一种下层纵移开启式桥梁及其开启方法与流程

本发明是土木工程所涉及的桥梁工程新技术领域，具体涉及一种下层纵移开启式桥梁及其开启方法。

背景技术：

开启桥亦称活动桥、开合桥，开启桥因能改善桥梁通航净空高度，使某些无法修建桥梁的河道上建桥成为可能，适用于交通不很频繁而须航行高大船只的河道或港口。优点是墩台较低，因而能大幅降低两岸接坡条件，可减少两岸引桥和路堤的工程量，并使纵坡受限情况下非机动车骑行过江成为可能。目前国内外现有开启桥主要有平转式、竖转式、垂直提升式三种形式。

平转式开启桥桥跨结构可以绕一根竖轴旋转的开启桥。在平转90度时，让河道上的船只通过。

竖转式开启桥是将航道上面的桥跨结构做成在立面上可以旋转开合的桥梁。从一端开合整跨开启结构的称单叶式立转桥；从两端开合分为两部分开启结构的称双叶式立转桥。

升降式开启桥桥梁中间通航部分的桥跨做成可以升降的结构。在开启桥跨两端各有一座塔架和悬挂的平衡重。

以上开启方式开启时需中断桥上车行交通，同时由于机械起重能力限制，开启宽度一般较小，船舶需减速通过，且不论大小船只通过时均需开启，严重影响桥上车行交通功能和桥下船舶通行能力。因此以上三种开启方式难以普遍推广应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种下层纵移开启式桥梁，解决纵坡受限情况下桥上交通与大型船舶同时正常通行问题，同时避免桥梁开启时交通中断，车行交通无法通行的弊端。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种下层纵移开启式桥梁，包括下层结构和上层结构，上层结构包括上层主梁，其特征在于下层结构由下层固定桥架、下层活动桥架及活动式高差补偿装置组成，下层固定桥架与上层主梁固定连接，上层主梁下部沿桥梁长度方向设置下层轨道梁，下层轨道梁上设有承重轨道和驱动轨道，下层活动桥架采用悬挂导向机构支承于承重轨道，下层活动桥架还设有与驱动轨道配合的悬浮式驱动机构，下层活动桥架通过悬浮式驱动机构驱动，沿承重轨道纵移实现桥梁开启闭合，开启闭合就位后，通过刚性锁定机构实现下层活动桥架和承重轨道之间的锁定。下层固定桥架与活动桥架的桥面高差通过活动式高差补偿装置平顺过渡，形成连续坡面。

进一步地，所述上层结构为机动车通道，下层结构为人及非机动车通道。

进一步地，所述下层结构包括设于桥梁两端的下层固定桥架、位于桥梁中部的下层活动桥架及活动式高差补偿装置，所述下层固定桥架沿宽度方向的中央设有活动桥架移动通道，当桥梁开启时，下层活动桥架及活动式高差补偿装置朝向两端移动，进入下层固定桥架中部的活动桥架移动通道，从而缩入下层固定桥架内。

进一步地，所述承重轨道上设有若干组悬挂导向机构和刚性锁定机构，每组包括两个悬挂导向机构以及位于两个悬挂导向机构之间的刚性锁定机构。

进一步地，所述驱动轨道上设有若干个悬浮式驱动机构。

进一步地，所述承重轨道和驱动轨道平行设置，驱动机构为悬浮式，包括固定在驱动轨道上的链条，和所述驱动轨道配合的驱动框架，所述驱动框架上设有与所述链条配合的链轮，所述链轮通过传动机构和固定在驱动框架上的驱动电机连接，所述驱动框架与下层活动桥架通过悬浮式销轴连接，在所述驱动电机的驱动下，链轮转动，与固定在驱动轨道上的链条产生啮合传动，驱动框架沿驱动轨道移动，从而带动下层活动桥架沿驱动轨道移动。

进一步地，所述悬挂导向机构包括u形框架，所述u形框架外侧设有悬挂油缸，所述悬挂油缸用于连接下层活动桥架，所述承重轨道下部伸入该u形框架内，且所述承重轨道下部两侧设有轨道平台，u型框架内壁两侧均设置与所述轨道平台相配合的滚轮，u型框架每侧内壁设置两个滚轮，且两个滚轮之间通过平衡臂连接，所述u型框架内壁还设有导向轮机构，所述u形支座可带动活动桥架沿所述轨道平台水平移动。

