一种铁路悬索桥钢梁的约束体系的制作方法

本发明涉及桥梁工程技术领域，特别涉及一种铁路悬索桥钢梁的约束体系。

背景技术

悬索桥作为一种跨越能力最大的桥型，在公路桥梁建设中被大量应用，国外也建成了几座公铁合用悬索桥。悬索桥主要由缆索系统、索塔、锚碇和加劲梁组成，其中加劲梁一般采用钢梁，主要承受竖向活载、温度、风力和地震荷载作用。

悬索桥的钢梁与缆索系统中的吊索、索塔或墩(台)连接。悬索桥钢梁的约束体系指钢梁竖向、横向和纵向约束条件，主要有竖向支座、横向风支座、纵向阻尼器和中央扣等措施。竖向支座主要把钢梁上荷载传递至桥墩(桥台)或桥塔上，一般只限制钢梁竖向位移，也有在桥塔处采用吊杆代替支座的做法；横向风支座设置在钢梁横向，在风荷载作用下钢梁横向位移超过限定值时限制横向位移；纵向阻尼器安装于发生相对位移的桥梁构件之间，在缓慢施加的静态荷载，如温度、汽车荷载等作用下，可自由变形，在快速作用的动态荷载，如汽车振动、地震、脉动风等作用下，产生阻尼力并耗散能量的振动控制装置；中央扣设置在跨中短吊索连接主缆和钢梁的措施，用来减小钢梁纵向位移，改善短吊索受力。

我国铁路建设正处于蓬勃发展时期，铁路跨越深大峡谷或跨越大江大河需采用更大跨径的桥型，悬索桥无疑是大跨铁路桥梁的重要选择。相较公路桥梁，铁路桥梁荷载重，列车速度高、动力效应强烈，其制动力和起动力也更大且频率也高，公路悬索桥对钢梁的约束条件不再适用于铁路悬索桥。比如，仅采用纵向阻尼器来限制列车制动力或起动力，若列车每天制动和起动一次，5年后纵向阻尼器累计行程将达到极限；在索塔上设置横向风支座来限制风位移，横向抗风支座同时也会把巨大的横向地震力传递给索塔。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种铁路悬索桥钢梁的约束体系。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种铁路悬索桥钢梁的约束体系，包括在桥台和桥塔处设有的竖向支座和纵向阻尼器，还包括在桥台和桥塔处设有的纵向活动支座、横向活动支座、固定支座和横向阻尼器。

本发明的支座不仅包括用来传递钢梁竖向力的竖向支座，还包括用来抵抗列车制动力和起动力，同时降低钢梁纵向位移的横向活动支座，用来抵抗横向风力的纵向活动支座，以及同时兼具横向活动支座和纵向活动支座作用的固定支座。进一步，在超过设计地震作用下，钢梁支座解除纵向和横向限位约束时，本发明通过阻尼器来改善和缓解桥梁地震响应，不仅包括用来降低地震作用下钢梁的纵向位移的纵向阻尼器，还包括用来降低地震作用下钢梁的横向位移和改善桥塔、钢梁地震受力的横向阻尼器。

本发明取消了中央扣措施，改为采用横向活动支座和固定支座来进行支座纵向限位约束，不仅能抵抗列车制动和起动作用，且减小了钢梁纵向位移；本发明取消了横向风支座，改为采用纵向活动支座和固定支座来进行支座横向限位约束，不仅能抵抗横向风位移，且减少了索塔受力；本发明还增设了横向阻尼器，不仅可有效降低钢梁横向位移，减小幅度达70％以上，也可有效降低桥塔、钢梁地震受力。通过风车桥动力耦合分析，采用该约束体系的铁路悬索桥具有良好的动力特性及列车走形性。

优选的，所述横向活动支座和固定支座均安装在桥塔处，所有所述桥台处均安装有纵向活动支座和竖向支座。桥塔位于线索桥的中部，将横向活动支座和固定支座安装在中部，更有利于其发挥作用。

