一种空间缆悬索桥用主索鞍的制作方法

本发明涉及悬索桥主缆的架设、支承构件，具体是悬索桥用的主索鞍，更为具体的说，是一种空间缆悬索桥用的主索鞍。

背景技术：

在大跨度桥梁的设计中，悬索桥因具有构造简单、受力明确、单位造价低、外型美观等特点，而被广泛采纳。

在一般情况下，悬索桥是由主塔上所支承、转向的两根平行或近乎平行的主缆而承受桥梁的动、静荷载的。然而，当在悬索桥建设中遇到主缆锚碇空间位置受限、桥梁刚度存在其它技术要求、以及桥型整体景观设计要求等因素时，需要将悬索桥上沿着长度方向而承受荷载的主缆除了在竖向上（即悬索桥的高度方向上）以抛物线转向之外、还需要在横向上（即悬索桥的宽度方向上）作一定量的弧型偏移转向，这就会使得主塔所支承、转向的两根主缆之间呈非平行对应，而是每根主缆在悬索桥上的走向以长、高、宽三个维度排布，此种悬索桥桥型即为业内通常所称的空间缆索体系悬索桥，具体桥型可参见图1所示。

在悬索桥的结构中，主塔对主缆的支承、转向是通过主塔顶部所固定的主索鞍而实现的，空间缆悬索桥亦不例外。

基于空间缆悬索桥的主缆在长、高、宽三个维度排布走向的特殊性，需要其主索鞍能够对主缆实现长、高、宽三个维度的引导转向，这就要求主索鞍鞍头上的鞍槽既要对主缆形成对应悬索桥长度方向的导向，又要对主缆形成对应悬索桥高度方向的转向，还要对主缆形成对应悬索桥宽度方向的转向。空间缆悬索桥所采用的主索鞍通常有如下两种结构形式：

第一种结构形式参见中国专利文献所公开的“悬索桥空间全铸式主索鞍”（公开号cn202658522，公开日2013年01月09日）技术，该技术是在鞍头上沿着鞍头的长度方向而以内凹结构成型了底部和侧部分别呈曲线成型的、用作支承主缆的鞍槽，类似于悬索桥结构中的散索鞍的鞍槽结构（散索鞍的鞍槽为渐变式的近喇叭口结构）；该技术虽然能够对空间缆悬索桥的主缆形成三维排布转向，但其鞍槽的主要受力部位除了槽底之外、还有外侧槽壁，基于主缆所承受的超大载荷，会使得主索鞍鞍槽的外侧槽壁承受极大的作用力，这尤其是悬索桥主缆在横向上（即悬索桥的宽度方向上）的弧型转向角度较大时更为凸显，进而会对主索鞍的受力强度和受力稳定性提出更高的技术挑战，不仅会增大设计、加工的技术难度，而且还会大幅增加制造成本；

第二种结构形式参见中国专利文献所公开的“空间缆索悬索桥用索鞍”（公开号cn204151677，公开日2015年02月11日）技术，该技术是将两台二维鞍槽的索鞍（即主索鞍）以倾斜方式排布在主塔顶部，从而使每台索鞍的鞍槽形成以底部受力且对主缆形成三维排布转向的功能；该技术基于两台索鞍的分体结构，使得其对排布空间的要求较大，只有在较大的排布空间内才能将两台索鞍实现稳定、可靠的安装固定，这就会对悬索桥主塔的建设提出了较高的技术要求，要求其顶部具有足够大的、能够排布两台相对较为分散的索鞍，进而会增大悬索桥的建设成本，经济性较差，而且两台索鞍无法实现可靠地平衡受力。

空间缆悬索桥所采用的主索鞍除了上述两种主要结构形式之外，还有其它结构形式的。例如，中国专利文献公开的“一种空间缆悬索桥的主索鞍”（公开号cn107587425，公开日2018年01月16日）技术，该技术是在两台相互独立的主索鞍上分别成型有具有一定斜度的二维鞍槽，并将两台主索鞍通过中部的连接板及锁紧螺栓等构件连接组合在一起；其虽然能够以鞍槽底部受力并对主缆形成三维排布转向，但是，该技术的鞍槽成型结构一方面会因鞍槽两侧壁厚不一而影响受力，另一方面使得主索鞍的加工技术难度增大，随之带来的加工效率和组装效率会被降低，导致加工、组装成本增大，而且其整体结构体积较大，只有在较大的排布空间内才能将其实现稳定、可靠的安装固定，这就会对悬索桥主塔的建设提出了较高的技术要求，要求其顶部具有足够大的、能够排布较大结构体积主索鞍，进而会增大悬索桥的建设成本，经济性较差，另外，其两台主索鞍之间的连接组合结构会影响其整体受力的稳定性和可靠性、以及顶推作业的操作。

