借助结构自重力的自适应悬索桥结构及其施工方法与流程

本发明涉及桥梁工程领域，尤其涉及一种借助结构自重力的自适应悬索桥结构及其施工方法。

背景技术：

1、悬索桥作为桥梁结构中的可实现最大跨越能力的桥梁结构形式，被世界各国桥梁工程师用来解决大跨径桥梁设计方案首选。悬索桥受力形式是通过吊杆将桥面系荷载和使用荷载传递给主缆，然后主缆将力通过锚碇和桥墩传递到基础。悬索桥结构形式通常包括自锚式和地锚式。如图3所示，图中fz为主缆力；fz1为主缆力竖向分量；fz2为主梁轴压力(主缆力水平分量)；fm为锚碇力；ft为桥塔轴向力；fg为吊杆力；fb为边墩支撑力；fd为地锚力；fd1为地锚力水平分量；fd2为地锚力竖向分量，传统地锚悬索桥对地质条件要求高，锚碇体积庞大，使悬索桥经济性能下降；土体存在徐变滑移，威胁上部结构安全，超厚层软基的力学性能甚至导致悬索桥方案无法成立，且地锚式悬索桥为了平衡主缆中巨大的水平力，往往需要修建大体积的锚碇，对地基条件要求较高，并且只能被动地适应地基环境。而取消锚碇、将主缆锚固在主梁两端的自锚式悬索桥，其通过主梁端作为主缆锚固点，可视为自平衡体系，如图4所示，图中fz为主缆力；fz1为主缆力竖向分量；fz2为主梁轴压力(主缆力水平分量)；fm为锚碇力；ft为桥塔轴向力；fg为吊杆力；fb为边墩支撑力，可在软土地基地区修建，但主梁将承受主缆传来的巨大轴向压力，其跨径因此而受到限制，且施工方法也受到“先梁后缆”的施工顺序的限制。

2、针对两类传统悬索桥应用上的局限性，为了提高大跨度桥梁结构对各种基础条件的适应性和“韧性”，软土地基自适应锚碇悬索桥这一新型结构体系的概念应运而生。该桥型是在自锚式悬索桥的结构基础上增设体量较小的地锚，同时用锚索连接地锚和梁端，通过张拉锚索调节主梁的受力状态，可以视作是对传统悬索桥的一种改进。增设的地锚可以作为辅助施工的结构措施，也可以作为永久结构的组成部分，通过调节锚索索力控制主梁的受力状态，提高了悬索桥设计和施工的灵活性。

3、虽然这一结构的优点较大，但却没能普遍接受或采用，究其原因是因为如图5中所示，地锚力最终保留多少与使用过程中主梁受压应力状态相关。地锚力过大会导致主梁失去自锚式悬索桥中对主梁施加预压应力的效果，极端状态就是地锚悬索桥，而这自然也导致地锚需要做得特别复杂和不经济，也无法在软土地质条件下使用。如果锚索力保留过小，极端状态就是自锚式悬索桥，关键是主缆力不足以实施主梁架设作用。在这两种状态之间存在一个平衡点就是：地锚力在施工阶段，需要能保证主梁架设用力，后期保留一定地锚力用于改善主梁受力的同时，又不至于由于约束主梁而产生较大漂浮式体系的位移，导致主梁在使用荷载作用下，尤其是移动荷载作用下出现过大拉应力，而现有技术中并不具有一种结构可使悬索桥能够处于上述平衡点的状态，从而无法保证悬索桥处于一个合理受力平衡的状态。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种借助结构自重力的自适应悬索桥结构及其施工方法，解决了现有技术中软土地基自适应锚碇悬索桥如何在施工阶段能保证地锚力满足主梁的架设用力，而后期保留的地锚力的同时，又可适应主梁产生漂浮式体系的位移导致梁体受力不利的技术问题。

2、第一方面，本发明公开了一种借助结构自重力的自适应悬索桥结构，包括桥塔、主梁、拉结于主梁与桥塔之间的主缆，该主梁的两端设有主梁锚跨，该主梁锚跨的相对外端分别设有锚碇，该锚碇与该主梁锚跨之间连接有调节组件，该调节组件包括可转动安装于该主梁锚跨上的下转轴、位于该下转轴上方的上转轴、以及锚索，该主缆的端部与该上转轴固定，该锚索的第一端与该锚碇固定，该锚索的第二端缠绕该上转轴后再缠绕该下转轴后与该上转轴固定，该上转轴相对下转轴为悬挂式动滑轮。