进一步地，刚性锁定机构包括刚性锁定机构框架，所述刚性锁定机构框架内侧设有相配合的上楔块和下楔块，所述上楔块固定在刚性锁定机构框架内侧，所述刚性锁定机构框架侧壁设有斜槽，所述下楔块与所述斜槽形成活动连接，所述上楔块和下楔块之间设置锁紧油缸，需要锁紧时，锁紧油缸工作，下楔块沿斜槽移动，插入上楔块下方，直至下楔块的底部顶紧承重轨道的轨道平台，实现锁紧，刚性锁定机构框架内壁还设有锁定机构导向轮。

进一步地，为实现桥架的平顺开启，所述活动式高差补偿装置包括通过大小轮组支承于固定桥架上的小车框架，小车框架的第一端通过双铰连接承载梁与活动桥架形成可活动连接，小车框架的第二端设有尾板，所述活动式高差补偿装置跟随活动桥架纵向移动，在活动桥架与固定桥架高差发生变化时，通过双铰连接承载梁倾斜程度变化以实现不同高差的补偿。下层活动桥架与固定桥架的桥面高差通过活动式高差补偿装置平顺过渡，形成连续坡面。

进一步地，悬挂导向机构的悬挂油缸及悬浮式驱动机构均有上下±5cm位移，能适应活动桥架移动及行车过程中桥梁位移变化，使下层活动桥架可在不中断上层交通的情况下实现纵移开启。

进一步地，为保证开闭合到位后桥架的安全、稳定，在下层固定桥架端部安装插销机构，移动桥架在开启或闭合状态时，利用所述插销机构与下层活动桥架连接，实现下层活动桥架和下层固定桥架之间的固定对接，锁定移动桥架，保证不受外力或误操作的影响。

本发明的另一目的在于提供一种下层纵移开启式桥梁的开启方法，解决纵坡受限情况下桥上交通与大型船舶同时正常通行问题，同时避免桥梁开启时交通中断，车行交通无法通行的弊端。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种下层纵移开启式桥梁的开启方法，其特征在于所述方法包括：

a、刚性锁定机构解锁；

b、启动驱动机构，链轮转动，与固定在驱动轨道上的链条产生啮合传动，驱动驱动框架沿驱动轨道移动，从而带动下层活动桥架及活动式高差补偿装置沿驱动轨道移动，缩入下层固定桥架内，在移动过程中，由悬挂导向机构承担下层活动桥架的载荷，由悬浮式驱动机构承担纵向驱动力；

c、开启到位后，停止驱动机构，同时锁紧刚性锁定机构，锁紧油缸工作，刚性锁定机构的下楔块插入上楔块的下方，直至下楔块的底部顶紧承重轨道的轨道平台，实现锁紧，此时，下层移动桥架的载荷由锁紧刚性锁定机构承担。

进一步地，所述开启方法还包括步骤d、利用设置在下层固定桥架端部的插销机构，实现活动桥架和固定桥架之间的固定对接，进一步锁定移动桥架。

本发明通过提供一种下层纵移开启式桥梁，解决了纵坡受限情况下桥上交通与大型船舶同时正常通行问题，同时避免桥梁开启时交通中断，车行交通无法通行的弊端。本发明采用双层桥设计，人车上下分离，上层通行机动车，下层通过下挂桥架通行人及非机动车，通过下层桥架的纵移开启，满足船舶通航要求。该发明与常规开启方式相比具有如下特点：

（1）下层开启时不影响上层交通，克服了常规开启桥开启时交通中断，车辆及人群无法通行的弊端。

（2）由于采用了双层桥开启设计，下层人非桥可显著降低纵坡，实现城市跨江桥非机动车骑行过江。

（3）下层桥闭合状态时，可满足小型船舶的正常通行要求，仅少量大型船舶通行时，需开启下层桥，降低了开启频率，减少对通行的影响。

（4）下层开启桥架通过多点悬挂与上层主梁连接，多点驱动，克服了常规开启桥由于机械起重能力导致的开启宽度受限，满足大型船舶正常航速航行要求。

（5）开启过程中，通过悬挂导向机构适应桥架的变形和保证悬挂系统多点均载受力，通过驱动机构多点驱动实现桥架纵向行走，从而保证桥架开启过程中速度快、运行平稳，满足台风等不利情况下全天候开启要求。

