一种自锚式管道悬索桥钢管桁架主梁及自锚式管道悬索桥的制作方法

1.本实用新型属于桥梁工程技术领域，具体涉及一种自锚式管道悬索桥钢管桁架主梁及自锚式管道悬索桥。


背景技术：

2.自锚式管道悬索桥因其造型新颖，经济良好，适应性强，在油气输送的跨越工程中常用此类桥型。与地锚式悬索桥不同之处在于，主缆直接锚固在钢主梁端，取消了强大的锚碇，加劲梁与主缆的施工顺序与地锚式悬索桥恰好相反。近年来，很多地区在油气输送管道跨越山谷湖泊时考虑修建桥梁，当地在想到桥梁本身使用功能的同时，兼计桥梁的美观与后期社会经济效应，往往会选择造价相对较高，线性优美的悬索桥，但是地锚式悬索桥对地形和地质的要求比较高，自锚式悬索桥由于其固有的结构力学特性，在地质要求相对不高的地区，越来越多的受到人们的青睐，成为在中小跨径桥梁中极具竞争力的桥型之一。
3.一般情况下，自锚式管道悬索桥加劲梁往往先于主缆施工架设，架设完成后临时支承于支架与主塔上。然后进行主缆架设与吊索安装(体系转换)后，加劲梁由临时墩受力慢慢过渡为主缆受力。此时，主缆产生的张力往往在梁端产生巨大的上拔力，随着体系转化(吊索张拉)过程中，主缆的张拉力越来越大，加劲梁两端及塔梁结合处的竖向分力同时增加，桥梁成桥正常运营阶段，在活载与恒载的共同作用下，这种作用力会进一步增大，对支座不利，并影响到结构的运营安全，因此，很有必要在主梁的适当位置与合适工况下施加配重，来平衡这种巨大的上拔力，保证结构受力合理。
4.为了平衡恒载与活载在主梁端部与塔梁结合处产生巨大的上拔力，常用的解决方法是通过设置拉压支座、链杆、锚跨和放置混凝土块等方式。自锚式悬索桥使用年限长，采用设计拉压支座或者链杆的方式，容易使其产生疲劳效应，对结构受力不利，并且这种拉压支座并非完全刚性，在桥梁运营过程中会产生弹性变形，同时使加劲梁产生变形，影响到主梁合理成桥线型；锚跨则要求重量足够大才能满足平衡主缆张力的要求；放置砼块多用在加劲梁为箱梁结构形式中，并且需要人工干预，延长施工作业时间。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供了一种自锚式管道悬索桥钢管桁架主梁及自锚式管道悬索桥，增加边跨钢管桁架主梁和中跨钢管桁架主梁区域内重量，不影响钢桁主梁外形美观，并且自锚式管道悬索桥表现出良好的结构静力性能，可以平衡主缆对主梁端部和塔梁结合处产生的上拔力，有效的改善了支座的受力性能，提高了整体结构的耐久性能，针对基础条件不好的情形，自锚式管道悬索桥可以大大减少施工工期，促进结构与周边环境和谐统一，促进经济的发展。
6.为了解决上述技术问题，本实用新型通过以下技术方案予以实现：
7.一种自锚式管道悬索桥钢管桁架主梁，钢管桁架主梁包括边跨钢管桁架主梁和中跨钢管桁架主梁，所述边跨钢管桁架主梁和所述中跨钢管桁架主梁均包括两个上弦杆和两
个下弦杆，两个所述上弦杆位于同一平面内正对且平行设置，两个所述上弦杆的两端通过端横联连接，两个所述下弦杆位于同一平面内正对且平行设置，两个所述下弦杆的两端通过端横联连接，其中，一个所述下弦杆位于一个所述上弦杆的正下方且平行设置，另一个所述下弦杆位于另一个所述上弦杆的正下方且平行设置；一个所述下弦杆与一个所述上弦杆通过若干竖腹杆和若干斜腹杆连接，另一个所述下弦杆与另一个所述上弦杆通过若干竖腹杆和若干斜腹杆连接；
8.所述边跨钢管桁架主梁的两个所述上弦杆、两个所述下弦杆、每个所述竖腹杆、每个所述斜腹杆和每个所述端横联内填充有铁砂砼；
9.所述中跨钢管桁架主梁的两个所述上弦杆和两个所述下弦杆内靠近所述中跨钢管桁架主梁两端的位置填充有铁砂砼，所述中跨钢管桁架主梁上靠近其两端的若干所述竖腹杆和若干所述斜腹杆内填充有铁砂砼，所述中跨钢管桁架主梁的每个所述端横联内填充有铁砂砼。
10.进一步地，两个所述上弦杆之间通过若干上平纵联连接，两个所述下弦杆之间通过若干下平纵联连接。
