一种无上横梁双柱式斜拉桥索塔及含其的斜拉桥的制作方法

本发明涉及桥梁领域，具体涉及一种无上横梁双柱式斜拉桥索塔及含其的斜拉桥。

背景技术：

斜拉桥的索塔是整个斜拉桥结构主要的承重构件，通过斜拉索连接主梁，形成整体共同受力。索塔是主要承受弯矩和轴力的压弯构件，轴向一部分是索塔自重产生，更主要的部分是通过斜拉索传递来的上部结构的荷载；弯矩一部分由竖向的压力偏心产生，另一部分是由水平作用力，如拉索水平分力、风荷载、地震作用等产生。在大跨径斜拉桥中，索塔塔柱承受着巨大的轴力和弯矩，应该对塔进行各项验算复核。然而，索塔结构的应力分布状态与索塔形式和构造密切相关。

斜拉桥索塔主要型式可分为a形、钻石形、倒y形、门形塔，前三种塔型因其造型需要，塔高一般均在120m以上，因此均适用于跨度较大的斜拉桥，门形塔则适用范围较大，中小跨径斜拉桥多采用该种塔型。但在以往的斜拉桥门形塔设计时，为了加强塔身稳定性，都要在塔顶设置上横梁。当塔柱之间的间距较大时，这样的设计方法会使斜拉桥的视野通透性受到严重影响；门式塔上横梁增加了桥塔结构的超静定次数，在温度场和不均匀沉降的作用下产生较大的次内力，不利于结构受力。常规门式塔造型单调，线条呆板，其景观效果极其一般，加以上横梁的视觉干扰，门式塔在结构选型中常常处于劣势，极大地限制了中小跨径斜拉桥的发展。

斜拉桥通过斜拉索给加劲梁提供了多点弹性支撑，增加了桥梁的跨度，同时斜拉索的水平分力作用于加劲梁，使加劲梁承受巨大的轴力。同时，随着梁段的加长，索塔附近区域的加劲梁轴力越大。混凝土斜拉桥加劲梁断面常采用pk梁断面，加劲梁在索塔支点附近受纵向轴力及支点负弯矩作用，常采用增加底板形成箱形断面，但在增设底板与无底板的分界面附近，加劲梁传力路径存在突变，受力极为复杂。另外，在索塔位置为避开加劲梁，塔柱横向间距通常较宽，影响景观效果。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种无上横梁双柱式斜拉桥索塔及含其的斜拉桥，它减少了上横梁，从而节约了工程量，简化了施工步骤，避免了高空支架现浇作业，节省了工程造价，还可减少索塔的自重，利于提高索塔的安全性与稳定性。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种无上横梁双柱式斜拉桥索塔，包括直柱塔、下横梁和下部支撑结构，所述直柱塔横向设置有两根，两根直柱塔下端均固定在下部支撑结构上，并在桥面以下通过下横梁连接在一起，直柱塔以下横梁顶端为界分为塔柱和塔腿，所述塔腿位于塔柱下方，并直接与下部支撑结构连接，所述塔柱和塔腿之间的连接部通过圆顺过渡形成直柱塔。

作为上述技术方案的进一步改进：所述直柱塔的横桥向外侧为圆弧结构，内侧为直线结构，横桥向宽度自下而上呈弧线减小；塔腿的顺桥向两侧均呈若干级阶梯状结构，各级阶梯自下而上随塔腿截面宽度变小而逐层消失，所述塔柱的顺桥向两侧均呈一级阶梯状结构。

进一步，所述直柱塔断面顺桥向两侧的阶梯根据曲线变化，外侧的阶梯逐渐减少至一个较小高度，再通过顺桥向的截面宽度渐变段将该级阶梯湮没，实现塔柱截面顺桥向尺寸的减小。

进一步，所述塔腿的顺桥向两侧均呈两级阶梯状结构，第一级阶梯沿竖向连续延伸至塔顶，第二级阶梯沿竖向连续延伸至桥面以上一定高度。

进一步，所述塔腿的断面顺桥向两侧的阶梯宽度变化范围为0.2≤b≤5m，厚度变化范围为0.1≤h≤1m。

进一步，所述直柱塔的断面内部为八边形空心结构，八边形空心结构与塔腿横桥向外侧的圆弧线、内侧的直线以及顺桥向两侧的阶梯形成不规则的箱形断面，八边形空心结构与塔柱横桥向外侧的圆弧线、内侧的直线以及顺桥向两侧形成箱形断面；所述下部支撑结构包括承台和桩基础，所述承台为六边形结构，所述桩基础为圆柱结构；所述直柱塔顶部设有塔顶装饰机构，所述塔顶装饰机构为内高外低的切角结构，所述塔柱横桥向外侧的若干级阶梯沿切角结构方向延伸至直柱塔顶部；所述直柱塔的塔柱为普通钢筋混凝土结构，直柱塔的塔腿为预应力钢筋混凝土结构，所述下横梁为预应力钢筋混凝土结构；下横梁外轮廓为矩形，内腔为八边形，内腔与外腔形成箱形断面。