附图说明

图1为下层活动桥架闭合状态示意图

图2为下层活动桥架开启状态示意图

图3为下层移动桥架机电系统总体布置图；

图4为悬挂导向机构及锁定机构立面布置图；

图5为下层移动桥架横断面布置图；

图6为悬挂导向机构横断面布置图；

图7为刚性锁定机构横断面布置图；

图8为悬挂导向机构三维立体图；

图9为刚性锁定结构三维立体图；

图10为驱动系统的结构示意图；

图11为驱动系统中导向机构的示意图；

图12为高差补偿装置立面图；

图13为对位缓冲装置示意图；

图14为缓冲装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

图中包括：上层主梁1、下层活动桥架2、下层固定桥架3、承重轨道4、驱动轨道5、悬挂导向机构6、刚性锁定机构7、驱动机构8、悬挂油缸601、悬挂轮机构602、平衡臂机构603、导向轮机构604、悬挂导向机构框架605、上楔块701、下楔块702、锁紧油缸703、刚性锁定机构框架704、锁定机构导向轮705、链轮801、链条802、减速电机803、悬浮销轴804、驱动框架805、销轴安装板806、外盖板807、水平导向轮808、支撑架809、导向轮轴810、竖直导向轮811、箱梁812、安装横梁901、连接销轴902、双铰连接承载梁903、安装横梁904、小车框架905、大轮组906、小轮组907、尾板908、活动桥架915、固定桥架顶面916。

如图所示，一种下层纵移开启桥梁，桥梁按双层桥布置，上层桥通行机动车，采用拱桥等刚度较大的桥梁结构，下层桥为人非专用通道，由下层固定桥架3与下层活动桥架2组成。下层固定桥架3与上层主梁1通过螺栓或焊接连接；下层活动桥架2采用悬挂导向机构6支承于承重轨道4，承重轨道4与上层主梁1之间通过高强螺杆连接，下层活动桥架2通过驱动机构8采用链轮驱动方式进行纵移开启，伸缩于下层固定桥架3内部，就位后，通过刚性锁定机构7进行固定。图中a表示悬挂导向机构6，b表示刚性锁定机构7，c表示驱动机构8。

进一步地，所述悬挂导向机构6主要由悬挂油缸601、滚轮结构602、导向轮结构604、平衡臂结构603以及悬挂机构框架605等组成。悬挂导向机构6通过悬挂油缸601恒压补偿来调节纵移开启过程中的桥架的变形和保证悬挂系统多点均载受力；滚轮结构602通过滚轮在承重轨道4上滚动，为桥架开启和闭合提供条件；导向轮结构604保证桥架沿设定的轨道开启和闭合；平衡臂结构603可避免悬挂机构因轨道不平产生振动；悬挂机构框架605为上述各机构提供安装基础。

进一步地，所述刚性锁定机构7与下层活动桥架2采用刚性连接，采用楔块原理与承重轨道4实现锁定。刚性锁定机构7包括刚性锁定机构框架704，所述刚性锁定机构框架内侧设有相配合的上楔块701和下楔块702，所述上楔块701固定在刚性锁定机构框架内侧，所述刚性锁定机构框架侧壁设有斜槽，所述下楔块702与所述斜槽形成活动连接，所述上楔块701和下楔块702之间设置锁紧油缸703，下楔块702可用锁紧油缸703来回推拉。楔块刚性锁定机构在桥闭合时，其下楔块与承重轨道接触，承受风载、活载及桥重作用，风载由锁定机构导向轮705承担，活载及桥重由楔块承担。楔块刚性锁定机构具有快速锁定与解除锁定功能，可在任意位置有效锁定移动桥架，承担移动桥架上的载荷。刚性锁定机构具有快速锁定与解除锁定功能，可在任意位置有效锁定移动桥架，承担移动桥架上的载荷。