11.进一步地，两个所述上弦杆之间的若干所述上平纵联呈一定角度依次连接，两个所述下弦杆之间的若干所述下平纵联呈一定角度依次连接。
12.进一步地，所述上弦杆、所述下弦杆、所述竖腹杆、所述斜腹杆、所述端横联、所述上平纵联和所述下平纵联均采用无缝钢管。
13.进一步地，两个所述上弦杆和两个所述下弦杆上分别连接有栏板。
14.进一步地，一个所述下弦杆与一个所述上弦杆之间的若干所述竖腹杆以及另一个所述下弦杆与另一个所述上弦杆之间的若干所述竖腹杆分别均布设置。
15.进一步地，相邻的两个所述竖腹杆之间连接有一个所述斜腹杆，且所述斜腹杆的一端与一个竖腹杆的上端连接，所述斜腹杆的另一端与另一个竖腹杆的下端连接。
16.一种自锚式管道悬索桥，该自锚式管道悬索桥的边跨钢管桁架主梁和中跨钢管桁架主梁均应用所述的边跨钢管桁架主梁和中跨钢管桁架主梁。
17.与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：本实用新型提供的一种自锚式管道悬索桥钢管桁架主梁，通过在自锚式管道悬索桥边跨钢管桁架主梁的两个上弦杆、两个下弦杆、每个竖腹杆、每个斜腹杆和每个端横联内灌注铁砂砼，以及在中跨钢管桁架主梁的两个上弦杆和两个下弦杆内靠近中跨钢管桁架主梁两端的位置填充有铁砂砼、在中跨钢管桁架主梁上靠近其两端的若干竖腹杆和若干斜腹杆内填充有铁砂砼、在中跨钢管桁架主梁的每个端横联内填充有铁砂砼，即中跨钢管桁架主梁负弯矩对称范围内灌注铁砂砼，使自锚式管道悬索桥静力性能得到改善，可以平衡主缆对主梁端部和塔梁结合处产生上拔力，有效的改善支座的受力性能，改善整体结构的耐久性能，针对基础条件不好的情形，选用自锚式悬索桥可以大大减少施工工期，促进结构与周边环境和谐统一，并且其外形新颖美观，进一步促进第三产业的发展。
18.进一步地，两个上弦杆之间通过若干上平纵联连接，两个下弦杆之间通过若干下平纵联连接，从而可以抵抗水平向荷载，为双层钢管桁架主梁提供侧向支撑。
19.进一步地，两个上弦杆之间的若干上平纵联呈一定角度依次连接，两个下弦杆之间的若干下平纵联呈一定角度依次连接，使所有平纵联受力传力均匀，材料强度能够得到
充分利用，改善平纵联的抗疲劳性能。
20.进一步地，上弦杆、下弦杆、竖腹杆、斜腹杆、端横联、上平纵联和下平纵联均采用无缝钢管，避免焊接使钢管产生扭曲变形，因此保证了混合式管道斜拉桥具有足够的强度与承载力。
21.进一步地，两个上弦杆和两个下弦杆上分别连接有栏板，在该桥成桥运营时，保障检修工人定期巡查检修期间的安全，快捷，提高检修人员的工作效率。
22.进一步地，一个下弦杆与一个上弦杆之间的若干竖腹杆以及另一个下弦杆与另一个上弦杆之间的若干竖腹杆分别均布设置，类似于箱梁腹板的作用，可以抵抗剪力，增大结构整体的抗弯刚度。
23.进一步地，相邻的两个竖腹杆之间连接有一个斜腹杆，且斜腹杆的一端与一个竖腹杆的上端连接，斜腹杆的另一端与另一个竖腹杆的下端连接，这种腹杆形式受力明确，构造简洁，杆件与节点类型少，便于标椎化设计、制造与安装。
24.一种自锚式管道悬索桥，该自锚式管道悬索桥的边跨钢管桁架主梁和中跨钢管桁架主梁均应用的边跨钢管桁架主梁和中跨钢管桁架主梁，使自锚式管道悬索桥静力性能得到改善，可以平衡主缆对主梁端部和塔梁结合处产生上拔力，有效的改善支座的受力性能，改善整体结构的耐久性能，针对基础条件不好的情形，选用自锚式悬索桥可以大大减少施工工期，促进结构与周边环境和谐统一，并且其外形新颖美观，进一步促进第三产业的发展。
25.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本实用新型一种自锚式管道悬索桥钢管桁架主梁立体结构示意图；
28.图2为本实用新型一种自锚式管道悬索桥的结构示意图；
29.图3为图2所示自锚式管道悬索桥中a
‑