一种无上横梁双柱式斜拉桥，包括上述的无上横梁的双柱式索塔、斜拉索和加劲梁，所述斜拉索一端与无上横梁的双柱式索塔连接，另一端与加劲梁连接，所述加劲梁在无上横梁的双柱式索塔范围内的横向宽度将缩窄形成两个凹槽，两根塔柱分别置于凹槽内。

作为上述技术方案的进一步改进：所述加劲梁在无上横梁的双柱式索塔附近的若干个梁段区域内设有底板，底板为单箱三室截面；在相邻的2～3个梁段区域内设有使底板的单箱三室截面向双箱单室截面平滑过渡的底板过渡段。

进一步，所述凹槽内设有二级倒角；凹槽的深度等于人行道宽度；所述加劲梁背索附近区域内的底板呈封闭状态。

进一步，所述斜拉索采用平行索面结构，将大幅减小索塔的横桥向弯矩及扭矩。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的无上横梁的双柱式斜拉桥索塔相比现有常规的门式塔，减少了上横梁，从而节约了工程量，简化了施工步骤，避免了高空支架现浇作业，节省了工程造价，还可减少索塔的自重，利于提高索塔的安全性与稳定性；

2、本发明的无上横梁的双柱式斜拉桥索塔的直柱塔采用设有阶梯的不规则箱形断面、下横梁采用箱形断面，其中塔腿及下横梁均采用预应力钢筋混凝土结构，在满足受力要求的前提下，有效减少了截面面积，利于降低混凝土水化热效应，提高了截面的预压力效率，大幅提升直柱塔和下横梁的工作性能，多级阶梯提高了塔柱和塔腿的截面抗弯能力，从而增大了全桥的承载能力安全系数；

3、本发明的无上横梁的双柱式斜拉桥索塔通过截面上多级阶梯的设置，以明快的线条进行竖向延伸联系，将塔顶装饰(凤头)、塔柱(凤颈)、及塔腿(凤尾)形成有机整体，使整个索塔浑然一体，不设置上横梁有效避免了不必要的视觉干扰，还可形成“凤凰展翅”景象，结构非常美观；

4、本发明的无上横梁的双柱式斜拉桥中采用含有底板和底板过渡段的加劲梁，具有传力匀顺，抗压、抗弯承载能力高的优点；

5、本发明的无上横梁的双柱式斜拉桥中将塔柱位于加劲梁的凹槽内，单个塔柱的斜拉索均位于同一平面内，避免了三维空间角度和坐标的计算和放样，极大地简化了计算和施工难度。

附图说明

图1是本发明无上横梁的双柱式斜拉桥索塔的立面结构示意图；

图2是图1中a-a线的剖面放大图；

图3是图1中b-b线的剖面放大图；

图4是图1中c-c线的剖面放大图；

图5是图1中d-d线的剖面放大图；

图6是图1中e-e线的剖面放大图；

图7是本发明无上横梁的双柱式斜拉桥索塔的侧面结构示意图；

图8是本发明无上横梁的双柱式斜拉桥的结构示意图；

图9是本发明无上横梁的双柱式斜拉桥加劲梁的立面结构示意图；

图10是本发明无上横梁的双柱式斜拉桥加劲梁的平面结构示意图；

图11是图9中f-f线的剖面放大图；

图12是图9中g-g线的剖面放大图；

图13是图9中h-h线的剖面放大图。

图例说明：

1、直柱塔；11、塔柱；12、塔腿；13、第一级阶梯；14、第二级阶梯；15、截面宽度渐变段；2、下横梁；3、下部支撑结构；31、承台；32、桩基础；4、塔顶装饰机构；001、无上横梁的双柱式索塔；0011、凹槽；002、斜拉索；003、加劲梁；0031、底板；0032、底板过渡段。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