技术实现要素：

本发明的技术目的在于：针对上述空间缆索体系悬索桥的特殊性和现有主索鞍技术的不足，提供一种结构紧凑、体积小、受力强度高、受力稳定性好的空间缆悬索桥用主索鞍。

本发明的技术目的通过下述技术方案实现：一种空间缆悬索桥用主索鞍，所述主索鞍包括排布在同一底座上的鞍头一和鞍头二，而且，所述鞍头一上具有沿着鞍头一的长度方向以内凹结构并底部呈曲线成型的、用作支承主缆的鞍槽一，所述鞍头二上具有沿着鞍头二的长度方向以内凹结构并底部呈曲线成型的、用作支承主缆的鞍槽二，所述鞍槽一的宽度中心线上端延长线与所述鞍槽二的宽度中心线上端延长线构成锐角夹角。

作为优选方案之一，所述鞍头一和所述鞍头二在所述底座上以底座的宽度中心线而呈对称排布。

作为优选方案之一，所述鞍头一和所述鞍头二分别为铸钢结构。

作为优选方案之一，所述底座为多块钢板组拼而成的焊接结构。进一步的，所述底座主要由底板以及焊接排布在所述底板上的纵肋板、中横肋板和边横肋板组成；所述底板为一组，所述底板排布在所述底座上的鞍头一和鞍头二的下方处；所述纵肋板为两组，每组纵肋板对应于所述底座上的一个鞍头、且对应于该鞍头的鞍槽宽度中心线而焊接固定在所述底板和鞍头上，处在所述底板与所述底座上的对应鞍头之间，两组纵肋板在所述底板上的排布位置对应于鞍头一和鞍头二在所述底座上的排布位置；所述中横肋板为多组，这些中横肋板沿着所述纵肋板的长度方向而以间距排布方式排布在两组纵肋板之间，每组中横肋板分别与两组纵肋板、两个鞍头和底板焊接在一起；所述边横肋板为多组，这些边横肋板对应于两组纵肋板而分为两个单元，每个单元的边横肋板沿着对应的纵肋板长度方向而以间距排布方式排布在该纵肋板的外侧，每组边横肋板分别与对应纵肋板、对应鞍头和底板焊接在一起。再进一步的，所述纵肋板的厚度中心线与对应鞍头上的鞍槽宽度中心线延长线相重合。所述底座上的相邻中横肋板之间焊接有至少一组加强筋板。所述底座上的相邻边横肋板之间焊接有至少一组加强筋板。

作为优选方案之一，所述主索鞍沿着长度方向而分为至少两段半体，相邻两段半体之间具有相对应的对接面，相邻两段半体之间的对接面上开设有若干个一一对应的螺栓孔，相邻两段半体是由相对应对接面上的一一对应螺栓孔内所穿装的锁紧螺栓而联接固定在一起。

本发明的有益技术效果是：

1.本发明将两个分别具有二维鞍槽的鞍头以特定的角度排布在同一个底座上，以保证两个鞍头受力的整体性、实现结构紧凑性、以及方便顶推作业，结构体积小，本发明的各鞍头单体与一般主索鞍的鞍头结构基本无异，具有加工方便、技术难度小的特点，本发明的每个鞍头通过以底部作为主要受力面的方式，而对应于悬索桥的长、高、宽三个维度能够对主缆实现支承并引导转向，具有良好的受力强度和受力稳定性；

2.本发明的两个鞍头在底座上的对称排布结构，既强化了本发明的结构紧凑性、减小了体积，又有效提升了本发明两个鞍头受力的整体性和平衡性，使得受力强度和受力稳定性高；

3.本发明的两个鞍头分别采用铸钢结构、底座采用钢板焊接结构，使得其在满足于悬索桥受力强度和受力稳定性的技术要求的同时，还能够有效的降低加工制造难度及成本；

4.本发明的底座焊接结构有效增强了本发明的整体结构强度，这特别是将纵肋板以厚度中心线与对应鞍头上的鞍槽宽度中心线延长线相重合的焊接排布结构中更为显著，从而有利于进一步可靠的提高受力强度和受力稳定性；