3、本发明的借助结构自重力的自适应悬索桥结构进一步改进在于，该上转轴的断面呈凸轮状。

4、本发明的借助结构自重力的自适应悬索桥结构进一步改进在于，该下转轴的断面呈凸轮状。

5、本发明的借助结构自重力的自适应悬索桥结构进一步改进在于，该主梁锚跨的相对外端位置设有横梁，该横梁上设有供该调节组件安装的主缆锚室。

6、本发明的借助结构自重力的自适应悬索桥结构进一步改进在于，该调节组件的数量为两个，该主缆的数量为两根，两个该调节组件平行设置，且两个该调节组件一一对应与两根该主缆固定。

7、第二方面，本发明还提供了一种如上所述的借助结构自重力的自适应悬索桥结构的施工方法，包括如下步骤：施工桥塔和锚碇；于该桥塔上安装主缆；于该主缆下方施工主梁，该主梁的梁端设有主梁锚跨，将该主缆的端部与该上转轴固定，该主梁锚跨上可转动安装下转轴，上转轴相对下转轴为悬挂式动滑轮，通过锚索的第一端与该锚碇固定，通过该锚索的第二端缠绕该上转轴后再缠绕该下转轴后与该上转轴固定。

8、本发明和已有技术相比较，其效果是积极和明显的。本发明通过调节组件的滑轮原理实现更小的锚碇体积而获得更大的地锚力，并利用主梁锚跨的自重共同提供地锚力，解决了现有技术中软土地基自适应锚碇悬索桥如何在施工阶段能保证地锚力满足主梁的架设用力，而后期保留的地锚力的同时，又可减少主梁产生漂浮式体系的位移时导致梁体不利受力的技术问题。本发明通过将梁端部的自重结合配重的设计到需要的荷载时，就可以即实现了梁体一部分预压应力(自锚式的特点)，而不是地锚力等于主缆索力的全部，降低了地锚力，同时还可去掉边墩的设置，减少了工程整体成本。

技术特征：

1.一种借助结构自重力的自适应悬索桥结构，包括桥塔、主梁、拉结于主梁与桥塔之间的主缆，所述主梁的两端设有主梁锚跨，其特征在于，所述主梁锚跨的相对外端分别设有锚碇，所述锚碇与所述主梁锚跨之间连接有调节组件，所述调节组件包括可转动安装于所述主梁锚跨上的下转轴、位于所述下转轴上方的上转轴、以及锚索，所述主缆的端部与所述上转轴固定，所述锚索的第一端与所述锚碇固定，所述锚索的第二端缠绕所述上转轴后再缠绕所述下转轴后与所述上转轴固定，所述上转轴相对所述下转轴为悬挂式动滑轮。

2.根据权利要求1所述的借助结构自重力的自适应悬索桥结构，其特征在于，所述上转轴的断面呈凸轮状。

3.根据权利要求1所述的借助结构自重力的自适应悬索桥结构，其特征在于，所述下转轴的断面呈凸轮状。

4.根据权利要求1所述的借助结构自重力的自适应悬索桥结构，其特征在于，所述主梁锚跨的相对外端位置设有横梁，所述横梁上设有供所述调节组件安装的主缆锚室。

5.根据权利要求1所述的借助结构自重力的自适应悬索桥结构，其特征在于，所述调节组件的数量为两个，所述主缆的数量为两根，两个所述调节组件平行设置，且两个所述调节组件一一对应与两根所述主缆固定。

6.一种如权利要求1所述的借助结构自重力的自适应悬索桥结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明涉及一种借助结构自重力的自适应悬索桥结构及其施工方法，悬索桥结构包括主梁，该主梁的两端设有主梁锚跨，该主梁锚跨的相对外端分别设有锚碇，该锚碇与该主梁锚跨之间连接有调节组件，该调节组件包括可转动安装于该主梁锚跨上的下转轴、位于该下转轴上方的上转轴、以及锚索，该主缆的端部与该上转轴固定，该锚索的第一端与该锚碇固定，该锚索的第二端缠绕该上转轴后再缠绕该下转轴后与该上转轴固定，该上转轴相对下转轴为悬挂式动滑轮。本发明解决了现有技术中软土地基自适应锚碇悬索桥如何在施工阶段能保证地锚力满足主梁的架设用力，而后期保留的地锚力的同时，又可减少主梁产生漂浮式体系的位移时导致梁体不利受力的技术问题。

技术研发人员：段昕智,崔晨,冀振龙,姜海西,张玉富,章志,蒋蕴涵,白午龙,元松,陈诚
受保护的技术使用者：上海市市政规划设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25