进一步地，所述驱动机构8设置于驱动轨道5，与下层桥架采用销轴连接，驱动机构主要承受纵向驱动力，桥架通过驱动机构驱动实现纵移开启。所述驱动机构包括固定在驱动轨道上的链条轨道802，和所述驱动轨道配合的驱动框架805，所述驱动框架805上设有与所述链条轨道802配合的链轮801，所述链轮通过传动机构和固定在驱动框架805上的减速电机803连接，所述驱动框架805与下层活动桥架连接，在所述驱动电机的驱动下，链轮转动，与固定在驱动轨道上的链条产生啮合传动，驱动框架805沿驱动轨道移动，从而带动下层活动桥架沿驱动轨道移动。驱动框架805与下层活动桥架采用悬浮销轴804连接，以适应活动桥架的竖向变形，桥架通过驱动机构驱动实现纵移开启。

悬挂导向机构6在桥架开启和闭合过程中，承受活动桥架的桥重，但在桥架闭合后，悬挂导向机构6不再承受载荷，桥架荷载由刚性锁定机构7承担。刚性锁定机构在桥闭合时，其下楔块与轨道接触，承受风载、活载及桥重作用，风载由锁定机构导向轮承担，活载及桥重由楔块承担。

如图10和图11所示为驱动系统的结构示意图。所述驱动机构包括链驱动装置、下层固定桥架3、下层活动桥架2和驱动框架805，驱动轨道固定于所述下层固定桥架3上，所述链驱动装置包括带有输出轴的减速电机803和链条轨道802，所述减速电机的输出轴设有带有轮齿的链轮801，所述链轮与所述链条轨道啮合，所述减速电机固定于所述下层活动桥架2上，所述链条轨道固定于所述下层固定桥架3上，所述下层固定桥架3与所述下层活动桥架2通过悬浮销轴804连接，所述悬浮销轴804的下端设有销轴安装板806，所述销轴安装板806与所述下层活动桥架2螺栓紧固连接，所述框架805的中心位置设有竖向通孔，所述竖向通孔与所述悬浮销轴804侧向接触连接，以使在所述固定桥架产生竖向位移时所述悬浮销轴804能够在所述竖向通孔内上下浮动；

所述驱动机构包括安装于所述框架上的水平导向机构和竖向导向机构，所述水平导向机构包括两组支撑架809和与所述两组支撑架销轴连接的两组水平导向轮808，前、后两组所述支撑架分别与所述框架的横向方向的两端紧固连接，同一组所述支撑架左、右对称设置于所述驱动轨道的两侧，所述两组水平导向轮分别与所述驱动轨道的两侧相抵触以使所述移动桥架左、右侧直线运动稳定，所述竖向导向机构包括两组外盖板807、两组导向轮轴810和两组竖直导向轮811，所述两组外盖板前、后对称设置于所述减速电机的两侧，两组所述外盖板与所述框架螺栓紧固连接，两组所述导向轮轴左、右对称设置于所述驱动轨道的两侧，所述驱动轨道的底端设有水平钢板，两组所述导向轮轴上、下对称设置于所述水平钢板的两侧，所述导向轮轴与所述竖直导向轮过盈配合，所述竖直导向轮与所述水平钢板的两侧相抵触以使所述驱动轨道上、下直线运动平稳；

所述驱动机构还包括同步驱动控制器，所述同步驱动控制器与所述减速电机电连接以控制所述减速电机正、反转。

所述框架的侧面设有支撑板，所述支撑板与所述减速电机通过内六角螺栓紧固连接，所述减速电机设有上盖板，所述上盖板由所述减速电机的输出轴插入，所述减速电机的输出轴与所述上盖板通过内六角螺栓紧固连接以使所述链轮与所述链条轨道稳定啮合。

所述驱动机构设有箱梁812，所述框架开设安装孔，所述箱梁设置于所述框架的安装孔内。

所述导向轮轴包括长端轴和短端轴，所述箱梁开设定位孔，所述长端轴插入所述箱梁的定位孔并通过螺栓与所述外盖板紧固连接，所述短端轴与所述竖直导向轮过盈配合。所述移动桥架开设预留孔，所述悬浮销轴804插入所述预留孔，所述悬浮销轴804通过螺栓将所述销轴安装板与所述移动桥架紧固连接以使所述驱动机构固定于所述移动桥架上。

所述竖向通孔的孔径大于所述悬浮销轴804的轴径。所述竖向通孔的孔径与所述悬浮销轴804的轴径之差为3-5mm。所述减速电机为带有自锁功能的减速电机，所述减速电机的自锁力与动力比为6-10。