5.本发明沿着长度方向的分段结构，有利于降低加工制造难度及运输、安装难度。

附图说明

图1为空间缆索体系悬索桥的结构示意图，图中可以看出两根主缆在悬索桥上的走向分别呈长、高、宽三个维度。

图2是本发明的一种结构示意图，图中可以看出鞍头一和鞍头二排布在同一底座上，且两个鞍头上的鞍槽分别为沿其长度方向而曲线成型的，以及在长度方向上的中分处分段对接结构。

图3是图2所示主索鞍的俯视图，图中可以看出鞍头一和鞍头二对称排布在同一底座上，且两个鞍头上的鞍槽分别为沿其长度方向而曲线成型的，以及在长度方向上的中分处分段对接结构。

图4是图2所示主索鞍在中分面处的结构示意图，图中可以看出鞍头一的鞍槽宽度中心线和鞍头二的鞍槽宽度中心线构成锐角夹角，以及底座为多块钢板组拼而成的焊接结构。

图中代号含义：1—鞍头一；11—鞍槽一；12—宽度中心线；2—鞍头二；21—鞍槽二；22—宽度中心线；3—底座；31—底板；32—中横肋板；33—边横肋板；34—纵肋板；35—加强筋板。

具体实施方式

本发明涉及悬索桥主缆的架设、支承构件，具体是悬索桥用的主索鞍，更为具体的说，是一种空间缆悬索桥用的主索鞍，下面以多个实施例对本发明的主体技术内容进行详细说明。其中，实施例1结合说明书附图-即图2、图3和图4对本发明的技术方案内容进行清楚、详细的阐释，其它实施例虽未单独绘制附图，但其主体结构仍可参照实施例1的附图。

在此需要特别说明的是，本发明的附图是示意性的，其为了清楚本发明的技术目的已经简化了不必要的细节，以避免模糊了本发明贡献于现有技术的技术方案。

实施例1

本发明为空间缆悬索桥用的主索鞍，其最终产品的整体结构体积较大、重量较重，为了方便加工及运输等操作，本发明的主索鞍沿着其长度方向而分为两段半体（当然也可以是三段半体，通常两段半体足矣、且能够增强结构强度），这两段半体以主索鞍长度方向的中心线为界面而分开单独成型，成型的两段半体需要在中分的界面处对接组合为整体。

参见图2、图3和图4所示，本发明的每段半体包括两个结构相同的鞍头（即鞍头一1、鞍头二2）和一个底座3。

其中，鞍头一1和鞍头二2分别以铸钢结构成型。鞍头一1上具有沿着鞍头一1的长度方向以内凹结构并底部呈曲线成型的、用作支承主缆的鞍槽一11，即鞍头一1上的鞍槽一11仅为对应于鞍头一1高度方向的二维鞍槽结构，与一般主索鞍的半体鞍头结构基本无异。同样的，鞍头二2上具有沿着鞍头二2的长度方向以内凹结构并底部呈曲线成型的、用作支承主缆的鞍槽二21，即鞍头二2上的鞍槽二21仅为对应于鞍头二2高度方向的二维鞍槽结构，与一般主索鞍的半体鞍头结构基本无异。在悬索桥结构中，前述鞍头一1的鞍槽一11所支承的主缆和鞍头二2的鞍槽二21所支承的主缆为相互独立的两根，非同一根。

上述结构的鞍头一1和鞍头二2排布在同一底座3上，鞍头一1和鞍头二2在底座3上的排布结构应以底座3的宽度中心线为中轴而呈左右对称。鞍头一1和鞍头二2在底座3上的排布结构以鞍头一1上的鞍槽一11和鞍头二2上的鞍槽二21作为配合基准，要求鞍槽一11的宽度中心线12上端延长线与鞍槽二21的宽度中心线22上端延长线构成锐角夹角，该锐角夹角的具体角度取值则应根据悬索桥设计结构中的主缆三维走向设计要求而定，本发明对此不作特定数值的要求。通过前述鞍槽一11的宽度中心线12上端延长线与鞍槽二21的宽度中心线22上端延长线在底座3上构成的锐角夹角结构可以看出，鞍头一1和鞍头二2实则是以一定的倾斜角度排布在底座3上的；在悬索桥结构中，鞍头一1和鞍头二2分别通过其鞍槽的槽底作为主要受力面。

底座3为多块钢板组拼而成的焊接结构，底座3的底端面积大于顶端面积。具体的，底座3主要由底板31以及焊接排布在底板31上的纵肋板34、中横肋板32和边横肋板33组成。

底板31为一组，一组底板31通常为、亦是优选为一块，但不排除两块以上的板体经焊接或螺栓连接等方式而拼合组成，因而以“组”对其进行限定，下述的纵肋板31、中横肋板32、边横肋板33、加强筋板35等如是。底板31排布在底座3上的鞍头一1和鞍头二2的下方处，底板31的面积在正投影方向上覆盖于鞍头一1和鞍头二2，至少是在宽度方向上。

