一种拉索加劲的双折线形桥跨组件的制作方法

本发明涉及建筑及桥梁领域，具体涉及一种拉索加劲的双折线形桥跨组件

背景技术：

传统上，桥梁结构体系有四种：梁式桥、拱桥、悬索桥、刚构桥。近现代随着建筑材料和设计技术的发展，在四大桥梁类型的基础上衍生出了一些新型的桥梁体系。如斜拉桥、悬带桥等。

按桥梁的桥跨结构数量分，可以分为单跨、两跨、三跨、多跨等。桥梁桥跨数量越少，需要的下部的桥墩就越少，由于桥墩会影响航道通行，且其施工一般在水下，施工昂贵，作业困难且风险较大。在经济技术条件允许的条件下，一般希望使用尽可能大的跨度和尽可能少的桥跨数量实现跨越。

另外，桥梁的平面设计有时并不是自由的，需要考虑桥梁两端道路的走向或景观的需求。如果两端道路走向不能完全正对，就需要采用曲线桥或折线桥。曲线桥在竖向荷载下的特征是会在梁体中产生扭矩，可能使桥体扭转产生路面不平整或者倾覆的问题。为了使桥梁能够适应两端道路走向不能完全正对的情况，需要对桥跨进行设计，使桥跨的出现弯折，进而改变整个桥梁的走向。一般桥梁对这些出于交通或景观考虑的曲线桥并不能很好适应。往往需要调整交通功能或景观迁就桥梁的设计，导致功能或外观受到一定影响。

因此，需要设计桥跨组件，将该桥跨组件应用于桥梁中，在尽可能大的跨度的情况下保持稳定，并且能够实现局部弯折，进而改变桥梁走向，适应各种设计环境的需求。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种拉索加劲的双折线形桥跨组件，可以将本发明的拉索加劲的双折线形桥跨组件作为桥跨应用于桥梁中，作为桥梁中的一段结构。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种拉索加劲的双折线形桥跨组件，包括主梁和拉索撑杆组件，所述主梁的两端置于桥墩上；所述拉索撑杆组件包括撑杆和拉索，所述主梁上的桥梁平面为双折线形桥梁平面，包括中间段和与设于所述中间段两侧的弯折段；所述拉索撑杆组件装配与所述主梁的下平面；所述弯折段与中间段的连接线处设有撑杆，所述拉索的一端与撑杆连接，另一端与弯折段的端部或者相邻的连接线连接。

所述中间段长度为所述主梁长度的0.2～0.4倍。

所述撑杆斜向下安装于所述主梁上，并且安装方向朝向折线角的开口方向。

所述撑杆与所述主梁的下平面的夹角为20°～70°，所述撑杆的长度为所述双折线形桥跨组件的跨度的0.1～0.3倍。

所述撑杆与所述弯折段与中间段的连接线位于同一个竖直平面上，并且相邻的两个撑杆为中心对称设置。

连接于同一个撑杆上的拉索为连续拉索或者在撑杆处断开的拉索。

所述拉索在主梁单的锚固点与所述撑杆之间的拉索为一道或分散的若干道拉索。

所述主梁为箱梁或π形梁。

对于本发明中拉索加劲的双折线形桥跨组件的设计方法包括以下步骤：

(1)选择主梁的桥梁平面、纵断面和横断面结构；

(2)计算拉索的预应力，所述预应力引起所述主梁反拱，该反拱度与所述主梁在恒载和0.5倍活荷载之和作用下的桥梁挠度相等或相当；

(3)核算桥梁强度、刚度、稳定性、抗倾覆性能、抗震性能和施工过程参数；

(4)若步骤(3)中计算得出抗震性能不符合设计要求的结论，则在所述双折线形桥梁上添加阻尼器，减小桥梁振动。

本发明还提供了一种拉索加劲的双折线形桥跨组件的制作方法，该制作方法包括以下步骤：

(1)准备主梁、撑杆以及拉索部件，施工地通过胎架临时固定所述主梁；

(2)在主梁上安装撑杆和拉索，每架设一根拉索均需进行索力调整；所述索力调整的方法为：采用一次张拉、分批张拉或超张拉的方法将拉索张拉至设计预拉力值，其中设计预拉力值为拉索的设计初始预张力的20％～50％；

(3)将所述步骤(2)获得的主梁吊装至设计的桥墩或桥台之间，将所述主梁与所述桥墩或桥台上的支座对正；

(4)对主梁于所述桥墩或桥台的连接处进行焊接；

(5)施工卸载，完成桥梁安装。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几方面：

1.适应双折线形状的桥面走线，适用于两端道路走向不能全完对正的情况；

2.采用拉索加劲的结构，由于拉索客观上增加了结构在水平方向和竖直方向的整体抗弯高度，且材料应用在抵抗弯矩最有效的结构外侧边缘位置，材料性能发挥的效率高，可以有效增大结构刚度，因此，本发明对于大跨度折线桥具有较好的平面内刚度与平面外刚度；

