一种环排支座树桩花盆形托架的双幅四索面多塔斜拉桥的制作方法

本发明属于土木工程领域，涉及一种斜拉桥结构，具体说是一种环排支座树桩花盆形托架的双幅四索面多塔斜拉桥。

背景技术：

双幅四索面多塔斜拉桥是具有3个或3个以上独柱索塔的斜拉桥，其具有四索面受力力学性能好、分体双幅钢箱梁吊装施工方便、桥墩阻水面积小和经济指标合理等优点，双幅四索面多塔斜拉桥深受桥梁工程界的好评。

鉴于双幅四索面多塔斜拉桥的力学特点，双幅四索面多塔斜拉桥的中间塔两侧既无辅助墩和过渡墩，也没有端锚索，缺少了对主梁和索塔刚度的有效帮助，使得已经是柔性独柱桥塔结构的斜拉桥柔性更大，其活荷载作用效应增加，导致双幅四索面多塔斜拉桥中间跨的主梁挠度、斜拉索疲劳应力幅值和塔底内力比常规斜拉桥要大得多。

如何解决好中间桥塔结构受力和中间跨主梁刚度问题，是采用弱塔结构的双幅四索面多塔斜拉桥能否顺利实施的关键问题，目前，提高多塔斜拉桥主梁竖向刚度的技术措施或多或少存在问题。

采用增加索塔结构和主梁结构的几何尺寸，即采用大尺度索塔结构提高桥塔和主梁刚度方案，将会增加桥梁造价，非常不经济；采用塔梁固结方案，将导致温度效应作用下桥塔的受力增大，将增加索塔和基础的规模；采用边跨设置辅助墩和过渡墩方案，对三塔斜拉桥有些效果，对于四跨以上多塔斜拉桥，其不能改善中间桥塔的受力，也不能降低中间跨主梁活荷载位移过大问题；采用设置辅助索方案，索塔之间设置辅助索是提高多塔斜拉桥刚度和稳定性的有效方法，但是，影响了桥梁的美观。

嘉绍大桥是一座横跨杭州湾的海峡大桥，其采用双幅四索面六塔斜拉桥结构体系，嘉绍大桥提出索塔设置悬臂x形托架,对主梁设置纵向双排支座,将主梁和索塔之间的相对转动自由度加以约束来改善多塔斜拉桥受力，在汽车活载作用下，双排支座体系的主梁竖向位移以及塔顶纵向位移和塔梁固结体系基本一致，可解决弱塔结构多塔斜拉桥的主梁竖向刚度问题，但是，悬臂x形托架受力非常复杂，索塔上设置x形托架造型不美观，大尺度的悬臂x形托架施工难度大，悬臂x形托架的负弯矩钢筋锚固于索塔柱的施工非常困难。

借鉴嘉绍大桥的双幅四索面多塔斜拉桥桥塔结构形式，改革其索塔的悬臂x形托架结构，采用单叶双曲面薄壳花盆形托架代替索塔悬臂x形托架结构，单叶双曲面薄壳花盆形托架搁置在承台基础之上，简化结构降低施工难度，单叶双曲面薄壳花盆形托架顶部设置椭圆形托板，椭圆形托板上设置环形排列支座，花盆形托架支撑斜拉桥双幅主梁，将主梁和索塔之间的相对转动自由度加以约束来改善多塔斜拉桥受力，降低活荷载作用下的中间跨主梁的竖向位移变形。

同时，采用变截面预应力钢管混凝土空心柱式桥塔塔柱结构代替普通钢筋混凝土空心柱塔柱，提高双幅四索面多塔斜拉桥塔柱的结构刚度，减少中塔结构活荷载作用下的位移变形，在桥塔柱的顶部安装人工树叶塔冠，收集太阳能，提高景观效果。

技术实现要素：

技术问题：本发明提供了一种结构刚度好、造型漂亮、施工方便和经济合理的环排支座树桩花盆形托架的双幅四索面多塔斜拉桥，采用单叶双曲面薄壳花盆形托架代替索塔悬臂x形托架结构，其顶部设置设置环形排列支座，花盆形托架支撑斜拉桥双幅主梁，约束主梁和索塔之间的相对转动，提高多塔斜拉桥结构刚度。