纵肋板34为两组，优选每组纵肋板34为一块板体，每组纵肋板34对应于底座3上的一个鞍头（即鞍头一1或鞍头二2）。每组纵肋板34对应于所对应的鞍头的鞍槽宽度中心线而焊接固定在底板31和鞍头上，沿着对应鞍头的长度方向而处在底板31与底座3上的对应鞍头之间；基于底座3上的鞍头在悬索桥结构中的受力要求，最好能够使该纵肋板34的厚度中心线与对应鞍头上的鞍槽宽度中心线延长线相重合（接近重合也算），这样就能够使纵肋板34以优异的支承强度而对对应鞍头形成强力的支承、以增强其受力性能。基于前述每一组纵肋板34在底板31上与对应鞍头的配合结构及排布结构，两组纵肋板34在底板31上的排布位置对应于鞍头一1和鞍头二2在底座3上的排布位置，即两组纵肋板的厚度中心线上端延长线之间构成锐角夹角，该锐角夹角与两个鞍头的鞍槽宽度中心线上端延长线之间所构成夹角相一致。

中横肋板32为多组，优选每组中横肋板32为一块板体。这些中横肋板32沿着纵肋板34的长度方向而以等间距排布方式排布在两组纵肋板34之间，每组中横肋板32分别与两组纵肋板34、两个鞍头和底板31焊接在一起。

边横肋板33为多组，优选每组边横肋板33为一块板体；这些边横肋板33对应于两组纵肋板34而分为两个单元，即每个单元具有多组边横肋板33。每个单元的边横肋板33沿着对应的纵肋板34长度方向而以等间距排布方式排布在该纵肋板34的外侧，最好是每一组边横肋板33的焊接位置对应于纵肋板34内侧的中横肋板32的焊接位置，每组边横肋板33分别与对应纵肋板34、对应鞍头和底板31焊接在一起。

为了增加底座3的结构强度，上述底座3上的相邻中横肋板32之间焊接有至少一组加强筋板35，优选每组加强筋板35为一块板体。焊接在相邻中横肋板32之间的加强筋板35可以是竖向布置，也可以是水平向布置的，还可以是竖向和水平向混合布置的；但是，为了简化结构、且又增强结构强度，最好是能够沿着底板31而在相邻中横肋板32之间以对应纵肋板34走向的方式竖斜向布置。

为了增加底座3的结构强度，上述底座3上的相邻边横肋板33之间焊接有至少一组加强筋板35，优选每组加强筋板35为一块板体。当相邻边横肋板33之间的加强筋板35为两块以上时，最好是能够沿着高度方向而间距排布在相邻边横肋板33之间，每组加强筋板35以水平向布置。

以上结构为一段半体的成型结构，两段半体其实是以主索鞍长度方向的中心线为中轴而对称的，两段半体上的对应鞍头组成完整鞍头、亦就组成完整弧度的鞍槽。为了方便对接两段半体的对接组合，两段半体之间形成相对应的对接面，两段半体之间的对接面上需要开设出若干个一一对应的螺栓孔，这样才能够使两段半体通过相对应对接面上的一一对应螺栓孔内所穿装的锁紧螺栓而联接固定在一起。关于分段而中分面上的组合对接结构，与现有分段式主索鞍结构基本无异。

实施例2

本发明为空间缆悬索桥用的主索鞍，本发明的主索鞍在长度方向上为整体结构、无需分段组合。

本发明包括两个结构相同的鞍头（即鞍头一、鞍头二）和一个底座。

其中，鞍头一和鞍头二分别以铸钢结构成型。鞍头一上具有沿着鞍头一的长度方向以内凹结构并底部呈曲线成型的、用作支承主缆的鞍槽一，即鞍头一上的鞍槽一仅为对应于鞍头一高度方向的二维鞍槽结构，与一般主索鞍的鞍头结构基本无异。同样的，鞍头二上具有沿着鞍头二的长度方向以内凹结构并底部呈曲线成型的、用作支承主缆的鞍槽二，即鞍头二上的鞍槽二仅为对应于鞍头二高度方向的二维鞍槽结构，与一般主索鞍的鞍头结构基本无异。在悬索桥结构中，前述鞍头一的鞍槽一所支承的主缆和鞍头二的鞍槽二所支承的主缆为相互独立的两根，非同一根。