3.结构轻巧。相比于一般的结构桥梁，由于桥的主要受拉部分无失稳问题采用，拉索可以使截面最小化，而受压部分为钢梁，稳定性较容易保证。因此整体材料利用效率高，相比一般梁桥，大大降低了桥体的自重，节省材料。

4.对支座和基础的水平力小。设计恰当的情况下，本发明桥梁的拉索与桥体可以实现拉压平衡，对两侧的桥墩桥台可以实现零水平力，降低桩基造价。

5.桥上视野开阔。由于受力结构主要在下部。桥面以上无任何结构物遮挡视野。相比悬索桥、斜拉桥、上承式拱桥等其他桥型，可以有更开阔的景观和视野。

6.桥下通航空间高，相比一般桁架桥或者梁桥，两索撑之间的中部结构高度极小，使得航道中心线处有很大的净高，允许更大的船舶通航。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的俯视结构示意图；

图3为本发明的主视结构示意图；

图4为本发明的侧视结构示意图；

图5为本发明的分解结构示意图；

图6为本发明的预应力反拱示意；

图7为应用本发明的三跨桥梁的结构示意图；

图8为应用本发明的三跨桥梁的俯视结构示意图；

图9为应用本发明的三跨桥梁的主视结构示意图；

图10为应用本发明的三跨桥梁的使用状态变形图；

图中，1为主梁，2为撑杆，3为拉索，4为桥墩，5为左侧边跨，6为右侧边跨。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种拉索加劲的双折线形桥跨组件，如图1和图5所示，包括主梁1和拉索撑杆组件，其中，主梁1的两端置于桥墩4的支座上，主梁1选择为π形梁；拉索撑杆组件包括撑杆2和拉索3，主梁1上的桥梁平面为双折线形桥梁平面，包括中间段和与设于中间段两侧的弯折段，所述中间段长度为所述主梁长度的1/3倍，如图2所示；拉索撑杆组件装配与主梁1的下平面，从而使拉索撑杆组件不影响桥梁上部的桥面上视野，如图3和图4所示，弯折段与中间段的连接线处设有撑杆2，撑杆2斜向下安装于主梁1上，并且安装方向朝向折线角的开口方向，并且撑杆2与弯折段与中间段的连接线位于同一个竖直平面上，撑杆2与主梁1的下平面的夹角为45°，撑杆的长度为双折线形桥跨组件的跨度的0.2倍；拉索3的一端与撑杆2连接，另一端与弯折段的端部或者相邻的连接线连接，连接于同一个撑杆2上的拉索3为在撑杆2处断开的拉索3，并且拉索3在主梁1单的锚固点与撑杆2之间的拉索3为一道拉索。

本实施例还提供了一种拉索加劲的双折线形桥跨组件的设计方法，该设计方法包括以下步骤：

(1)选择设计主梁1的桥梁平面、纵断面和横断面结构；

(2)计算拉索3的预应力，拉索3中的预应力大小通过以下准则确定：预应力引起主梁1反拱，该反拱度与主梁1在恒载和0.5倍活荷载之和作用下的桥梁挠度相等、相当或接近，如图6所示，虚线为添加预应力后桥梁反拱后的结构示意图，实现为桥梁初始结构示意图；

(3)核算桥梁强度、刚度、稳定性、抗倾覆性能、抗震性能和施工过程参数；

(4)若步骤(3)中计算得出抗震性能不符合设计要求的结论，则在双折线形桥梁上添加阻尼器，减小桥梁振动。

本实施例一种拉索加劲的双折线形桥跨组件的施工方法，该施工方法包括以下步骤：

(1)准备主梁1、撑杆2以及拉索部件，这些部件在工厂内加工后运送到施工现场的河岸，施工现场的河岸上通过胎架临时固定主梁1；

(2)在主梁1上安装撑杆2和拉索3，每架设一根拉索3均需进行索力调整；索力调整的方法为：采用一次张拉、分批张拉或超张拉的方法将拉索3张拉至设计预拉力值，其中设计预拉力值为拉索3的正常使用极限状态的30％；

(3)将步骤(2)获得的主梁1通过浮吊或岸上吊车吊装至设计的桥墩4或桥台之间，将主梁1与桥墩4或桥台上的支座对正；

(4)对主梁1与桥墩4或桥台的连接处进行焊接固定；

(5)施工卸载，完成桥梁安装。

实施例2

一种拉索加劲的双折线形桥跨组件，如图1和图5所示，包括主梁1和拉索撑杆组件，其中，主梁1的两端置于桥墩4的支座上，主梁1选择为箱梁；拉索撑杆组件包括撑杆2和拉索3，主梁1上的桥梁平面为双折线形桥梁平面，包括中间段和与设于中间段两侧的弯折段，所述中间段长度为所述主梁长度的0.2倍，如图2所示；拉索撑杆组件装配与主梁1的下平面，从而使拉索撑杆组件不影响桥梁上部的桥面上视野，如图3和图4所示，弯折段与中间段的连接线处设有撑杆2，撑杆2斜向下安装于主梁1上，并且安装方向朝向折线角的开口方向，并且撑杆2与弯折段与中间段的连接线位于同一个竖直平面上，撑杆2与主梁1的下平面的夹角为20°，撑杆的长度为双折线形桥跨组件的跨度的0.1倍；拉索3的一端与撑杆2连接，另一端与弯折段的端部或者相邻的连接线连接，连接于同一个撑杆2上的拉索3为连续拉索，并且拉索3在主梁1单的锚固点与撑杆2之间的拉索3为分散的两道拉索。