优选的，所述横向活动支座和固定支座仅安装在一个桥塔处，另一个桥塔则安装有纵向活动支座和竖向支座。

优选的，钢梁上弦平面和钢梁下弦平面均安装有所述横向阻尼器，用以降低横向位移。

优选的，所述钢梁上弦平面在每个桥塔/桥台处均对称安装有两个所述横向阻尼器；所述钢梁下弦平面仅在每个桥塔处均对称安装有两个所述横向阻尼器。

优选的，所述钢梁下弦平面还安装有所述纵向阻尼器。

优选的，所述钢梁下弦平面在每个桥塔/桥台处均对称安装有两个所述纵向阻尼器。

优选的，所述纵向阻尼器采用一种加设自由微动装置的液体粘滞阻尼器，加设自由微动的纵向阻尼器可避免列车制动和起动对其产生的不利影响，且可明显降低钢梁纵向位移，减小幅度达80％以上。

具体的，所述加设自由微动装置的液体粘滞阻尼器包括液体黏滞阻尼器以及自由微动装置，所述自由微动装置包括与液体黏滞阻尼器相连接的缸体，缸体的另一端栓式连接有的t型挡体，所述缸体和t型挡体的外表面套接有的套筒，所述套筒的另一端栓接有的连接环；

所述t型挡体包括柱体和挡板，所述挡板的直径大于所述柱体的直径；

所述套筒的内部固定有圆环形的活动挡块，所述活动挡块的内径与所述柱体相适配，且所述活动挡块的内径小于所述挡板的直径，所述活动挡块的内径小于所述缸体的外径，所述活动挡块可随着套筒在缸体和挡板之间滑动。

安装时，将液体黏滞阻尼器的一端与结构支撑体(比如桥台或桥塔)铰接，将连接环的一端与梁体相连接。通过活动挡块的滑动，可以很好地避免刹车荷载及行车荷载对液体黏滞阻尼器产生扰动，大大减少了液体黏滞阻尼器在日常列车制动及行车荷载作用下产生的累积行程，同时也可以把温度变形对阻尼器耐久性产生的影响考虑在内，将大大降低了阻尼器密封件的磨损量，较当前普通液体黏滞阻尼器的寿命长，同时也实现液体黏滞阻尼器专用于地震荷载的减振作用。

优选的，所述横向阻尼器和纵向阻尼器的一端安装在桥台/桥塔处，另一端安装在钢梁梁体上，从而能部分抵消梁体相对于桥台/桥塔的相对运动。

本发明还公开了一种铁路悬索桥钢梁，其设有任一所述的一种约束体系。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明的支座不仅包括用来传递钢梁竖向力的竖向支座，还包括用来抵抗列车制动力和起动力，同时降低钢梁纵向位移的横向活动支座，用来抵抗横向风力的纵向活动支座，以及同时兼具横向活动支座和纵向活动支座作用的固定支座。进一步，在超过设计地震作用下，钢梁支座解除纵向和横向限位约束时，本发明通过阻尼器来改善和缓解桥梁地震响应，不仅包括用来降低地震作用下钢梁的纵向位移的纵向阻尼器，还包括用来降低地震作用下钢梁的横向位移和改善桥塔、钢梁地震受力的横向阻尼器。

本发明取消了中央扣措施，改为采用横向活动支座和固定支座来进行支座纵向限位约束，不仅能抵抗列车制动和起动作用，且减小了钢梁纵向位移；本发明取消了横向风支座，改为采用纵向活动支座和固定支座来进行支座横向限位约束，不仅能抵抗横向风位移，且减少了索塔受力；本发明还增设了横向阻尼器，不仅可有效降低钢梁横向位移，减小幅度达70％以上，也可有效降低桥塔、钢梁地震受力。通过风车桥动力耦合分析，采用该约束体系的铁路悬索桥具有良好的动力特性及列车走形性。

