技术领域
[0001] 本实用新型涉及
土木工程技术领域，尤其涉及一种斜拉桥菱形截面分肢单柱式索塔。
背景技术
[0002] 斜拉桥主跨超过700m，采用
钢结构主梁具有明显技术经济优势时，可归为超大跨径斜拉桥。目前，超大跨径斜拉桥技术呈
加速发展的趋势，但总体看，跨径发展趋势较为明显，
支撑技术发展相对滞后。塔、梁、索三大结构中，对功能、体系、造型起控制作用的索塔结构型式较为单调，H式、倒Y式、花瓶式或宝塔式的双肢索塔以其直观
刚度大，适应整体梁设置的特点，一直占据着统治地位。
[0003] 同时，超大跨径斜拉桥采用传统双肢索塔还存以下问题：①船撞条件下，计算表明双肢索塔基本以半边结构承受全部撞击，为保证结构安全，必须增加塔肢材料用量；②超大跨径斜拉桥
风敏感性增强，传统双肢索塔的巨大体量及矩形截面导致为克服风阻效用，必须增加结构材料用量；③超大跨径斜拉桥一般高跨比较小，双肢索塔往往更凸显出结构矮胖、短腿、比例失常，造型不佳的
缺陷。
[0004] 2008年建成的昂船洲大桥、2010年建成的上海长江大桥采用了单柱式索塔，其简洁刚劲的特征，以体现了超大跨径斜拉桥建造的新思路。但由于缺少系统的研究，单柱式索塔的安全性、
稳定性、抗风性、抗震性、抗撞性、占用
桥面空间、影响
桥梁造价的问题，目前仍未得到明确的回答。实用新型内容
[0005] 针对上述国内外超大跨径斜拉桥存在的支撑技术发展滞后，双肢索塔型式单调、用材加大且景观不佳，而单柱式索塔技术优势模糊等问题，本
发明提供一种斜拉桥菱形截面分肢单柱式索塔。提高了大尺度单柱式索塔的通透感，创造了桥梁养护、应急、拓宽的结构条件。索塔及其
基础使用材料减少约20％，施工和养护难度大幅度降低。超大跨径斜拉桥应用菱形截面分肢单柱式索塔，工程造价较常规桥梁方案降低约6％。
[0006] 本实用新型所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
[0007] 一种斜拉桥菱形截面分肢单柱式索塔，其特征在于：包括上塔柱、分肢中塔柱、分肢下塔柱、下横梁以及塔底梁，所述分肢中塔柱上端连接上塔柱，下端连接分肢下塔柱，所述上塔柱的的顶面为菱形，所述上塔柱的截面为带
倒角的菱形，且截面尺寸连续变化，所述上塔柱共形成八个外侧面，八个外侧面固定斜度，所述分肢中塔柱、分肢下塔柱均为中空结构，所述下横梁设置在对应桥面主梁的
位置，所述塔底梁设置在船撞范围内。
[0008] 所述上塔柱设有带倒角的矩形内空腔，矩形内空腔与菱形截面使上塔柱形成纵桥向相互支撑的弓形塔壁。
[0009] 所述的纵桥向相互支撑的弓形塔壁内设置有回转式拉索，在回转式拉索作用下，表现出拱式结构工作特征。
[0010] 所述分肢中塔柱与分肢下塔柱分别由左右对称的两部分分肢构成。
[0011] 本实用新型的有益效果是：
[0012] 菱形截面分肢单柱式索塔，创造了一种全新的单柱式索塔结构型式，更加适应超大跨径斜拉桥的特殊技术需求；
[0013] 单柱式索塔可整体承受撞击
力，故同一安全
水平下，索塔用材减少20％左右，分肢单柱式索塔对应船撞区设塔底梁，保持了常规单柱式索塔的整体抗撞性能；
[0014] 索塔上塔柱采用菱形截面，中、下塔柱采用分肢型式，在形状、比例上具有优良的
气动特性，塔体纵、横向风阻减少50％左右，有效提高了结构的抗风性能；
[0015] 索塔中、下塔柱采用分肢型式，进一步提高了结构的抗震性能，塔、桩抗震计算配筋均控制在1％的理想范围，打破了单柱式索塔抗震能力不强的惯性思维；
[0016] 对分肢单柱式索塔的稳定这一关键问题，提出以基本理论计算结构稳定的观点，解决了现行规范的稳定验算方法在大型、复杂结构桥梁上存在的不适用问题；
[0017] 上塔柱两弓形塔壁内设置有回转式拉索，使其在拉索的环绕作用下，表现出拱式结构工作特征，受力方式发生了根本性变化，安全、耐久性得以极大提高；
[0018] 上塔柱拉索的通过和锚固均在弓形塔壁中进行，塔壁上取消了齿
块、锚梁、锚箱等传统复杂锚索构造，施工和养护的难度、材料和
费用的使用均大幅降低；
[0019] 中、下塔柱采用分肢型式，桥面中部通行空间全桥贯通，可方便地加装出养护、应急、人行、
汽车或轻轨等通道，实现桥梁使用功能和桥位资源利用的升级；
