵桥向和横桥向的投影为直线，直线的公式为：

纵桥向：z＝kz·x；横桥向：z＝kh·y；

具体可设置为纵桥向：z＝15.95221·x；横桥向：z＝5.0515339·y；

其中：x为斜腿3的纵桥向坐标；y为斜腿3的横桥向坐标；z为斜腿3的竖向坐标，x、y、z单位以米计；kz、kh分别为纵桥向和横桥向的一次函数比例系数。

优选的，如图8、9、10所示，主塔2和斜腿3的横断面为八边形截面，为在矩形截面的四边各设置倒角形成，主塔和斜腿3倒角均采用0.5m×0.5m。

优选的，上塔柱8的纵桥向截面上，顶部宽度为d1，底部宽为d2；横桥向截面上，顶部宽度为m1，底部宽为m2，d1≤d2、m1≤m2，且主塔2在纵、横向截面的宽度均沿着中轴线由下至上均匀平缓变化。本实施例中，上塔柱8由塔顶4m均匀平缓变化至塔底7.5m。

优选的，两个上塔柱8的上部通过多道圆形横撑12连接，圆形横撑12有利于提高主塔的稳定性。辅助墩4以对斜拉桥提供有效支撑，减小变形，提高结构整体刚度。边跨的边墩5和辅助墩4处设置支座，能提高承载载荷，提高整个结构体系的稳定性。

优选的，主梁1上设置中央防撞护栏和依次设置在中央防撞护栏两侧的机动车道、非机动车道、人行道，构成双向混行道；非机动车道和机动车道之间设置用于固定斜拉索10的锚索区。

如图10所示，斜腿3为预应力混凝土结构，采用箱型截面。如图6、7所示，边跨梁6和主跨梁7均采用单箱双室截面，桥面宽36m，桥面布置为：2.5m(人行道)+3m(非机动车道)+1m(索锚区)+11.25(机动车道)+0.5m(中央防撞护栏)+11.25(机动车道)+1m(索锚区)+3m(非机动车道)+2.5m(人行道)。

优选的，下塔柱9沿横桥向朝内侧逐渐加宽，可加宽至8m，以满足受力要求和主塔2处主梁1支座放置需求。斜腿3在与下塔柱9交接处，沿纵桥向外轮廓设置圆形倒角，平滑圆润过渡。

优选的，主塔2的内部设有检修梯道和操作平台，塔顶设有避雷设施，方便进行检修，并能适应暴风雷雨天气。

本发明还提供了一种上述结构的曲线塔异形斜拉桥结构的施工方法，包括以下步骤：

施工用于承载边跨梁6的边墩5基础和用于固定主塔2的承台11基础；同时也可进行辅助墩4的基础施工，由于桥梁为对称结构，因此各个支撑基础和承台11均设置为两组；

浇筑下塔柱9、斜腿3和边墩5的墩身，辅助墩4可一并进行浇筑施工；

用混凝土浇筑与斜腿3固结的边跨梁6节段、主塔2处的主跨梁7节段，完成主梁1和斜腿3的固结，同时采用拼装法施工上塔柱8；

分节段浇筑剩余的边跨梁6；

主塔2和边跨梁6均施工完成后，悬臂吊装主跨梁7节段并挂斜拉索10，直至最大悬臂状态；

进行主跨梁7的合拢段施工，主体结构施工完成；

进行桥面和主塔2附属结构施工，进行荷载试验，全桥试行通车。

本发明的施工方法，施工方便，支撑基础的强度更高，载荷能力更强，方便施工。

本发明并不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。