技术方案：本发明的本发明的一种环排支座树桩花盆形托架的双幅四索面多塔斜拉桥，包括桥塔基础、变截面预应力钢管混凝土空心柱式桥塔、树桩花盆形托架、环形排列支座、双幅主梁桥面、斜拉缆索和人工树叶塔冠，其特征在于：桥塔基础之上设置变截面预应力钢管混凝土空心柱式桥塔，树桩花盆形托架搁置在桥塔基础之上，树桩花盆形托架包裹变截面预应力钢管混凝土空心柱式桥塔，树桩花盆形托架的顶部设置环形排列支座，双幅主梁桥面搁置在树桩花盆形托架之上，四索面斜拉缆索的一端锚固于变截面预应力钢管混凝土空心柱式桥塔之上，四索面斜拉缆索的一端斜吊双幅主梁桥面，变截面预应力钢管混凝土空心柱式桥塔塔身周围粘贴仿真树皮，变截面预应力钢管混凝土空心柱式桥塔的顶部设置人工树叶塔冠，椭圆形的单叶双曲面状边墩8设置在斜拉桥的两端。

优选地，所述的树桩花盆形托架由单叶双曲面钢筋混凝土薄壁壳体和椭圆形钢筋混凝土托板构成，椭圆形的单叶双曲面钢筋混凝土薄壁壳体的钢筋网锚固于桥塔基础之上，椭圆形钢筋混凝土托板搁置在椭圆形的单叶双曲面钢筋混凝土薄壁壳体之上，环形排列支座均匀布置在椭圆形钢筋混凝土托板的周边。

优选地，所述的所述的变截面预应力钢管混凝土空心柱式桥塔由变截面外层钢管、内层钢管、管内混凝土、管内无粘结预应力钢筋和开孔横隔板构成，管内无粘结预应力钢筋沿着周边均匀布置在变截面外层钢管与内层钢管之间，管内混凝土密实填充在变截面外层钢管与内层钢管之间的内部空腔中，开孔横隔板沿着桥塔柱高度均匀设置在内层钢管之中。

所述的环排支座树桩花盆形托架的双幅四索面多塔斜拉桥的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

一种环排支座树桩花盆形托架的双幅四索面多塔斜拉桥的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：进行双幅四索面多塔斜拉桥的桥位选择，打人桩基础，进行桥塔基础施工，进行引桥施工，进行单叶双曲面状边墩施工；

步骤二：在桥塔基础之上，安装变截面外层钢管和内层钢管，布置管内无粘结预应力钢筋，浇筑管内混凝土，安装开孔横隔板，形成变截面预应力钢管混凝土空心柱式桥塔；

步骤三：在管内混凝土初凝前，张拉少量预应力，排出管内混凝土的多余水份，提高管内混凝土密实度；

步骤四：当管内混凝土到达设计强度75%时，张拉无粘结预应力钢筋，挤压管内混凝土，使得管内混凝土三向受压，确保管内混凝土与变截面外层钢管和内层钢管之间形成紧密界面；

步骤五：在桥塔基础之上，绑扎钢筋，浇筑混凝土，进行单叶双曲面钢筋混凝土薄壁壳体的施工，进行椭圆形钢筋混凝土托板的施工，形成树桩花盆形托架；

步骤六：在树桩花盆形托架之上，安装环形排列支座，吊装双幅主梁桥面，安装四索面斜拉缆索，悬臂施工双幅四索面多塔斜拉桥，直到全桥合拢；

步骤七：在变截面预应力钢管混凝土空心柱式桥塔的塔身周围粘贴仿真树皮，在变截面预应力钢管混凝土空心柱式桥塔的顶部安装人工树叶塔冠，生态环保，提升景观效果；

步骤八：安装栏杆，铺装沥青混凝土路面，通车运行。

在桥梁基础之上设置单叶双曲面薄壳的树桩花盆形托架，树桩花盆形托架顶部设置环排支座支撑斜拉桥双幅主梁桥面，约束主梁和索塔之间的相对转动，提高多塔斜拉桥结构刚度，减少双幅四索面多塔斜拉桥的中跨挠度，在汽车活载作用下，双排支座体系的主梁竖向位移以及塔顶纵向位移和塔梁固结体系基本一致，解决了弱塔结构多塔斜拉桥的主梁竖向刚度问题。