[0020] 超大跨径斜拉桥采用单柱式索塔，具有更好的比例适应性；超大跨径斜拉桥常设于海湾、海峡、港区，单柱式索塔独有的桅杆、风帆造形具有更好的环境融合性；菱形截面分肢单柱式索塔不仅保证了上述优势的实现，而且进一步解决了大尺度单柱式索塔的近距离通透感不佳问题。
附图说明
[0021] 图1为索塔的结构示意图；
[0022] 图2为上塔柱的截面示意图；
[0023] 图3为塔、梁交点构造示意图；
[0024] 图4为梁、索连接构造示意图。
具体实施方式
[0025] 为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体
实施例和附图，进一步阐述本实用新型，但下述实施例仅仅为本实用新型的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。
[0026] 如图1、图2所示，一种斜拉桥菱形截面分肢单柱式索塔，包括上塔柱2、分肢中塔柱3、分肢下塔柱4、下横梁5以及塔底梁6，分肢中塔柱3上端连接上塔柱2，下端连接分肢下塔柱4，上塔柱2的的顶面1为菱形，上塔柱2的中段截面为带倒角的菱形，且截面尺寸由上至下连续变大，上塔柱2共形成八个外侧面8，八个外侧面8固定斜度，分肢中塔柱3、分肢下塔柱4均为中空结构，下横梁5设置在对应桥面主梁的位置，塔底梁6设置在船撞范围内。
[0027] 上塔柱2设有带倒角的矩形内空腔10，矩形内空腔10与菱形截面使上塔柱2形成纵桥向相互支撑的弓形塔壁9；纵桥向相互支撑的弓形塔壁9内设置有回转式拉索7，在回转式拉索7作用下，表现出拱式结构工作特征。上塔柱两弓形塔壁9内，设置回转式拉索7绕过塔柱并夹持于弓形塔壁9，使弓形塔壁9产生以压为主的受力状态，与拱式结构相同。
[0028] 分肢中塔柱3与分肢下塔柱4分别由左右对称的两部分分肢构成。
[0029] 菱形截面分肢单柱式索塔以四个固定斜度的纵、横向外侧面构建的实体为基础，另用四个固定斜度的对角向外侧面切割实体边角，形成截面由下部矩形连续变化至上部菱形的八棱体。
[0030] 分肢中塔柱3、分肢下塔柱4，以及下横梁5和塔底梁6也均设带倒角的矩形内空腔，索塔内部空腔连通，形成系统。
[0031] 应用时，超大跨径斜拉桥为五跨连续结构，设计应用菱形截面分肢单柱式索塔，并以其为主体，构建全桥结构体系。
[0032] 参见图3，主梁15采用分体钢箱梁，分别从索塔两边绕过，
单体钢箱梁16用横梁17连接，塔、梁间竖向无直接连接，形成全漂浮体系，以充分适应单柱式索塔特点。
[0033] 参见图4，拉索7则采用四索面型式，分别锚固于单体钢箱梁16两侧，以优化宽主梁15的纵、横向受力。
[0034] 验证时，超大跨径斜拉桥，应用菱形截面分肢单柱式索塔，提出技术实施的效果验证指标：
[0035] ①整体受力，相同安全水平下，索塔及其基础材料用量减少约20％。
[0036] ②索塔的上塔柱呈
流线形，中、下塔柱长宽比加大，风阻减少约50％：
[0037] 柱式塔风阻系数对比表：
[0038]
[0039] ③上塔柱弓形塔壁在回转式拉索作用下受压均匀，最大压
应力7Mpa，状态理想。
[0040] ④四索支承的主梁，较双索面支承的分体钢箱梁，纵向最大应力保持为100Mpa时，横向最大应力由100Mpa左右降低至50Mpa以下，顶板剪应力大幅降低。以此优化设计，横梁设置改用两倍拉索间距，分体钢箱主梁较常规整体钢箱梁，重量增加由20％降低至约6％。
[0041] ⑤超大跨径斜拉桥，应用菱形截面分肢单柱式索塔，方案造价13.4083亿元，较常规方案降低6％，8520万元。其中，采用回转式拉索，索塔锚索用钢456t，造价848万，较钢锚梁用钢下降72％，造价下降67％。
[0042] ⑥超大跨径斜拉桥主梁中间透空带全桥贯通，设计预留两条备用通道。，桥位地处长江重要港口城市，设计以“渡江”作为工程主题，以柱式塔、四索面的桅杆和风帆造形，融合了工程环境，承载出工程主题。
[0043] 以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和
说明书中描述的仅为本实用新型的优选例，并不用来限制本实用新型，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的
权利要求书及其等效物界定。
