1.本发明涉及悬索桥施工技术领域。更具体地说，本发明涉及一种无下横梁的独塔自锚式悬索桥结构及其施工方法。
背景技术：2.近年来，随着桥梁结构新材料、新的施工技术及新装备的不断发展，悬索桥的施工技术得到迅猛发展，在主跨跨径上也取得较大突破。其中，独塔自锚式悬索桥由于其主缆锚固在自身加劲梁梁段上，既不需要庞大的锚碇结构，又具有造型美观、经济、结构轻盈、适应性强的优点，因而在城市桥梁中得到广泛应用。
3.传统的独塔自锚式悬索桥桥塔区域的加劲梁梁段通常支承在桥塔的下横梁上，一方面会导致加劲梁梁段在桥塔位置处承受较大的负弯矩，需要增大桥塔区域加劲梁梁段的截面尺寸或者采用在桥塔位置处加劲梁梁段内部灌注混凝土等措施来保证桥塔位置处加劲梁梁段始终处于安全、稳定的状态；另一方面独塔自锚式悬索桥的下横梁由于需要承受车辆荷载、加劲梁梁段自重及其自身重量的综合作用，通常其截面尺寸较大，从而导致其桥下净空有限、通透性不足，大大降低了独塔自锚式悬索桥的美观性。
4.为解决上述问题，需要设计一种无下横梁的独塔自锚式悬索桥结构及其施工方法，在确保独塔自锚式悬索桥桥下净空高度的同时优化桥塔结构，提高悬索桥的施工工效和经济性。
技术实现要素：5.本发明的目的是提供一种无下横梁的独塔自锚式悬索桥结构及其施工方法，采用无下横梁的桥塔结构，并配合增设横梁吊索来支承和稳固桥塔区域的加劲梁，大幅降低了桥塔区域加劲梁的负弯矩，增强了整体桥梁结构的通透性和美观性，在保证桥梁安全性和稳定性的同时提高了施工效率。
6.为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种无下横梁的独塔自锚式悬索桥结构，包括：
7.多个墩柱，其沿桥梁长度方向间隔设置；
8.多个加劲梁梁段，其沿桥梁长度方向连续设置并支撑在所述多个墩柱上；
9.桥面板，其沿桥梁长度方向铺设在所述多个加劲梁梁段上；
10.桥塔，其位于桥梁中部位置处，所述桥塔包括两个塔柱，其对称设置在桥梁两侧；上横梁，其位于所述桥塔的顶部并固定在所述两个塔柱之间；鞍座，其固定在所述上横梁上；
11.主缆，其支承在所述鞍座上，所述主缆的两端分别锚固在桥梁两端；
12.其中，位于所述桥塔位置处的加劲梁梁段设置在所述桥塔的下部并固定在所述两个塔柱之间，位于所述桥塔位置处的加劲梁梁段的两侧分别通过横梁吊索与所述上横梁连接。
13.优选的是，所述无下横梁的独塔自锚式悬索桥结构，所述多个墩柱包括两个过渡墩，其分别位于桥梁两端；两个辅助墩，其分别设置在所述两个过渡墩与所述桥塔之间，所述主缆的两端分别固定在位于所述两个辅助墩位置处的加劲梁梁段上。
14.优选的是，所述无下横梁的独塔自锚式悬索桥结构，还包括多个吊索，其沿所述主缆的长度方向间隔设置并与所述多个加劲梁梁段一一对应，任一吊索的一端固定在所述主缆上，另一端向下锚固在对应的加劲梁梁段上。
15.优选的是，所述无下横梁的独塔自锚式悬索桥结构，还包括两个抗风支座，其对称设置在所述两个塔柱的内侧，任一抗风支座连接同侧的塔柱与位于所述桥塔位置处的加劲梁梁段的侧壁，所述抗风支座设置为用于限制所述加劲梁梁段沿桥梁宽度方向的位移。
16.优选的是，所述无下横梁的独塔自锚式悬索桥结构，所述两个塔柱相对向内侧倾斜设置，所述上横梁固定连接所述两个塔柱的顶端并共同形成门式结构。
17.优选的是，所述无下横梁的独塔自锚式悬索桥结构，所述横梁吊索沿竖直方向在水平面上的投影与所述桥塔的纵向中心线重合，两个所述横梁吊索相对所述桥塔的横向中心线对称设置。
18.本发明还提供了一种无下横梁的独塔自锚式悬索桥结构的施工方法，包括：
19.s1、按照设计图纸进行多个墩柱和桥塔的施工；
20.s2、以所述多个墩柱与所述桥塔为基础架设多个加劲梁梁段，并在所述桥塔的塔柱内侧安装两个抗风支座；
21.s3、架设猫道和主缆；