如图1至图7所示，本实施例的无上横梁双柱式斜拉桥索塔，包括直柱塔1、下横梁2和下部支撑结构3，直柱塔1横向设置有两根，两根直柱塔1下端均固定在下部支撑结构3上，并在桥面以下通过下横梁2连接在一起，直柱塔1以下横梁2顶端为界分为塔柱11和塔腿12，塔腿12位于塔柱11下方，并直接与下部支撑结构3连接，塔柱11和塔腿12之间的连接部通过圆顺过渡形成直柱塔1。

本实施例中，直柱塔1的横桥向外侧为圆弧结构，内侧为直线结构，横桥向宽度自下而上呈弧线减小；塔腿12的顺桥向两侧均呈若干级阶梯状结构，各级阶梯自下而上随塔腿12截面宽度变小而逐层消失，塔柱11的顺桥向两侧均呈一级阶梯状结构。

本实施例中，直柱塔1断面顺桥向两侧的阶梯根据曲线变化，外侧的阶梯逐渐减少至一个较小高度，再通过顺桥向的截面宽度渐变段15将该级阶梯湮没，实现塔柱11截面顺桥向尺寸的减小。

本实施例中，塔腿12的顺桥向两侧均呈两级阶梯状结构，第一级阶梯13沿竖向连续延伸至塔顶，第二级阶梯14沿竖向连续延伸至桥面以上一定高度。

本实施例中，塔腿12的断面顺桥向两侧的阶梯宽度变化范围为0.2≤b≤5m，厚度变化范围为0.1≤h≤1m。

本实施例中，直柱塔1的断面内部为八边形空心结构，八边形空心结构与塔腿12的向外侧的圆弧线、内侧的直线以及顺桥向两侧的阶梯形成不规则的箱形断面，八边形空心结构与塔柱11横桥向外侧的圆弧线、内侧的直线以及顺桥向两侧形成箱形断面；下部支撑结构3包括承台31和桩基础32，承台31为六边形结构，桩基础32为圆柱结构，六边形承台31横桥向两侧的尖角兼具避撞和分水作用，减少了船舶撞击力和水流压力，有效保护了整个斜拉桥索塔的安全性和受力合理性。

本实施例中，直柱塔1顶部设有塔顶装饰机构4，塔顶装饰机构4为内高外低的切角结构，塔柱11横桥向外侧的若干级阶梯沿切角结构方向延伸至直柱塔1顶部，塔顶装饰机构4采用内高外低的切角造型，塔柱11横桥向外侧的阶梯沿切角方向延伸至塔尖，呈凤头造型，引领塔柱11、塔腿12形成“凤凰展翅”景象。

本实施例中，直柱塔1的塔柱11为普通钢筋混凝土结构，直柱塔1的塔腿12为预应力钢筋混凝土结构，下横梁2为预应力钢筋混凝土结构；下横梁2外轮廓为矩形，内腔为八边形，内腔与外腔形成箱形断面，在下横梁顶底板内张拉预应力，有效提高了预应力的效率，大幅改善了下横梁的工作性能。

如图8至图13所示，一种无上横梁双柱式斜拉桥，包括上述的无上横梁的双柱式索塔001、斜拉索002和加劲梁003，斜拉索002一端与无上横梁的双柱式索塔001连接，另一端与加劲梁003连接，加劲梁003在无上横梁的双柱式索塔001范围内将横向宽度缩窄形成两个凹槽0011，两根塔柱11分别置于凹槽0011内，使横向塔柱11距离拉近，实现双柱式索塔斜拉桥的平行索面，极大地简化了施工放样的难度。

本实施例中，加劲梁003在无上横梁的双柱式索塔001附近的若干个梁段区域内设有底板0031，底板0031为单箱三室截面结构；在相邻的2～3个梁段区域内设有使底板的单箱三室截面向双箱单室截面平滑过渡的底板过渡段0032，底板过渡段0032使加劲梁003能匀顺地传递轴力，而增设的全断面底板0031则能提高加劲梁003的抗压和抗弯承载能力。

本实施例中，凹槽0011内设有二级倒角，使加劲梁003传力路径更为顺畅；凹槽0011的深度等于人行道宽度，行人经围绕在塔柱11上的人行通道通行；加劲梁003背索附近区域内的底板0031呈封闭状态，增加了边跨自重，同时也为压重提供了空间。

本实施例中，斜拉索002采用平行索面结构，即单个塔柱的斜拉索均在同一竖直的平面内。