a处的剖面图；
30.图4为图2所示的自锚式管道悬索桥中b
‑
b处的剖面图。
[0031]1‑
上弦杆；2
‑
下弦杆；3
‑
竖腹杆；4
‑
斜腹杆；5
‑
端横联；6
‑
铁砂砼；7
‑
上平纵联；8
‑
下平纵联；9
‑
栏板；10
‑
边跨钢管桁架主梁；11
‑
中跨钢管桁架主梁；12
‑
主缆；13
‑
吊杆；14
‑
油气管道。
具体实施方式
[0032]
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0033]
作为本实用新型的某一具体实施方式，如图1、图2、图3和图4所示，一种自锚式管道悬索桥钢管桁架主梁，钢管桁架主梁包括边跨钢管桁架主梁10和中跨钢管桁架主梁11，边跨钢管桁架主梁10和中跨钢管桁架主梁11均包括两个上弦杆1和两个下弦杆2，两个上弦杆1位于同一平面内正对且平行设置，两个上弦杆1的两端通过端横联5连接，两个上弦杆1之间通过若干上平纵联7连接，优选的，两个上弦杆1之间的若干上平纵联7呈一定角度依次连接。两个下弦杆2位于同一平面内正对且平行设置，两个下弦杆2的两端通过端横联5连接，两个下弦杆2之间通过若干下平纵联8连接，优选的，两个下弦杆2之间的若干下平纵联8呈一定角度依次连接。
[0034]
本实用新型中提到的中跨钢管桁架主梁11的端横联5，也称作中横联。
[0035]
如图1、图3和图4所示，边跨钢管桁架主梁10和中跨钢管桁架主梁11的一个下弦杆2位于一个上弦杆1的正下方且平行设置，另一个下弦杆2位于另一个上弦杆1的正下方且平行设置。一个下弦杆2与一个上弦杆1通过若干竖腹杆3和若干斜腹杆4连接，另一个下弦杆2与另一个上弦杆1通过若干竖腹杆3和若干斜腹杆4连接。优选的，一个下弦杆2与一个上弦杆1之间的若干竖腹杆3以及另一个下弦杆2与另一个上弦杆1之间的若干竖腹杆3分别均布设置，相邻的两个竖腹杆3之间连接有一个斜腹杆4，且斜腹杆4的一端与一个竖腹杆3的上端连接，斜腹杆4的另一端与另一个竖腹杆3的下端连接。
[0036]
如图4所示，边跨钢管桁架主梁10中的两个上弦杆1、两个下弦杆2、每个竖腹杆3、每个斜腹杆4和每个所述端横联5内均填充有铁砂砼6。
[0037]
中跨钢管桁架主梁11的两个上弦杆1和两个下弦杆2内靠近中跨钢管桁架主梁11两端的位置填充有铁砂砼6，中跨钢管桁架主梁11上靠近其两端的若干竖腹杆3和若干斜腹杆4内填充有铁砂砼6，中跨钢管桁架主梁11的每个端横联5内填充有铁砂砼6。也就是说，中跨钢管桁架主梁11中的两个上弦杆1、两个下弦杆2、每个竖腹杆3、每个斜腹杆4和每个端横联5跨负弯矩范围内填充有铁砂砼6。
[0038]
如图1、图3和图4所示，边跨钢管桁架主梁10和中跨钢管桁架主梁11中的两个上弦杆1和两个下弦杆2上分别连接有栏板9，图1中为了便于清楚的展示边跨钢管桁架主梁10和中跨钢管桁架主梁11的结构，只画出了部分栏板9，实际中沿着两个上弦杆1和两个下弦杆2的长度方向上连接有栏板9。
[0039]
本实用新型中的上弦杆1、下弦杆2、竖腹杆3、斜腹杆4、端横联5、上平纵联7和下平纵联8均采用无缝钢管。无缝钢管采用成品钢管，保证质量，避免焊接使钢管产生扭曲变形，因此保证了自锚式管道悬索桥具有足够的强度与承载力，钢管之间通过焊接拼装，施工方便快捷，保证了各个组成部件之间的紧密连接。
[0040]
如图2所示，本实用新型提供了一种自锚式管道悬索桥，该自锚式管道悬索桥的边跨钢管桁架主梁10和中跨钢管桁架主梁11均应用本实用新型所述的边跨钢管桁架主梁10和中跨钢管桁架主梁11。具体的说，该自锚式管道悬索桥还包括中跨钢管桁架主梁11、主缆12和吊杆13，钢管桁架主梁需埋入锚碇横梁内，主缆12亦锚固于锚碇横梁上，锚碇横梁通过板式橡胶支座放置在桥台上，吊杆13在钢管桁架主梁上弦杆1上的锚固采用了锚拉板的结构形式，主缆12产生的水平拉力与钢管桁架主梁轴向压力相互平衡，形成“自锚式”管道结构体系。锚拉板与钢管桁架主梁的上弦杆1表面焊接。锚拉板使用q390d钢，主缆12采用37