在变截面钢管混凝土空心柱式桥塔结构内均匀布置无粘结预应力钢绞线，浇筑管内混凝土，插入塑料临时排水管，构成内置塑料排水管的无粘接预应力变截面钢管混凝土桥塔柱。

在混凝土初凝前，张拉无粘接预应力钢绞线，排出混凝土中的空气和多余水份，增加混凝土的密实度，提高管内混凝土性能。

管内混凝土达到75%强度时，张拉无粘接预应力钢绞线，管内混凝土受压膨胀，外侧钢管膨胀产生环向拉力，解决了加载初期钢管与核心混凝土柱体的界面分离问题，主动地增强了管内混凝土的三向受压约束效果，大幅度提高管内混凝土强度，解决了钢管混凝土桥塔柱钢管局部屈曲问题。

预应力钢管混凝土桥塔柱具有抗弯承载力高、抗剪承载力强和抗侧刚度大等优点，双幅四索面多塔斜拉桥采用变截面无粘接预应力钢管混凝土桥塔柱，可提高多塔斜拉桥结构刚度，可减少多塔斜拉桥中塔处活荷载作用下的挠度变形，可大幅度改善双幅四索面多塔斜拉桥柱的抗震性能。

在变截面预应力钢管混凝土空心柱式桥塔塔身周围粘贴仿真树皮，在变截面预应力钢管混凝土空心柱式桥塔的顶部设置人工树叶塔冠，生态环保，造型漂亮。

有益效果：本发明和现有技术相比，具有以下优点：

如何解决双幅四索面多塔斜拉桥中间桥塔和中间跨主梁的刚度问题，是采用弱塔结构的双幅四索面多塔斜拉桥能否顺利实施的关键问题。

采用边跨设置辅助墩和过渡墩方案，对三塔斜拉桥有些效果，对于四跨以上多塔斜拉桥，其不能改善中间桥塔的受力，也不能降低中间主梁活荷载位移过大问题。

采用增加索塔结构和主梁结构的几何尺寸，即采用大尺度索塔结构提高桥塔和主梁刚度方案，将增加桥梁造价，非常不经济。

采用塔梁固结方案，将导致温度荷载作用下边塔的受力增大，增加索塔和基础的规模。

双幅四索面六塔斜拉桥嘉绍大桥的索塔采用x形托架,x形托架上设置双排支座，双排支座体系的主梁竖向位移以及塔顶纵向位移和塔梁固结体系基本一致，可解决弱塔结构多塔斜拉桥的主梁竖向刚度问题，但是悬臂x形托架造型不美观，悬臂x形托架负弯矩钢筋锚固于索塔柱的施工非常困难。

本发明采用单叶双曲面薄壳花盆形托架代替索塔悬臂x形托架结构，花盆形托架顶部设置设置环形排列支座，花盆形托架支撑斜拉桥双幅主梁，约束主梁和索塔之间的相对转动提高多塔斜拉桥结构刚度，形成一种环排支座树桩花盆形托架的双幅四索面多塔斜拉桥，具有结构刚度好、造型漂亮、施工方便和经济合理等优点。

单叶双曲面和双曲抛物面是典型的二次直纹曲面，其曲面可以由两族直线构成，二次直纹曲面在建筑结构上有着重要应用价值，常常用它来构成建筑物的骨架，应用直纹曲面建造的建筑物，具有优良的力学性能，施工工艺简单，张拉直线预应力钢丝较为方便，其建筑物外观漂亮且结构坚固。

树桩花盆形托架由单叶双曲面薄壳构成，单叶双曲面薄壳锚固于承台基础之上，单叶双曲面薄壳顶部设置椭圆形托板，椭圆形托板之上设置环排支座支撑双幅主梁，构造简单，受力合理，施工方便，造型美观。

类似单叶双曲面冷却塔薄壳结构，薄壳树桩花盆形托架的钢筋骨架可由两组直线钢筋网构形，施工方便，单叶双曲面薄壳花盆形托架的壁厚较薄，混凝土用料节约，经济实惠，花盆形托架支撑双幅主梁受力可靠，造型美观。