附图说明：

图1是铁路悬索桥的立面布置图。

图2是钢梁在桥台和桥塔处的支座布置图。

图3是钢梁上弦平面在桥台和桥塔处的阻尼器布置图。

图4是钢梁下弦平面在桥台和桥塔处的阻尼器布置图。

图5是加设自由微动装置的液体粘滞阻尼器的结构示意图。

图6是t型挡体的正视图。

图7是t型挡体的侧视图。

图8是加设自由微动装置的液体粘滞阻尼器的安装示意图。

图中标记：1-0#桥台，2-1#桥塔，3-2#桥塔，4-3#桥台；

10-0#桥台纵向活动支座，11-1#桥塔固定支座，12-2#桥塔纵向活动支座，13-3#桥台纵向活动支座，14-0#桥台竖向支座，15-1#桥塔横向活动支座，16-2#桥塔竖向支座，17-3#桥台竖向支座；

20-0#桥台第一横向阻尼器，21-1#桥塔第一横向阻尼器，22-2#桥塔第一横向阻尼器，23-3#桥台第一横向阻尼器，24-0#桥台第二横向阻尼器，25-1#桥塔第二横向阻尼器，26-2#桥塔第二横向阻尼器，27-3#桥台第二横向阻尼器；

30-0#桥台第一纵向阻尼器，31-1#桥塔第一纵向阻尼器，32-2#桥塔第一纵向阻尼器，33-3#桥台第一纵向阻尼器，34-0#桥台第二纵向阻尼器，35-1#桥塔第二纵向阻尼器，36-2#桥塔第二纵向阻尼器，37-3#桥台第二纵向阻尼器；

41-1#桥塔第三横向阻尼器，42-2#桥塔第三横向阻尼器，43-1#桥塔第四横向阻尼器，44-2#桥塔第四横向阻尼器；

5-加设自由微动装置的液体粘滞阻尼器，51-液体黏滞阻尼器，52-缸体，53-t型挡体，531-柱体，532-挡板，54-套筒，541-活动挡块，55-连接环，56-缸体一，57-缸体二；

6-梁体，7-桥塔。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

一种铁路悬索桥钢梁的约束体系，包括桥台和桥塔处设有支座和阻尼器，支座包括竖向支座、纵向活动支座、横向活动支座和固定支座，阻尼器包括纵向阻尼器和横向阻尼器。

具体的，如图1所示，本实施例所述的铁路悬索桥包括0#桥台1、1#桥塔2、2#桥塔3和3#桥台4。如图2所示，铁路悬索桥钢梁的支座约束包括：在0#桥台1处设有的0#桥台纵向活动支座10和0#桥台竖向支座14；在1#桥塔2处设有的1#桥塔固定支座11和1#桥塔横向活动支座15；在2#桥塔3处设有的2#桥塔纵向活动支座12和2#桥塔竖向支座16；在3#桥台4处设有的3#桥台纵向活动支座13和3#桥台竖向支座17。

竖向支座(包括0#桥台竖向支座14、2#桥塔竖向支座16和3#桥台竖向支座17)主要用以传递钢梁的竖向力；1#桥塔固定支座11和1#桥塔横向活动支座15用来抵抗列车制动力和起动力，同时降低钢梁纵向位移；1#桥塔固定支座11、0#桥台纵向活动支座10、2#桥塔纵向活动支座12和3#桥台纵向活动支座13用来抵抗横向风力。

如图3所示，在钢梁上弦平面设有横向阻尼器，具体的，包括在0#桥台1处设有的0#桥台第一横向阻尼器20和0#桥台第二横向阻尼器24；在1#桥塔2处设有的1#桥塔第一横向阻尼器21和1#桥塔第二横向阻尼器25；在2#桥塔3处设有的2#桥塔第一横向阻尼器22和2#桥塔第二横向阻尼器26；在3#桥台4处设有的3#桥台第一横向阻尼器23和3#桥台第二横向阻尼器27。