22.s4、先在所述主缆与所述多个加劲梁梁段间安装多个吊索，并通过索力调整完成体系转换，再使用两个横梁吊索将所述桥塔的上横梁与其正下方的加劲梁梁段固定连接；
23.s5、完成桥面板铺装及桥梁附属工程的施工。
24.优选的是，所述无下横梁的独塔自锚式悬索桥结构的施工方法，s1中，在进行桥塔施工时，先施工所述桥塔的两个塔柱，并在所述两个塔柱之间间隔设置多个临时横撑，当所述上横梁安装完成后，再拆除所述多个临时横撑。
25.优选的是，所述无下横梁的独塔自锚式悬索桥结构的施工方法，s4中，所述多个吊索的安装顺序为：先安装与所述桥塔相邻的两个吊索，再分别以所述两个吊索为起点，向相邻的边跨依次安装剩余的吊索，相对所述桥塔对称设置的两个吊索同步安装。
26.本发明至少包括以下有益效果：
27.本发明针对自锚式悬索桥施工，通过采用无下横梁的桥塔结构，并配合增设横梁吊索和横向抗风支座来支承和稳固桥塔区域的加劲梁，有效解决了传统自锚式悬索桥桥塔区域加劲梁因负弯矩较大而导致其确保结构安全的措施繁琐、因桥塔下横梁截面尺寸较大而导致桥下净空不足、结构冗沉、美观性不足的难题。通过在桥塔区域取消下横梁，使桥塔结构更加简洁，线条更加优美，大幅降低了桥塔区域加劲梁的负弯矩，避免对桥塔区域的加劲梁采用增大截面尺寸或灌注混凝土等繁琐措施来抵抗较大的负弯矩，避免了自锚式悬索桥的应用受桥下净空因素的制约，增强了整个结构的通透性和美观性，大大提高了整体结构的施工效率，缩短了施工工期，保证了施工过程中的安全性和经济性。
28.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
29.图1为本发明一个实施例的一种无下横梁的独塔自锚式悬索桥结构示意图；
30.图2为上述实施例中所述桥塔的侧面结构示意图。
31.附图标记说明：
32.1、桥塔；2、辅助墩；3、过渡墩；4、主跨；5、边跨；6、鞍座；7、梁端锚固区；8、主缆；9、吊索；10、横梁吊索；11、抗风支座；12、加劲梁梁段；13、上横梁；14、塔柱；15、鞍罩；16、塔顶装饰。
具体实施方式
33.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
34.需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
35.如图1-2所示，本发明提供一种无下横梁的独塔自锚式悬索桥结构，包括：
36.多个墩柱，其沿桥梁长度方向间隔设置；
37.多个加劲梁梁段，其沿桥梁长度方向连续设置并支撑在所述多个墩柱上；
38.桥面板，其沿桥梁长度方向铺设在所述加劲梁梁段上；
39.桥塔1，其位于桥梁中部位置处，所述桥塔1包括两个塔柱14，其对称设置在桥梁两侧；上横梁13，其位于所述桥塔1的顶部并固定在所述两个塔柱14之间；鞍座6，其固定在所述上横梁13上；
40.主缆8，其支承在所述鞍座6上，所述主缆8的两端分别锚固在桥梁两端；
41.其中，位于所述桥塔位置处的加劲梁梁段12设置在所述桥塔1的下部并固定在所述两个塔柱14之间，位于所述桥塔位置处的加劲梁梁段12的两侧分别通过横梁吊索10与所述上横梁13连接。
42.上述技术方案中，沿桥梁长度方向间隔设有多个墩柱，悬索桥的整体加劲梁由多个加劲梁梁段组成，其沿桥梁长度方向连续设置形成主梁结构，并作为整体架设在墩柱上，任一墩柱与其正上方的加劲梁梁段通过桥梁支座连接并形成支撑结构。桥塔1位于桥梁中部，包括桩基础、承台、塔柱14、上横梁13等构件，位于桥塔位置处的加劲梁梁段12穿过桥塔的两个塔柱14之间且与其固定连接，该加劲梁梁段12位于桥塔上横梁13的下方，两者通过分设在桥梁两侧的横梁吊索10连接。所述主缆8包括两根主缆，其分设在桥梁两侧，任一根主缆8的两端分别锚固在桥梁两端，主缆的鞍座6设置在桥塔的上横梁13的中部，与两根主缆对应，在上横梁13中部间隔设有两个鞍座6。桥塔1采用门式结构，与传统桥塔不同，该桥塔1的两个塔柱14之间仅在顶部设置一道上横梁13，而取消了常规的下横梁和中横梁结构，从而有效降低了桥塔区域加劲梁梁段的负弯矩，有力地确保了桥下的净空和桥梁整体的通透性。与传统自锚式悬索桥不同，该悬索桥结构在桥塔位置处的加劲梁梁段12通过两根横