下层活动桥架通过纵移开启伸缩于下层固定桥架内部，下层活动桥架与下层固定桥架连接处存在高差，通过设置活动式高差补偿装置9平顺过渡，形成连续坡面。图12为活动式高差补偿装置9的结构示意图，图中包括安装横梁901、连接销轴902、双铰连接承载梁903、安装横梁904、小车框架905、大轮组906、小轮组907、尾板908、活动桥架915、固定桥架顶面916。

所述活动式高差补偿装置9包括小车框架905的第一端通过双铰连接承载梁903与活动桥架915形成可活动连接，小车框架的第二端设有尾板908；所述双铰连接承载梁903两端分别通过连接销轴902与安装横梁901连接，所述双铰连接承载装置903一端的安装横梁904与小车框架的第一端连接，另一端的安装横梁901与活动桥架915连接，在活动桥架与固定桥架高差发生变化时，连接销轴发生旋转使得双铰连接承载梁903倾斜程度变化以实现不同高差的补偿。小车框架905设有大轮组906和小轮组907，且大轮组906和小轮组907支承于固定桥架顶面916，跟随上下层活动桥架开闭合过程中一起走行。

为保证开启的可靠性，悬挂导向机构和驱动机构功能分离，悬挂导向机构主要承受竖向载荷和水平载荷，驱动机构主要承受纵向驱动力。

为实现桥架的平顺开启，承重轨道与驱动轨道均位于相同半径圆曲线上。由于下层轨道梁和上层主梁采用不同的竖曲线，下层轨道梁顶缘与上层主梁底缘沿桥梁纵向存在不同的高度差，这一高度差通过不同高度的垫块调平。

为保证开闭合到位后桥架的安全、稳定，增加插销机构和缓冲机构。在桥架端部安装插销机构，其主要作用是移动桥架在开启或闭合状态时，有效固定对接，锁定移动桥架，保证不受外力或误操作的影响。

根据本发明的具体实施例，下层活动桥架2分为左右两部分，分别向两侧移动，伸缩于两侧的下层固定桥架3内，左右两部分下层活动桥架的对应位置安装有对位缓冲装置，以保证下层活动桥架闭合时的安全和稳定。图13为对位缓冲装置的立面布置图。图中包括精确对位装置i、缓冲装置ii和防撞垫iii，其中精确对位装置i包含对应设置的固定座和插销，固定座包含一外侧大、内侧小的圆台型凹陷，所述插销形状与凹陷形状相配合，精确对位装置至少2件，布置在活动桥架端面的两侧。缓冲装置ii包含缓冲结构201和撞块202，缓冲结构又分为底板、圆柱头螺钉、弹簧垫圈、聚氨酯缓冲器，聚氨酯缓冲器根据需要设定缓冲行程，通过底板安装在。缓冲装置根据桥梁宽度设置2~6件。防撞垫iii包含l型角钢、橡胶块，防撞垫通过l型钢与活动桥架端横梁焊接。

具体工作过程如下：

两侧活动桥架移动至将要闭合时，插销逐渐插入固定座，由于两侧至少布置2件对位装置，当桥架完全闭合时，两侧桥面可精确对齐。

活动桥架在闭合前，撞块与聚氨酯缓冲器接触，聚氨酯缓冲器利用其压缩行程将桥架移动速度降至零。

为防止意外情况（如活动桥架移动速度过大缓冲装置无法在桥架闭合前使其速度降至零），布置在横梁端部的防撞垫可避免桥架硬性相撞。

本发明的机械动力系统采用拖链电缆方式供电，占用空间小，安全性高。

为保证活动桥架的平稳开启，桥梁刚度、油缸行程以及轨道精度等需满足以下要求：

（1）上层主梁刚度应满足活载作用下最大竖向挠度不大于主跨的1/1000。

（2）悬挂油缸及悬浮式驱动机构可适应上下±5cm位移，下层活动桥架可在不中断上层交通的情况下实现纵移开启。

（3）承重轨道和驱动轨道半幅开启宽度长度范围直线度不大于±2.5mm，轨道拼接接头高差不大于±5mm。

（4）下层活动桥架与下层固定桥架侧面及底面间隙5~10cm。

（5）刚性锁定机构顶面与上层主梁底面之间、刚性锁定机构与轨道之间、驱动电机底面与下层桥架顶面之间间隙为5~10cm。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。