一种空间索面自锚悬索桥的体系转换装置及转换施工方法与流程

本发明涉及桥梁工程技术领域，尤其涉及一种空间索面自锚悬索桥的体系转换装置及转换施工方法。

背景技术：

传统的平行索面自锚悬索桥，主缆和吊索位于一个铅垂平面内，即主缆只有竖向垂度无横向垂度，全部吊索和索夹无横向倾角。

相对传统自锚悬索桥而言，空间自锚悬索桥的特点是，主缆和吊索形成的面是一个空间曲面，主缆不仅有竖向垂度还有横向垂度，吊索横桥向从上至下朝外倾斜且倾角各不相同。

空间缆索自锚悬索桥主缆施工存在如下需要解决的问题：主缆架设后的空缆状态为平面线形，只有竖向垂度无横向垂度，而成桥状态下主缆为空间线形，两者在横桥向的位置差距很大。后期安装吊索索夹时需要调整的索夹横桥向倾角较大，控制难度高，以至于吊索耳板无法插入索夹耳板，导致吊索无法安装。

对于主缆由平面线形向空间线形转换的施工方法，目前采用的解决方法是采用吊索将空缆横向朝外张开，使得空缆线形在横桥向接近成桥线形，然后再安装永久吊索，通过张拉吊索完成体系转换。

对于主缆矢跨比较大且横向倾角较大的空间自锚悬索桥而言，由于吊索提供的水平力有限，无法完成主缆由平面线形到空间线形的转换。

技术实现要素：

本发明针对上述现有技术存在的不足提供一种，提供一种空间索面自锚悬索桥的体系转换装置及转换施工方法，能成功实现大矢跨比、大横向倾角的主缆由平面线形转换成空间线形，从而顺利完成体系转换。

本发明所采用的技术方案为：一种空间索面自锚悬索桥的体系转换装置及转换施工方法，其特征在于：包括设置于桥体中部的横撑与中间反力架、设置于桥体两端的边跨反力架，所述横撑设在主缆上，所述反力架均设在大桥的加劲梁上；在横撑和设置有反力架的加劲梁上均设有滑轮组和用于控制滑轮组的卷扬机，设于猫道内的主缆与滑轮组的动滑轮相连。

按上述技术方案，所述横撑主要由若干个相互连接的矩形桁架和置于矩形桁架组两端顶部的三角桁架组成；所述滑轮组的定滑轮安装在三角桁架上，滑轮组的牵引绳与卷扬机相连，卷扬机置于矩形桁架上部。

按上述技术方案，所述的矩形桁架包括两片平行桁架，每片平行桁架包括相互平行设置的上弦杆和下弦杆、以及设于上弦杆和下弦杆之间的第一立杆和第一腹杆，两片平行桁架之间通过第一横杆和第一斜撑连接为整体。

按上述技术方案，所述三角桁架采用对称结构，单侧三角桁架包括底端固定在上弦杆的第一弦杆、第一竖杆和第二竖杆以及用于连接第一竖杆底端与第一弦杆中部的第二腹杆，第二竖杆的顶端固定在第一弦杆的中部，两侧第一竖杆的顶端通过连接杆相连，且连接杆侧面与两侧第一弦杆的顶端相连，两侧的第一弦杆的中部通过第二横杆相连，连接杆中间位置设有用于连接滑轮组的定滑轮的耳板。

按上述技术方案，所述中间反力架包括一对平行布设的第一竖撑和一对平行布设的第二斜撑，第一竖撑垂直固定在加劲梁上，第一竖撑顶部与第二斜撑一端相连，第二斜撑的另一端固定在加劲梁上；第一竖撑与第二斜撑之间以及第二斜撑之间设置有第一下平联，第一竖撑上部通过第一上平联相连；滑轮组的定滑轮与第一上平联相连。

按上述技术方案，所述边跨反力架包括一对平行布设的第二竖撑和一对呈八字张开的第三斜撑，第二竖撑垂直固定在加劲梁上，第二竖撑顶部与第三斜撑一端相连，第三斜撑的另一端固定在加劲梁上；第二竖撑与第三斜撑之间以及第三斜撑之间设置有第二下平联和中平联，第二竖撑上部通过第二上平联相连；滑轮组的定滑轮与第二上平联相连。

按上述技术方案，步骤一、先施工完成桥塔和加劲梁，随后架设猫道，在猫道上架设主缆，形成空缆线形，主缆紧缆工作完成后，用改吊绳将猫道改吊至主缆上；步骤二、在中跨上设置两组横撑和一组中间反力架，在两侧边跨分别设置一组边跨反力架；步骤三、在横撑和安放反力架的加劲梁上设置卷扬机和滑轮组，利用卷扬机牵引滑轮将主缆由空缆线形位置牵引撑开至成桥位置；步骤四、分批次安装吊索并张拉到位，完成体系转换后，拆除横撑和反力架；步骤五、主缆防腐施工，拆除猫道，进行桥面附属设施施工，直至完成桥梁施工。