梁吊索10支撑在桥塔的上横梁13上，横梁吊索10的一端连接加劲梁梁段，一端锚固于桥塔上横梁13，进一步保证了该位置处加劲梁梁段的支撑稳定性。
43.本发明通过在独塔自锚式悬索桥中采用无下横梁的桥塔结构，有效解决了传统自锚式悬索桥因桥塔下横梁截面尺寸较大而导致桥下净空不足、结构冗沉、美观性不足的难题；同时，通过增设横梁吊索来进一步支承和稳固桥塔区域的加劲梁，避免了桥塔区域的加劲梁需要采用增大截面尺寸或灌注混凝土等繁琐措施来抵抗较大的负弯矩。上述无下横梁的独塔自锚式悬索桥结构，能够使悬索桥结构更加简洁，线条更加优美，大幅降低了桥塔区域加劲梁的负弯矩，避免了自锚式悬索桥的应用受桥下净空因素的制约，增强了整个结构的通透性和美观性，大大提高了整体结构的施工效率，保证了施工过程中的安全性和经济性。
44.在另一技术方案中，所述的无下横梁的独塔自锚式悬索桥结构，所述多个墩柱包括两个过渡墩3，其分别位于桥梁两端；两个辅助墩2，其分别设置在所述两个过渡墩3与所述桥塔之间，所述主缆8的两端分别固定在位于所述两个辅助墩2位置处的加劲梁梁段上。在本实施例中，所述无下横梁的独塔自锚式悬索桥结构在跨度上分为两个主跨4和两个边跨5，桥塔1与两个辅助墩2之间为两个主跨4，相邻的辅助墩2与过渡墩3之间为边跨5。其中，辅助墩2处设有梁端锚固区7，该区域内的加劲梁梁段刚度大，受力结构稳定，悬索桥的主缆8锚固在梁端锚固区7的加劲梁梁段上，以确保主缆两端的锚固效果。
45.在另一技术方案中，所述的无下横梁的独塔自锚式悬索桥结构，还包括多个吊索9，其沿所述主缆8的长度方向间隔设置并与所述多个加劲梁梁段一一对应，任一吊索9的一端固定在所述主缆8上，另一端向下锚固在对应的加劲梁梁段上。具体的，所述主缆采用空间缆的结构形式布置，两根主缆8分设在桥梁两侧，任一根主缆8上均设有多个吊索9，吊索9的一端连接在对应的加劲梁梁段上，另一端通过索夹连接在主缆8上。多个吊索9与多个加劲梁梁段一一对应，将主缆与加劲梁连为整体，保证了悬索桥结构的整体稳定性，并方便在施工中进行悬索桥体系转换。
46.在另一技术方案中，所述的无下横梁的独塔自锚式悬索桥结构，还包括两个抗风支座11，其对称设置在所述两个塔柱14的内侧，任一抗风支座11连接同侧的塔柱14与位于所述桥塔位置处的加劲梁梁段12的侧壁，所述抗风支座11设置为用于限制所述加劲梁梁段沿桥梁宽度方向的位移。其中，设置抗风支座的作用是约束桥塔位置处加劲梁梁段的横向位移，两个抗风支座11相对桥塔1的横向中心线(沿桥梁长度方向的中心线)对称设置，由于两个塔柱14本身也对称设置在桥梁两侧，两个抗风支座11固定在塔柱14内侧后即处于桥塔1的纵向中心线(沿桥梁宽度方向的中心线)上。位于桥塔位置处的加劲梁梁段的两侧(即桥梁宽度方向的两侧)分别通过抗风支座与同侧的塔柱连接，所述抗风支座11的一端锚固在塔柱14的内侧，另一端紧贴着加劲梁梁段的侧壁设置。抗风支座11可选用抗风减震领域常用的抗风支座，如抗风盆式橡胶支座、抗风球型支座、抗风板式橡胶支座、速度相关型抗风支座等，本实施例中采用隔震橡胶支座，在板式橡胶支座结构的基础上，增加上下连接钢板，组成复合式抗风橡胶支座。由于橡胶支座本身具有弹性，能满足桥梁在风力作用下吸收能量的需要，上述隔震橡胶支座竖向设置，两个连接钢板分别紧贴塔柱14内侧和桥塔位置处的加劲梁梁段12侧壁设置，以最大限度吸收加劲梁梁段横向位置的能量，保证加劲梁梁段与桥塔连接的持续安全性和稳定性。