直纹曲面单叶双曲面薄壳中均为直线钢筋，施工方便，单叶双曲面薄壳花盆形托架锚固生根在椭圆形承台基础之上，受力合理，二者连接自然流畅，单叶双曲面薄壳花盆形托架并不会增加桥墩阻水面积，花盆形托架提高了索塔结构的刚度。

花盆形托架顶部设置椭圆形托板，椭圆形托板之上设置环排支座支撑双幅主梁，花盆形托架支撑斜拉桥双幅主梁，约束主梁和索塔之间的相对转动提高多塔斜拉桥结构刚度，环排支座体系的主梁竖向位移以及塔顶纵向位移和塔梁固结体系基本一致，可解决弱塔结构多塔斜拉桥的主梁竖向刚度问题。

花盆形托架包裹钢管混凝土桥塔柱，桥塔柱锚固牢固，钢管混凝土桥塔塔身涂装巨树树皮，塔顶安装人工树叶塔冠，收集太阳能，提高景观效果，花盆形托架、塔身涂装巨树树皮和塔顶太阳能人工树叶塔冠三者有机结合，焕然一体，远看是一排巨树，近看是巨树造型的桥塔，美不胜收。

采用椭圆形的单叶双曲面薄壁桥墩作为双幅四索面多塔斜拉桥边墩和辅助墩，引桥桥墩采用变截面独柱桥墩，单叶双曲面桥墩柱造型漂亮，直纹曲面施工方便，单叶双曲面桥墩柱顶面大可以防止桥梁倾覆，单叶双曲面桥墩柱中部小蛮腰婀娜多姿，单叶双曲面桥墩柱底部大受力可靠，变截面独柱引桥桥墩、单叶双曲面薄壁边墩与单叶双曲面薄壳花盆形托架协调配合，三者构成双幅四索面多塔斜拉桥的墩柱支撑体系。

变截面钢管混凝土桥塔柱内部设置预应力钢筋，形成预应力钢管混凝土桥塔柱，可以改善双幅四索面多塔斜拉桥结构的受力性能，提高桥塔柱的结构刚度，减少斜拉桥的结构变形。

树桩花盆形桥塔的双幅四索面多塔斜拉桥采用变截面预应力钢管混凝土桥塔，变截面预应力钢管混凝土空心柱式桥塔的塔身涂装巨树树皮，生态环保，塔顶安装人工树叶塔冠，采用塔底树桩花盆形托架、粘贴仿真树皮的钢管混凝土桥塔柱和塔顶人工树叶塔冠三者构成一个巨型的树桩盆景，如诗如画，可进一步提升双幅四索面多塔斜拉桥的景观效果。

本发明提供一种环排支座树桩花盆形托架的双幅四索面多塔斜拉桥，索塔底部设置单叶双曲面薄壳花盆形托架，树桩花盆形托架之上设置环排支座支撑双幅主梁，环排支座约束主梁和索塔之间的相对转动，提高多塔斜拉桥结构刚度，索塔采用变截面预应力钢管混凝土桥塔提高桥塔结构的结构刚度，塔顶安装人工树叶塔冠提高景观效果，新型桥塔结构可运用于大跨径双幅四索面多塔斜拉桥结构，具有结构刚度好、造型漂亮、施工方便和经济合理等优点，其运用前景良好。

附图说明

图1一种环排支座树桩花盆形托架的双幅四索面多塔斜拉桥的桥塔三维示意图；

图2是图1中的树桩花盆形托架的三维示意图；

图3是变截面预应力钢管混凝土空心柱式桥塔的平面示意图；

图4是单叶双曲面状边墩的三维示意图；

图5是双幅四索面三塔斜拉桥的三维示意图。

图中有：桥塔基础1；变截面预应力钢管混凝土空心柱式桥塔2；变截面外层钢管21；内层钢管22；管内混凝土23；管内无粘结预应力钢筋24；开孔横隔板25；树桩花盆形托架3；单叶双曲面钢筋混凝土薄壁壳体31；椭圆形钢筋混凝土托板32；环形排列支座4；双幅主梁桥面5；四索面斜拉缆索6；人工树叶塔冠7；单叶双曲面状边墩8。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