按上述技术方案，所述步骤一中，猫道分为左右猫道，在空缆线形状态下，中跨的左右猫道之间采用连接件构成整体；所述步骤三中，在主缆撑开之前，需解除中跨猫道之间的连接件和抗风缆，并将猫道扶手绳更改至承重绳位置。

按上述技术方案，所述步骤二中，一组中间反力架位于中跨1/2位置，两组横撑分别位于中跨1/4和3/4位置，两组边跨反力架位于边跨1/4位置。

按上述技术方案，所述步骤四中，为便于吊索安装，可适当调整临横撑和反力架位置，使主缆适应索夹角度及吊索安装。

本发明所取得的有益效果为：

本发明采用横撑、反力架、卷扬机和换轮组搭配的结构，通过卷扬机牵引滑轮组的牵引绳，使主缆向朝外张开，从而实现主缆由空缆线形状态转化为成桥线形状态，克服了由于水平力有限导致无法完成主缆由平面线形到空间线形的转换的问题；另外，通过调整横撑、反力架以及卷扬机最终达到成桥形态且保持该形态，相比于背景技术极大简化了主缆的形态矫正过程，解决了吊索耳板不易插入索夹耳板的问题，优化了吊索的安装过程。

附图说明

本说明书包括如下十八幅附图：

图1是本发明装置在空间自锚悬索桥的立面布置示意图；

图2是本发明装置在空间自锚悬索桥的平面布置示意图；

图3是本发明横撑在主缆空缆线形阶段的立面示意图；

图4是本发明横撑在主缆成桥线形阶段的立面示意图；

图5是本发明横撑平面示意图；

图6是本发明中跨反力架架设示意图；

图7是本发明边跨反力架架设示意图；

图8是本发明矩形桁架立面示意图；

图9是本发明矩形桁架平面示意图；

图10是本发明三角桁架立面示意图；

图11是本发明三角桁架侧面示意图；

图12是本发明三角桁架平面示意图；

图13是本发明中间反力架立面示意图；

图14是本发明中间反力架侧面示意图；

图15是本发明中间反力架平面示意图；

图16是本发明边跨反力架立面示意图；

图17是本发明边跨反力架侧面示意图；

图18是本发明边跨反力架平面示意图；

图中：1、横撑；3、主缆；4、吊索；5、加劲梁；6、桥塔；7、猫道；8、卷扬机；9、滑轮组，9-1、动滑轮；9-2、定滑轮；9-3、牵引绳；11、矩形桁架；12、平行桁架；13、上弦杆；14、下弦杆；15、第一立杆；16、第一腹杆；17、第一横杆；18、第一斜撑；21、三角桁架；22、第一弦杆；23-1、第一竖杆；23-2、第二竖杆；24、第二腹杆；25、第二横杆；26、连接杆；27、耳板；31、中间反力架；32、第一竖撑；33、第二斜撑；34、第一上平联；35、第一下平联；41、边跨反力架；42、第二竖撑；43、第三斜撑；44、第二上平联；45、中间平联；46、第二下平联。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1～图7所示，本实施例给出一种空间索面自锚悬索桥的体系转换装置及转换施工方法，包括设置于桥体中部的横撑1与中间反力架31、设置于桥体两端的边跨反力架41。横撑1通过钢丝绳吊装在主缆3上，反力架34和41固定在桥体上的加劲梁5上。在横撑1上还布置有滑轮组9和用于控制滑轮组9的卷扬机8；滑轮组9的动滑轮9-1与设于猫道7内的主缆3相连，滑轮组9的定滑轮9-2安装在横撑1和反力架31和41上，滑轮组9的牵引绳9-3固定在卷扬机8上，卷扬机8可以通过牵引绳9-3拉开主缆3，完成主缆3线形转换。

如图8～图12所示，所述横撑1主要由若干节相互连接的矩形桁架11和置于矩形桁架11组两端顶部的三角桁架21组成，矩形桁架11之间采用法兰连接。滑轮组9的定滑轮9-2安装在三角桁架21上，滑轮组9的牵引绳9-3与卷扬机8相连，卷扬机8固定在矩形桁架11上部。矩形桁架11包括两片平行桁架12，每片平行桁架12包括相互平行设置的上弦杆13和下弦杆14、以及设于上弦杆13和下弦杆14之间的第一立杆15和第一腹杆16，两片平行桁架12之间通过第一横杆17和第一斜撑18连接为整体。三角桁架21采用对称结构，单侧三角桁架21包括底端固定在上弦杆13上的第一弦杆22、第一竖杆23-1和第二竖杆23-2，以及用于连接第一竖杆23-1底端与第一弦杆22中部的第二腹杆24。第二竖杆23-2的顶端固定在第一弦杆22的中部，两侧第一竖杆23-1的顶端通过连接杆26相连，且连接杆26侧面与两侧第一弦杆22的顶端相连，两侧的第一弦杆22的中部通过第二横杆25相连。连接杆26中间位置设有用于连接定滑轮9-2的耳板27。通过固定在加劲梁5上的卷扬机8，拉动牵引绳9-3使得与主缆3相连的动滑轮9-1向装有定滑轮9-2的三角桁架21方向移动，从而撑开主缆3实现主缆线形转换的目的。