47.在另一技术方案中，所述的无下横梁的独塔自锚式悬索桥结构，所述两个塔柱14相对向内侧倾斜设置，所述上横梁13固定连接所述两个塔柱14的顶端并共同形成门式结构。其中，两个塔柱14的顶端相向倾斜(向沿桥梁长度方向的中心线位置倾斜)，上横梁13固定在塔柱14顶端，在本实施例中，上横梁13和两个塔柱14共同组成上窄下宽的梯形结构，其顶部设有塔顶装饰16，其沿塔柱14的延长线倾斜向上延伸并在交汇点固定。所述鞍座6的外部还对应设有鞍罩15，对鞍座6和主缆8的连接节段进行防护。
48.在另一技术方案中，所述的无下横梁的独塔自锚式悬索桥结构，所述横梁吊索10沿竖直方向在水平面上的投影与所述桥塔1的纵向中心线重合，两个所述横梁吊索10相对所述桥塔1的横向中心线对称设置。具体的，横梁吊索10的上端锚固在上横梁13的底板上，下端锚固在桥塔位置处的加劲梁梁段12两端(沿桥梁宽度方向的两端)的吊索9锚固区。两个横梁吊索10均位于桥塔1的纵向中心线(沿桥梁宽度方向的中心线)所在的竖直平面内，两个横梁吊索10相对桥塔1的横向中心线(沿桥梁长度方向的中心线)对称。从而，使桥塔位置处的加劲梁梁段受力结构更加稳定、合理，该加劲梁梁段的部分外部受力通过横梁吊索10被平衡至桥塔顶部的上横梁13处，提高该加劲梁梁段与桥塔连接的整体性。
49.本发明还提供一种无下横梁的独塔自锚式悬索桥结构的施工方法，包括：
50.s1、按照设计图纸进行多个墩柱和桥塔1的施工；其中，桥塔1、辅助墩2、过渡墩3和其他施工中需要的临时墩同步进行施工；
51.s2、以所述多个墩柱与所述桥塔1为基础架设多个加劲梁梁段，并在所述桥塔的塔柱14内侧安装两个抗风支座11；具体的：
52.s21、根据桥址处的现场条件及无下横梁的独塔自锚式悬索桥结构的尺寸，对加劲梁梁段的两种施工方法(顶推法、支架法)进行比选，并采用最优的方法完成加劲梁梁段的施工；
53.s22、在桥塔的两个塔柱14内侧分别安装抗风支座11；
54.s3、架设猫道和主缆8，具体包括：
55.s31、在桥塔的上横梁13上安装鞍座6，接着进行架设猫道；
56.s32、利用猫道完成主缆8索股架设，紧缆后进索夹安装；
57.s4、先在所述主缆8与所述多个加劲梁梁段间安装多个吊索9，并通过索力调整完成体系转换，再使用两个横梁吊索10将所述桥塔的上横梁13与其正下方的加劲梁梁段固定连接；
58.s5、完成桥面板铺装及桥梁附属工程的施工；
59.s51、利用缠丝机对主缆8进行缠丝，并在桥塔1上横梁13的鞍座6处安装鞍罩15；
60.s52、完成桥面铺装及桥上附属工程的施工。
61.在另一技术方案中，所述的无下横梁的独塔自锚式悬索桥结构的施工方法，s1中，在进行桥塔施工时，先施工所述桥塔1的两个塔柱14，并在所述两个塔柱14之间间隔设置多个临时横撑，当所述上横梁13安装完成后，再拆除所述多个临时横撑。由于桥塔1结构仅在顶部设置有一道上横梁13进行塔柱14连接，在塔柱14施工时，沿高度方向间隔设置多道临时横撑以辅助连接两个塔柱14，在完成上横梁13施工后，再按一定顺序合理拆除所述临时横撑，保证施工安全。
62.在另一技术方案中，所述的无下横梁的独塔自锚式悬索桥结构的施工方法，s4中，
所述多个吊索9的安装顺序为：先安装与所述桥塔1相邻的两个吊索9，再分别以所述两个吊索9为起点，向相邻的边跨5依次安装剩余的吊索9，相对所述桥塔1对称设置的两个吊索9同步安装。从而，保证两个主跨4上相同高度的吊索9同时进行施工，保证吊索连接稳定性，方便后续进行索力调整。
63.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。