本实施例一种拉索加劲的双折线形桥跨组件的施工方法，该施工方法包括以下步骤：

(1)准备主梁1、撑杆2以及拉索部件，这些部件在工厂内加工后运送到施工现场的河岸，施工现场的河岸上通过胎架临时固定主梁1；

(2)在主梁1上安装撑杆2和拉索3，每架设一根拉索3均需进行索力调整；索力调整的方法为：采用一次张拉、分批张拉或超张拉的方法将拉索3张拉至设计预拉力值，其中设计预拉力值为拉索3的正常使用极限状态的20％；

(3)将步骤(2)获得的主梁1通过浮吊或岸上吊车吊装至设计的桥墩4或桥台之间，将主梁1与桥墩4或桥台上的支座对正；

(4)对主梁1与桥墩4或桥台的连接处进行焊接固定；

(5)施工卸载，完成桥梁安装。

采用本实施例的双折线形桥梁组件作为主跨，将其应用到三跨连续梁桥，全长46m，主跨30m，由于河道水务以及通航高度要求，将桥梁设计为三跨连续梁桥，包括中间的主跨以及设于主跨两侧的左侧边跨5和右侧边跨6，如图7和图8所示，该三跨连续梁桥设于河道上，如图9所示。采用箱梁作为主梁1，采用整块钢板作为撑杆2，每套拉索3中布置为平行的两道拉索，经计算，在每根拉索3中施加400kn预拉力，桥梁反拱与恒荷载和0.5倍活荷载下的挠度基本一致，可以使正常使用时的桥面基本平直，经过其余复核，桥梁强度、变形、稳定性都可以得到保证，计算桥梁在使用状态的变形情况，如图10所示，图中越暗表示变形越大，图中，主跨两端的形变小于中间段的形变，具体为主跨两端的形变为0～9mm，主跨中间段的形变最高为90mm，可以看出本实施例设计的主跨形变较小，拉索3与桥体可以实现拉压平衡，对两侧的桥墩桥台可以实现零水平力。为了控制桥面振动，在桥中布置一套调谐质量阻尼器系统，将三跨桥梁分段运送到河岸后拼装、张拉并吊装到位，完成建造。

实施例3

一种拉索加劲的双折线形桥跨组件，如图1和图5所示，包括主梁1和拉索撑杆组件，其中，主梁1的两端置于桥墩4的支座上，主梁1选择为π形梁；拉索撑杆组件包括撑杆2和拉索3，主梁1上的桥梁平面为双折线形桥梁平面，包括中间段和与设于中间段两侧的弯折段，所述中间段长度为所述主梁长度的0.4倍，如图2所示；拉索撑杆组件装配与主梁1的下平面，从而使拉索撑杆组件不影响桥梁上部的桥面上视野，如图3和图4所示，弯折段与中间段的连接线处设有撑杆2，撑杆2斜向下安装于主梁1上，并且安装方向朝向折线角的开口方向，并且撑杆2与弯折段与中间段的连接线位于同一个竖直平面上，撑杆2与主梁1的下平面的夹角为70°，撑杆的长度为双折线形桥跨组件的跨度的0.3倍；拉索3的一端与撑杆2连接，另一端与弯折段的端部或者相邻的连接线连接，连接于同一个撑杆2上的拉索3为在撑杆2处断开的拉索3，并且拉索3在主梁1单的锚固点与撑杆2之间的拉索3为一道拉索。

本实施例一种拉索加劲的双折线形桥跨组件的施工方法，该施工方法包括以下步骤：

(1)准备主梁1、撑杆2以及拉索部件，这些部件在工厂内加工后运送到施工现场的河岸，施工现场的河岸上通过胎架临时固定主梁1；

(2)在主梁1上安装撑杆2和拉索3，每架设一根拉索3均需进行索力调整；索力调整的方法为：采用一次张拉、分批张拉或超张拉的方法将拉索3张拉至设计预拉力值，其中设计预拉力值为拉索3的正常使用极限状态的50％；

(3)将步骤(2)获得的主梁1通过浮吊或岸上吊车吊装至设计的桥墩4或桥台之间，将主梁1与桥墩4或桥台上的支座对正；

(4)对主梁1与桥墩4或桥台的连接处进行焊接固定；

(5)施工卸载，完成桥梁安装。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。