上述结构的鞍头一和鞍头二排布在同一底座上，鞍头一和鞍头二在底座上的排布结构应以底座的宽度中心线为中轴而呈左右对称。鞍头一和鞍头二在底座上的排布结构以鞍头一上的鞍槽一和鞍头二上的鞍槽二作为配合基准，要求鞍槽一的宽度中心线上端延长线与鞍槽二的宽度中心线上端延长线构成锐角夹角，该锐角夹角的具体角度取值则应根据悬索桥设计结构中的主缆三维走向设计要求而定，本发明对此不作特定数值的要求。通过前述鞍槽一的宽度中心线上端延长线与鞍槽二的宽度中心线上端延长线在底座上构成的锐角夹角结构可以看出，鞍头一和鞍头二实则是以一定的倾斜角度排布在底座上的；在悬索桥结构中，鞍头一和鞍头二分别通过其鞍槽的槽底作为主要受力面。

底座为多块钢板组拼而成的焊接结构，底座的底端面积大于顶端面积。具体的，底座主要由底板以及焊接排布在底板上的纵肋板、中横肋板和边横肋板组成。

底板为一组，一组底板通常为、亦是优选为一块，但不排除两块以上的板体经焊接或螺栓连接等方式而拼合组成，因而以“组”对其进行限定，下述的纵肋板、中横肋板、边横肋板、加强筋板等如是。底板排布在底座上的鞍头一和鞍头二的下方处，底板的面积在正投影方向上覆盖于鞍头一和鞍头二，至少是在宽度方向上。

纵肋板为两组，优选每组纵肋板为一块板体，每组纵肋板对应于底座上的一个鞍头（即鞍头一或鞍头二）。每组纵肋板对应于所对应的鞍头的鞍槽宽度中心线而焊接固定在底板和鞍头上，沿着对应鞍头的长度方向而处在底板与底座上的对应鞍头之间；基于底座上的鞍头在悬索桥结构中的受力要求，最好能够使该纵肋板的厚度中心线与对应鞍头上的鞍槽宽度中心线延长线相重合（接近重合也算），这样就能够使纵肋板以优异的支承强度而对对应鞍头形成强力的支承、以增强其受力性能。基于前述每一组纵肋板在底板上与对应鞍头的配合结构及排布结构，两组纵肋板在底板上的排布位置对应于鞍头一和鞍头二在底座上的排布位置，即两组纵肋板的厚度中心线上端延长线之间构成锐角夹角，该锐角夹角与两个鞍头的鞍槽宽度中心线上端延长线之间所构成夹角相一致。

中横肋板为多组，优选每组中横肋板为一块板体。这些中横肋板沿着纵肋板的长度方向而以等间距排布方式排布在两组纵肋板之间，每组中横肋板分别与两组纵肋板、两个鞍头和底板焊接在一起。

边横肋板为多组，优选每组边横肋板为一块板体；这些边横肋板对应于两组纵肋板而分为两个单元，即每个单元具有多组边横肋板。每个单元的边横肋板沿着对应的纵肋板长度方向而以等间距排布方式排布在该纵肋板的外侧，最好是每一组边横肋板的焊接位置对应于纵肋板内侧的中横肋板的焊接位置，每组边横肋板分别与对应纵肋板、对应鞍头和底板焊接在一起。

为了增加底座的结构强度，上述底座上的相邻中横肋板之间焊接有至少一组加强筋板，优选每组加强筋板为一块板体。焊接在相邻中横肋板之间的加强筋板可以是竖向布置，也可以是水平向布置的，还可以是竖向和水平向混合布置的；但是，为了简化结构、且又增强结构强度，最好是能够沿着底板而在相邻中横肋板之间以对应纵肋板走向的方式竖斜向布置。

为了增加底座的结构强度，上述底座上的相邻边横肋板之间焊接有至少一组加强筋板，优选每组加强筋板为一块板体。当相邻边横肋板之间的加强筋板为两块以上时，最好是能够沿着高度方向而间距排布在相邻边横肋板之间，每组加强筋板以水平向布置。

实施例3

本实施例的其它内容与实施例1或2相同，不同之处在于：处在两组纵肋板两端处的中横肋板宽度大于处在两组纵肋板之间的其它中横肋板的宽度，通常两端处的任一中横肋板的宽度基本上为其它中横肋板的宽度+两组纵肋板的厚度+两组纵肋板外侧的边横肋板宽度，这样就能够覆盖两组纵肋板之间的端面空间、并在两组纵肋板的外侧形成遮挡和支承结构。

以上各实施例仅用以说明本发明，而非对其限制。尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述各实施例中的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的精神和范围。