本发明的一种环排支座树桩花盆形托架的双幅四索面多塔斜拉桥，包括桥塔基础1、变截面预应力钢管混凝土空心柱式桥塔2、树桩花盆形托架3、环形排列支座4、双幅主梁桥面5、斜拉缆索6和人工树叶塔冠7，其特征在于：桥塔基础1之上设置变截面预应力钢管混凝土空心柱式桥塔2，树桩花盆形托架3搁置在桥塔基础1之上，树桩花盆形托架3包裹变截面预应力钢管混凝土空心柱式桥塔2，树桩花盆形托架3的顶部设置环形排列支座4，双幅主梁桥面5搁置在树桩花盆形托架3之上，四索面斜拉缆索6的一端锚固于变截面预应力钢管混凝土空心柱式桥塔2之上，四索面斜拉缆索6的一端斜吊双幅主梁桥面5，变截面预应力钢管混凝土空心柱式桥塔2塔身周围粘贴仿真树皮，变截面预应力钢管混凝土空心柱式桥塔2的顶部设置人工树叶塔冠7，椭圆形的单叶双曲面状边墩8设置在斜拉桥的两端。

所述的树桩花盆形托架3由单叶双曲面钢筋混凝土薄壁壳体31和椭圆形钢筋混凝土托板32构成，椭圆形的单叶双曲面钢筋混凝土薄壁壳体31的钢筋网锚固于桥塔基础1之上，椭圆形钢筋混凝土托板32搁置在椭圆形的单叶双曲面钢筋混凝土薄壁壳体31之上，环形排列支座4均匀布置在椭圆形钢筋混凝土托板32的周边。

所述的变截面预应力钢管混凝土空心柱式桥塔2由变截面外层钢管21、内层钢管22、管内混凝土23、管内无粘结预应力钢筋24和开孔横隔板25构成，管内无粘结预应力钢筋24沿着周边均匀布置在变截面外层钢管21与内层钢管22之间，管内混凝土22密实填充在变截面外层钢管21与内层钢管22之间的内部空腔中，开孔横隔板25沿着桥塔柱高度均匀设置在内层钢管22之中。

实施例2

一种环排支座树桩花盆形托架的双幅四索面多塔斜拉桥的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：进行双幅四索面多塔斜拉桥的桥位选择，打人桩基础，进行桥塔基础1施工，进行引桥施工，进行单叶双曲面状边墩8施工；

步骤二：在桥塔基础1之上，安装变截面外层钢管21和内层钢管22，布置管内无粘结预应力钢筋24，浇筑管内混凝土23，安装开孔横隔板25，形成变截面预应力钢管混凝土空心柱式桥塔2；

步骤三：在管内混凝土23初凝前，张拉少量预应力，排出管内混凝土23的多余水份，提高管内混凝土23密实度；

步骤四：当管内混凝土23到达设计强度75%时，张拉无粘结预应力钢筋，挤压管内混凝土23，使得管内混凝土23三向受压，确保管内混凝土23与变截面外层钢管21和内层钢管22之间形成紧密界面；

步骤五：在桥塔基础1之上，绑扎钢筋，浇筑混凝土，进行单叶双曲面钢筋混凝土薄壁壳体31的施工，进行椭圆形钢筋混凝土托板32的施工，形成树桩花盆形托架3；

步骤六：在树桩花盆形托架3之上，安装环形排列支座4，吊装双幅主梁桥面5，安装四索面斜拉缆索6，悬臂施工双幅四索面多塔斜拉桥，直到全桥合拢；

步骤七：在变截面预应力钢管混凝土空心柱式桥塔2的塔身周围粘贴仿真树皮，在变截面预应力钢管混凝土空心柱式桥塔2的顶部安装人工树叶塔冠7，生态环保，提升景观效果；

步骤八：安装栏杆，铺装沥青混凝土路面，通车运行。

实施例3

某海峡大桥，主桥跨径为200+3×400+200米双幅四索面三塔斜拉桥，引桥为5×60米连续梁。主桥采用环排支座树桩花盆形托架的双幅四索面多塔斜拉桥结构形式，桥面总跨度为60米，左右两幅钢箱梁宽度为24米，钢箱梁梁高度为4米，左右幅钢箱梁中间净距为12米。四索面斜拉缆索斜吊双幅主梁桥面，缆索间距为20米，每隔60米设置一道3米宽的钢箱梁连接左右两幅钢箱梁桥面梁。

