一种新型曲线形斜拉桥桥塔的制作方法

本发明涉及桥梁工程技术领域，具体涉及一种新型曲线形斜拉桥桥塔。

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，也有少数桥梁采用混合式结合梁和混合式钢箱梁两种结构。

桥塔作为斜拉桥的主要承重构件和最突出的构造物，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。目前跨度大于500米的斜拉桥，桥塔均为h形、钻石形、a形、倒y形或独柱形等直线塔，如俄罗斯岛大桥、苏通大桥、昂船洲大桥、鄂东大桥、多多罗大桥、诺曼底大桥等。既有的跨度200米左右的斜塔斜拉桥桥塔造型也多为直线且向河岸侧倾斜，如西班牙alamillo桥、长沙洪山庙桥、哈尔滨太阳岛桥等。

直线型桥塔虽然传力直接流畅，符合斜拉桥的结构受力的基本原则，但直线型桥塔造型稍显单调突兀。

本发明中对现有技术中的桥塔结构进行改进，在满足斜拉桥受力安全的基础上，采用全新的结构体系，增加结构的耐久性，进而增加使用寿命，改善塔柱及斜拉桥的整体受力，使整体结构更加稳定。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有的斜拉桥的桥塔存在结构耐久性较差，且塔柱及斜拉桥整体受力不均衡，导致整体结构不稳定的问题。

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新型曲线形斜拉桥桥塔，桥塔包括塔柱和设置在所述塔柱一侧的斜腿，所述塔柱轴线在横桥向方向和纵桥向方向均为曲线，所述塔柱在纵桥向方向朝向主跨倾斜弯曲、横桥向方向朝向桥轴线倾斜弯曲，所述塔柱上部横桥方向设置连接横撑，所述斜腿轴线在横桥向方向和纵桥向方向均为直线，所述斜腿在纵桥向方向朝向边跨倾斜、横桥向方向朝向桥轴线倾斜，主梁固定在所述斜腿的顶面。

在上述方案中，所述塔柱轴线在横桥向方向和纵桥向方向为一条圆曲线或由多条圆曲线相切拼接而成。

在上述方案中，所述塔柱轴线在横桥向方向的方程为(y-ah1)²+(z-bh1)²＝rh1²，……，(y-ahi)²+(z-bhi)²＝rhi²，所述塔柱轴线在纵桥向方向的方程为(x-az1)²+(z-bz1)²＝rz1²，……，(x-azi)²+(z-bzi)²＝rzi²,其中：

x为所述塔柱的纵桥向坐标，y为所述塔柱的横桥向坐标，z为所述塔柱的竖向坐标；

(az1，bz1)、……、(azi，bzi)为所述塔柱沿纵桥向方向投影的第1～i条圆曲线的圆心坐标；

rz1……rzi为所述塔柱沿纵桥向方向投影的第1～i条圆曲线的半径；

(ah1，bh1)、……、(ahi，bhi)为所述塔柱沿横桥向方向投影的第1～i条圆曲线的圆心坐标；

rh1、……、rhi为所述塔柱沿横桥向方向投影的第1～i条圆曲线的半径。

在上述方案中，所述塔柱在纵桥向方向投影的截面顶部的宽度为d1，底部宽度为d2，所述塔柱在横桥向方向投影的截面顶部的宽度为m1，底部宽为m2，d1≤d2、m1≤m2。

在上述方案中，所述斜腿在纵桥向方向和横桥向方向的投影方程为：

纵桥向方向的投影方程：z＝kzx；

横桥向方向的投影方程：z＝khy；

其中x为所述斜腿的纵桥向方向的坐标；y为所述斜腿的横桥向方向的坐标；z为所述斜腿的竖向坐标；

kz、kh分别为所述斜腿的纵桥向方向和横桥向方向的一次函数比例系数。

在上述方案中，所述桥塔下部设有用于放置主梁的牛腿。

在上述方案中，所述桥塔设置在承台上。

在上述方案中，所述塔柱和所述斜腿之间通过圆形倒角连接。

在上述方案中，所述塔柱包括上塔柱和下塔柱，所述上塔柱采用钢结构，所述下塔柱和所述斜腿均采用混凝土结构，所述上塔柱的底部设置用于和所述下塔柱连接的钢-混结合段。

与现有技术相比，本发明塔柱与斜腿相互协助，斜拉桥实施过程中，斜腿与主梁固结，显著改善了塔柱及斜拉桥整体受力，整体上结构稳定；且采用纵、横双向曲线的钢混组合式主塔，有效节约了桥塔的成本，经济合理，同时提高了结构耐久性，进而增加了使用寿命。

附图说明

图1为本发明的实施例一中桥塔的结构示意图；

图2为本发明的实施例一中的桥塔在横桥向方向的投影示意图；

图3为本发明的实施例一中的斜腿在横桥向方向的投影示意图；

图4为本发明的实施例二中桥塔的结构示意图；

图5为本发明的实施例二中的桥塔在横桥向方向的投影示意图；

图6为本发明的桥塔应用在斜拉桥上的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种新型曲线形斜拉桥桥塔，在实施过程中，斜腿与主梁固结，显著改善了塔柱及斜拉桥整体受力，整体上结构稳定；且采用纵、横双向曲线的钢混组合式主塔，有效节约了桥塔的成本，同时提高了结构耐久性，进而增加了使用寿命。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～图6所示，本发明提供的一种新型曲线形斜拉桥桥塔，桥塔包括塔柱1和设置在塔柱1的一侧的斜腿2，塔柱1的轴线在横桥向方向和纵桥向方向均为曲线，塔柱1在纵桥向方向朝向主跨倾斜弯曲、横桥向方向朝向桥轴线倾斜弯曲，塔柱1上部横桥方向设置连接横撑5，斜腿2在横桥向方向的截面和纵桥向方向的截面均为直线，斜腿2在纵桥向方向朝向边跨倾斜、横桥向方向朝向桥轴线倾斜，主梁7固定在斜腿2的顶面。