如图4所示，在钢梁下弦平面设有纵向阻尼器和横向阻尼器，具体的，钢梁下弦平面设有的纵向阻尼器包括在0#桥台1处设有的0#桥台第一纵向阻尼器30和0#桥台第二纵向阻尼器34；在1#桥塔2处设有的1#桥塔第一纵向阻尼器31和1#桥塔第二纵向阻尼器35；在2#桥塔3处设有的2#桥塔第一纵向阻尼器32和2#桥塔第二纵向阻尼器36；在3#桥台4处设有的3#桥台第一纵向阻尼器33和3#桥台第二纵向阻尼器37。钢梁下弦平面设有的横向阻尼器包括在1#桥塔2处设有的1#桥塔第三横向阻尼器41和1#桥塔第四横向阻尼器43；在2#桥塔3处设有的2#桥塔第三横向阻尼器42和2#桥塔第四横向阻尼器44。

在超过设计地震作用下，支座解除限制约束，阻尼器发挥主导作用。阻尼器用来改善和缓解桥梁地震响应，其中纵向阻尼器30～37用来降低地震作用下钢梁的纵向位移，横向阻尼器20～27和40～43用来降低地震作用下钢梁的横向位移和改善桥塔、钢梁地震受力。纵向阻尼器30～37采用一种加设自由微动装置的液体粘滞阻尼器5，可避免列车制动和起动及温度对其产生不利影响。

如图5和图8所示，所述加设自由微动装置的液体粘滞阻尼器5包括与结构支撑体(桥台或桥塔7)铰接的液体黏滞阻尼器51以及自由微动装置，所述自由微动装置包括缸体52、t型挡体53、套筒54，套筒54通过连接环55与钢梁梁体6相铰接。

缸体52的一端与液体黏滞阻尼器51栓式串联，另一端与t型挡体53栓式连接，如图6-图7所示，所述t型挡体53包括柱体531和挡板532，所述挡板532的直径大于所述柱体531的直径。套筒54套设在所述缸体52和t型挡体53的外表面，所述套筒54的内部固定有活动挡块541，所述活动挡块541与所述套筒54为一体成型结构件，所述活动挡块541为中部设有通孔的圆环形结构。所述通孔的直径与所述柱体531相适配，且所述通孔的直径小于所述挡板532的直径，所述通孔的直径小于所述缸体52的外径，所述活动挡块541可随着套筒54在缸体52和挡板532之间滑动。

液体黏滞阻尼器51具有常规液体黏滞阻尼器的性能，能在温度及混凝土收缩徐变下自由变形，在较大的动荷载作用下起到减振耗能作用。

在动力荷载作用下，桥梁梁体6与桥塔7或桥台之间产生相对位移，同时带动连接环55和套筒54所连接形成的刚体，相对于缸体52和t型挡体53所形成的刚体发生滑动，套筒54上的活动挡块541在缸体52和挡板532形成的腔体间隙d内运动。当振动所引起的相对位移进一步增大时，活动挡块541将抵紧缸体52或挡板532的一端端头，若结构振动所产生的相对位移再进一步增大时，由于活动挡块541已充分地抵紧缸体52或挡板532的一端端头，此时液体黏滞阻尼器51的缸体一56和缸体二57内部产生拉伸或压缩变形，来抵消振动。动力荷载可以表现为列车制动和行车荷载、温度荷载(按动荷载考虑)、地震荷载。

缸体52和挡板532形成的腔体间隙d可以设置为一个固定的值，间隙d的大小根据结构减振的需要考虑为列车行车及制动所产生的变形，或温度荷载所产生的变形，或两种荷载的组合效应。为了较大的提高阻尼器的使用寿命，一般可以考虑为二者的组合效应。

地震荷载作用下，桥梁梁体6与桥塔7或桥台之间产生相对位移较大，剧烈带动连接环55和套筒54所连接形成的刚体，与缸体52和t型挡体53所形成的刚体产生相对运动，由于缸体52的一端和挡板532的一端形成的腔体间隙d远小于地震作用使得桥梁梁体6与桥塔7或桥台之间的相对位移量，活动挡块541在来回运动过程中将抵紧缸体52的一端或挡板532的一端，带动液体黏滞阻尼器51的缸体一56和缸体二57产生拉伸或压缩变形，在液体黏滞阻尼器51的缸体一56和缸体二57内部产生拉伸或压缩变形的过程中消耗地震能量，发挥减振的作用。

以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。