本桥的桥塔基础承台为椭圆形，在桥塔基础之上，施工变截面预应力钢管混凝土空心柱式桥塔，桥塔柱总高为180米，其中，塔柱基础顶面到钢箱梁顶面高度为50米，钢箱梁顶面到人工树塔冠底部为120米，人工树塔冠塔柱段为10米。

变截面预应力钢管混凝土空心柱式桥塔采用圆形截面，外层钢管直径为8～14米，其中钢箱梁顶面处钢管直径为12米，内层钢管直径均为6米，外层钢管壁厚为40mm，内层钢管壁厚为30mm，内外层钢管之间放置12束预应力钢筋，每束预应力钢筋6φ^j15.2无粘结预应力钢绞线，内外层钢管之间浇筑c60高强混凝土，在斜拉索的桥塔锚固处均设置一道开圆孔钢横隔板，钢板厚为16mm，沿着桥塔住高度每隔开5米设置一道开圆孔钢筋混凝土横隔板，钢筋混凝土板厚为150mm。

树桩花盆形托架采用直纹单叶双曲面构形，单叶双曲面薄壳托架的钢筋锚固于桥塔基础之上，树桩花盆形托架高度为41米，单叶双曲面花盆形托架的顶部椭圆尺寸为长轴51米短轴30米，腰椭圆尺寸为长轴34米短轴20米，采用全高70米的单叶双曲面墩柱分割为35米+6米构形。

单叶双曲面状树桩花盆形托架薄壳厚度为1米，内配双层双向φ18@150钢筋网，单叶双曲面薄壳均为直线钢筋，施工方便。

椭圆形钢筋混凝土托板搁置在椭圆形的单叶双曲面状树桩花盆形托架之上，椭圆形钢筋混凝土托板的板厚为1.5米，内配双层双向φ20@150钢筋网，椭圆形钢筋混凝土托板上设置八个盆式支座，椭圆形钢筋混凝土托板支撑分离式双幅主梁。

双幅四索面三塔斜拉桥的边墩和过渡辅助墩均采用单叶双曲面形的薄壁桥墩，单叶双曲面形薄壁桥墩高度为41米，单叶双曲面形薄壁桥墩顶部椭圆尺寸为长轴50米短轴16米，腰椭圆尺寸为长轴25米短轴8米，采用全高70米的单叶双曲面墩柱分割为35米+6米构形。

引桥采用5×60米多跨连续梁，桥面宽度同主桥，桥面采用分离式双幅钢筋混凝土箱梁，混凝土箱梁高度为4米，分离式双幅钢筋混凝土箱梁左右均设置一个变截面独柱桥墩，变截面独柱桥墩采用单叶双曲面变截面独柱桥墩，可提高引桥箱梁抗倾覆能力，单叶双曲面变截面独柱桥墩高度为41米，单叶双曲面变截面独柱桥墩顶部椭圆尺寸为长轴8米短轴5米，腰椭圆尺寸为长轴4米短轴2.5米，采用全高56米的单叶双曲面墩柱分割为28米+13米构形。

双幅四索面三塔斜拉桥缆索间距为20米，采用1860高强平行钢丝缆索，塔端和梁端均采用钢锚箱构造，张拉端设在梁端，双幅四索面空间缆索从梁端部到跨中位置斜拉缆索直径为0.2～0.3米线性变化。

仿生发财树盆景，变截面预应力钢管混凝土空心柱式桥塔的塔身涂装巨树树皮，，塔顶安装太阳能人工树叶塔冠，生态环保，塔底树桩花盆形托架、粘贴仿真树皮的钢管混凝土桥塔柱和塔顶人工树叶塔冠三者构成一个巨型的树桩盆景，远看是一排巨型发财树，近看是双幅四索面多塔斜拉桥，提升双幅四索面多塔斜拉桥的景观效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。