本发明中塔柱1和斜腿2各个位置的具体方程如下：

塔柱1轴线在横桥向方向的方程为(y-ah1)²+(z-bh1)²＝rh1²，……，(y-ahi)²+(z-bhi)²＝rhi²，塔柱1轴线在纵桥向方向的方程为(x-az1)²+(z-bz1)²＝rz1²，……，(x-azi)²+(z-bzi)²＝rzi²,其中：

x为塔柱1的纵桥向坐标，y为塔柱1的横桥向坐标，z为塔柱1的竖向坐标；

(az1，bz1)、……、(azi，bzi)为塔柱1沿纵桥向方向投影的第1～i条圆曲线的圆心坐标；

rz1……rzi为塔柱1沿纵桥向方向投影的第1～i条圆曲线的半径；

(ah1，bh1)、……、(ahi，bhi)为塔柱1沿横桥向方向投影的第1～i条圆曲线的圆心坐标；

rh1、……、rhi为塔柱1沿横桥向方向投影的第1～i条圆曲线的半径。

塔柱1在纵桥向方向投影的截面顶部的宽度为d1，底部宽度为d2，塔柱1在横桥向方向投影的截面顶部的宽度为m1，底部宽为m2，d1≤d2、m1≤m2。

斜腿2在纵桥向方向和横桥向方向的投影方程为：

纵桥向方向的投影方程：z＝kzx；

横桥向方向的投影方程：z＝khy；

其中x为斜腿2的纵桥向方向的坐标；y为斜腿2的横桥向方向的坐标；z为斜腿2的竖向坐标；

kz、kh分别为斜腿2的纵桥向方向和横桥向方向的一次函数比例系数。

本发明，塔柱1与斜腿2相互协助，斜拉桥实施过程中，斜腿2与主梁7固结，显著改善了塔柱1及斜拉桥整体受力，整体上结构稳定；且采用纵、横双向曲线的钢混组合式主塔，有效节约了桥塔的成本，经济合理，同时提高了结构耐久性，进而增加了使用寿命。

进一步优化地，桥塔上设有用于放置主梁7的牛腿6，以满足主塔处主梁7支座放置需求，且牛腿6结构形式不限，根据受力需要和施工方便而定。桥塔设置在承台11上。

进一步优化地，塔柱1包括上塔柱3和下塔柱4，上塔柱3采用钢结构，下塔柱4和斜腿2均采用混凝土结构，上塔柱3的底部设置用于和下塔柱4连接的钢-混结合段，增加塔柱1的强度，使用更加安全。

本发明具体包括以下实施例

实施例一

如图1和图2所示，桥塔由塔柱1和设置在塔柱1一侧的斜腿2组成，塔柱1以及斜腿2均设置在承台11上，塔柱1和斜腿2之间设有弧形倒角12，使塔柱1和斜腿2之间圆润连接，受力分配均匀，使结构更加稳定。且可在塔柱1的顶端设置倾斜角，优选地，倾斜角在40°～50°之间，该种实施例下，可根据结构受力需要，将牛腿6延伸至承台11，形成特殊牛腿6结构，增加整体结构的稳定性。

实施例二

如图4和图5所示，本实施例与实施例一不同的是，塔柱1在纵桥向方向的投影的顶面宽度小于底面宽度，增加与承台11连接的稳定性，且斜腿2与塔柱1底部的交接处未设置倒角，降低施工难度。

实施例三

如图6所示，本实施例在实施例一的基础上，在主梁7底部的两侧设置辅助墩9和边墩10，增加了主梁7使用的安全性。

实施例四

在实施例一、二、三中，塔柱1在横桥向方向的截面和纵桥向方向的截面为一条圆曲线，减少了整体设计的难度。

实施例五

在实施例一、二、三中，塔柱1在横桥向方向的截面和纵桥向方向的截面由多条圆曲线相切拼接而成，适合设计高度较大的塔柱1，多条圆曲线拼接不影响整体结构的强度。

本发明，首次采用纵、横双向曲线的钢混合式主塔，塔柱1与斜腿2相互协助，斜拉桥实施过程中，斜腿2与主梁7固结，显著改善了塔柱1及斜拉桥整体受力，整体上结构稳定；且整体造型呈“鹤”形，构思巧妙，新颖独特，受力较为合理，曲线形的桥塔动静结合，蕴藏着无限的张力，桥塔向河心(主跨侧)倾斜，与周边环境相得益彰，具有极佳的景观效果。同时采用纵、横双向曲线的钢混组合式主塔，有效节约了桥塔的成本，经济合理，同时提高了结构耐久性，进而增加了使用寿命。

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。