‑
127φ5.3mm的预制平行钢丝组成，预制平行钢丝采用高强度镀锌平行钢丝束。主跨的矢跨
比是1/5.8，全桥共设置46对吊杆，其中两边跨分别设置11对，中跨设置24对，吊杆的基本间距为9.5米。
[0041]
如图1、图2、图3和图4所示，在使用时，油气管道14布置在上弦杆1的两个端横联5以及下弦杆2的两个端横联5上，具体的，某一实施例中，上弦杆1的两个端横联5上布置一根天然气管道，下弦杆2的两个端横联5上布置两根原油管道。
[0042]
在某一具体实施例中，自锚式管道悬索桥的桥跨布置为78m+190m+78m，即两个边跨钢管桁架主梁10的跨度为78m，一个中跨钢管桁架主梁11的跨度为190m，自锚式管道悬索桥全长346m。中跨的节间长度是4m，边跨的节间标准长度是3m，全桥一共98个节间。
[0043]
上弦杆1和下弦杆2是矩形截面，竖腹杆3、斜腹杆4、上平纵联7和下平纵联8均为圆形截面，钢管桁架主梁截面形式为空间矩形，上平纵联7与下平纵联8分别在对应平面内按一定角度依次交替出现。所有钢管材料采用q345
q
钢，上、下平纵联在其对应平面内分别按相同的角度交替出现。主梁采用双层钢桁架，弦杆边长是400mm，壁厚是16mm，腹杆外径是200mm，壁厚是10mm，上下平纵联与端横联外径是200mm，壁厚是12mm；钢桁梁高度是3.0m，钢桁梁高与主跨跨径之比h/l＝1/63.3，钢桁主梁宽度为3m，主梁宽度与主跨跨径之比b/l＝1/63.3。
[0044]
钢管桁架主梁采用工厂内节段制作，并进行预拼装。在整个边跨范围内的上弦杆1、下弦杆2、斜腹杆4、端横联5与竖腹杆3内灌注铁砂砼6，上平纵联7和下平纵联8内不灌注混凝土。中跨钢管桁架主梁11中的两个上弦杆1、两个下弦杆2、每个竖腹杆3、每个斜腹杆4和每个所述端横联5跨负弯矩范围内填充有铁砂砼6。
[0045]
钢管桁架主梁采用现场灌注混凝土，应分别对钢管桁架主梁的弦杆、腹杆与端横联进行开孔，灌注铁砂砼6前，向开孔处内撒水，并在现场温湿度适宜时，浇注铁砂砼6之前将水抽出，铁砂砼6强度增长满足规范要求后，应分别对边跨钢管桁架主梁的弦杆、腹杆与端横联开孔位置进行修补，并进行涂装保护措施。采用向端横联、弦杆与腹杆内部洒水方法，降低砼浇筑过程中产生的水化热效应，保证施工的质量。边跨与中跨负弯矩范围弦杆、端横联与腹杆内灌注铁砂砼，这种内置砼方式帮助钢管抵抗轴向压力，套箍效应明显，可以降低结构在运营期间发生失稳破坏，提高了钢管整体承载能力与疲劳寿命。
[0046]
自锚式管道悬索桥的施工方法，包括以下步骤：
[0047]
s1.根据悬索桥结构的内力计算在工厂里节段制作或者购买成品的相应尺寸上下弦杆、上下平纵联、端横联与腹杆；
[0048]
s2.将成套腹杆、弦杆与上下平纵联等之间按照承载能力和运输条件进行节段拼装并且焊接成整体，焊接完成后要对所有焊缝进行无损检测；
[0049]
s3.双层钢管桁架主梁节段装车，运输至桥位现场后再进行二次拼装焊接，双层钢管桁架主梁通过大型吊车节段吊装至桥孔临时支架上，拼装焊接形成全桥结构整体；
[0050]
s4.分别对整个边跨和中跨靠近主塔的负弯矩范围钢管的端横联、上弦杆、下弦杆、斜腹杆与竖腹杆内灌注铁砂砼，同时进行充分振捣；
[0051]
s5.再架设主缆，安装索夹，然后按照“先边跨后中跨”，从缆索锚固端向主塔，由中跨跨中向两边主塔的顺序，张拉吊杆(体系转换)，使成桥的线形和受力满足设计要求，钢桁主梁的重量由临时支架转移到主缆承担；
[0052]
s6.进行桥梁附属结构施工。
[0053]
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。