如图13～图18所示，所述反力架分为中间反力架31和边跨反力架41，中间反力架31设置在桥塔6之间，边跨反力架41设置在桥体的两端的边跨上，中间反力架31与边跨反力架41均采用钢管结构。中间反力架31包括一对平行布设的第一竖撑32和一对平行布设的第二斜撑33，第一竖撑32垂直固定在加劲梁5上，第一竖撑32顶部与第二斜撑33一端相连，第二斜撑33的另一端固定在加劲梁5上；第一竖撑32与第二斜撑33之间以及第二斜撑33之间设有第一下平联35，第一竖撑32之间通过第一上平联34相连。第一上平联34与第一下平联35均为水平设置，第一上平联34上与定滑轮9-2相连且两者的相对距离保持不变。

边跨反力架41包括一对平行布设的第二竖撑42和一对呈八字张开的第三斜撑43，第二竖撑42垂直固定在加劲梁5上，第二竖撑42顶部与第三斜撑43一端相连，第三斜撑43的另一端固定在加劲梁5上；第二竖撑42与第三斜撑43之间以及第三斜撑43之间设置有第二下平联46和中间平联45，第二竖撑42之间通过第二上平联44相连。第二上平联44、中间平联45和第二下平联46均为水平设置，第一上平联34上与定滑轮9-2相连且两者的相对距离保持不变。

本实施例给出一种空间索面自锚悬索桥的体系转换装置及转换施工方法，所给出的空间自锚悬索桥采用如图1和图2所示的空间自锚悬索桥，主桥主跨300m，主缆3矢跨比为1/4，主缆3在空缆线形状态下间距为2.446m，在成桥线形状态下主缆3在主索鞍理论交点横桥向距离0.5m，中跨的中间部位主缆横向间距为41.49m。该方法包括如下步骤。

步骤一、先完成桥塔6和加劲梁5的施工，随后架设猫道7，在猫道7上架设主缆3，形成空缆线形，主缆3紧缆工作完成后，将猫道7用改吊绳改吊至主缆3上；

步骤二、在中跨设置两组横撑1和一组中间反力架31，在两侧边跨分别设置一组边跨反力架41；

步骤三、在横撑1和安放反力架的加劲梁5上设置卷扬机8和滑轮组9，利用卷扬机8将主缆3由空缆位置牵引撑开至成桥位置；

步骤四、分批次安装吊索4并张拉到位，完成体系转换，拆除横撑1和反力架31和41；

步骤五、主缆3防腐施工，拆除猫道7，进行桥面附属设施施工，直至完成桥梁施工。

上述步骤一中，猫道7采用分离式设计，分为左右猫道，考虑空缆线形状态下主缆3之间间距较近，中跨的猫道7之间采用连接件形成整体。

上述步骤二中，两组横撑1分别位于中跨1/4和3/4位置，中跨反力架31设在中跨1/2位置。两侧边跨反力架41位于各侧边跨1/4位置。横撑1与主缆3的连接位置采用钢丝绳直接缠绕在主缆3上，为防止破坏主缆3镀层，可在主缆3上缠包麻袋或者橡胶层。反力架31与41与加劲梁5采用焊接连接。

上述步骤三中，在横撑1上，卷扬机8位于矩形桁架11上；在反力架31与41上，卷扬机8位于加劲梁5上。在猫道7随主缆3一起撑开之前，需要解除中跨的猫道7之间的连接件和抗风缆，并将猫道7扶手绳更改至承重绳位置。使用中间反力架31和横撑1同时进行主缆3成形作业，待横撑1对拉到位后，中间反力架31将继续作业直至主缆3达到成桥线形。

上述步骤四中，吊索4在张拉过程中会产生纵桥向和横桥向位移，为便于吊索4安装，可适当调整横撑1和反力架2位置，使主缆3更好地适应索夹角度及吊索4安装。

需要指出的是，上面所述只是用图解说明本发明空间索面自锚悬索桥的体系转换装置及转换施工方法的一些原理，由于对相同技术领域的普通技术人员来说，是很容易在此基础上进行若干修改和改动的。因此，本说明书并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。