技术领域
[0001] 本
发明涉及斜拉桥及建造，具体涉及一种峡谷河流地形的空间四索面双幅曲线型斜拉桥及施工方法。
背景技术
[0002] 随着时代的进步，斜拉桥的主塔、主梁和拉索等主体结构发生了很多变化，其中，为适应路线线形，出现了主梁为曲线形的斜拉桥，即弯斜拉桥。在峡谷河流地形条件下，高等级公路通常是平行河流设计，如果跨江
桥梁采用曲梁桥结构，则可为道路选线创造十分有利地条件，带来极为合理又经济的结果。当跨江曲梁桥的跨径较大时，一般的梁式桥在结构上和施工上就遇到了相当大的困难，这时如果采用大跨径弯斜拉桥就显得非常合适，能够充分发挥和显示这种桥梁结构形式的特殊优点，并且，这种桥梁在美学上有特殊美观的造型。早在1977年，美籍华人林同炎就提出过曲线型斜拉桥的设计方案 (Ruck桥)，然而，直到今天，世界上仍然没有建成大跨径的曲线型斜拉桥，原因众多，主要原因如下：Ruck桥是将曲线型主梁与斜拉桥组合，结构复杂，曲线主梁要同时承受弯矩、剪
力和
扭矩的复合作用，其缆索设计计算分析困难，施工阶段的内力平衡控制难度很大；Ruck桥斜拉缆索分散锚固山坡上，施工复杂，后期维护相当困难；由于
水平向曲线拱结构效应，Ruck桥缆索的水平分力导致曲线型主梁在
基础处有水平向很大支座反力，原有设计没有专
门技术处理措施，基础结构受力
不平衡，桥梁支座滑移
变形； Ruck桥是单幅曲线弯桥，
汽车车辆在桥上转弯的桥梁，其仅仅考虑了河流上游汽车的回头路行驶路线，没有考虑下游水库方向的汽车行驶路线，其桥梁的使用功能性不强。
发明内容
[0003] 发明目的：本发明的目的是提供一种峡谷河流地形的空间四索面双幅曲线型斜拉桥，解决斜拉桥基础受理不平衡，桥梁支座容易滑移变形，使用功能不强的问题。
[0004] 技术方案：本发明所述的峡谷河流地形的空间四索面双幅曲线型斜拉桥，包括两个拱形桥塔、椭圆环状双幅曲线型主梁和椭圆形环梁，所述椭圆环状双幅曲线型主梁设置在两个拱形桥塔之间，所述椭圆形环梁设置在椭圆环状双幅曲线型主梁内，所述拱形桥塔和椭圆环状双幅曲线型主梁之间设置有四索面空间斜拉索网，所述拱形桥塔外侧与地面之间设置有斜向背拉索网，所述拱形桥塔之间通过悬索固定，所述悬索通过放射状的吊索与椭圆形环梁固定。
[0005] 其中，所述拱形桥塔由抛物线段塔顶和左右两个椭圆弧线段塔柱组成。
[0006] 所述四索面空间斜拉索网包括内侧拉索网和外侧拉索网，所述内侧拉索网一端锚固于拱形桥塔的抛物线段塔顶区段，另一端采用交叉锚固方式吊紧椭圆环状双幅曲线型主梁的左右两幅
桥面内侧，所述外侧拉索网一端锚固于拱形桥塔的塔柱的顶部区段，另一端吊紧椭圆环状双幅曲线型主梁的左右两幅桥面外侧。
[0007] 所述斜向背拉索网一端分散锚固于拱形桥塔上，另一端分为左右两股集中锚固于地面锚碇中。
[0008] 所述的椭圆环状双幅曲线型主梁包括椭圆弧形桥面段、连接过渡桥面段、弧形悬挑板和原有道路段，椭圆弧形桥面段的左右两幅椭圆弧形梁段尾部相交于连接过渡桥面段，连接过渡桥面段倒圆弧曲线与左右原有道路段相连接，连接过渡桥面段的端部设置弧形悬挑板，弧形悬挑板顶紧山坡体，椭圆环状双幅曲线型主梁的中央处设置椭圆形环梁
支撑构件。
[0009] 本发明所述的峡谷河流地形的空间四索面双幅曲线型斜拉桥的施工方法，包括以下步骤：
[0010] (S1)在峡谷河流两岸，根据地质地形、
地貌条件要求，进行双幅曲线型斜拉桥的桥址选择，并在山坡体上，开挖基坑，施工斜拉桥隧道式锚碇和桥塔基础；
[0011] (S2)在预制工厂，采用火工煨弯工艺，制作抛物线段塔顶和左右两个椭圆弧线段塔柱，运输到现场，
焊接拼装成型，
钢管内灌
混凝土，形成拱形桥塔；
[0012] (S3)在鸭蛋拱形桥塔之上，分散安装斜向背拉索网，斜向背拉索网分为左右两股另外一端集中锚固于锚碇之中，在两个拱形桥塔的塔顶之间悬挂单主缆悬索；
[0013] (S4)在峡谷河流两岸，施工双弯斜拉桥的连接过渡桥面段作为车辆桥上转弯行驶平台，连接过渡桥面段的左右两侧与原有道路段相连接，连接过渡桥面段的端部设置弧形悬挑板，弧形悬挑板采用嵌入式方法顶紧山坡体，左右两幅椭圆弧形桥面段(21)与连接过渡桥面段相连接，形成椭圆环状双幅曲线型主梁；
[0014] (S5)内侧拉索网锚固于拱形桥塔的抛物线段塔顶区段，外侧拉索网锚固于鸭蛋拱形桥塔(1)的椭圆弧线段塔柱的顶部区段，形成四索面空间斜拉索网；
[0015] (S6)拱形桥塔依次划分四个斜拉索空间索网面锚固区段，第一、三空间索网面悬臂拼装施工左幅椭圆弧形桥面段，第二、四空间索网面悬臂拼装施工右幅椭圆弧形桥面段，两个内侧拉索网交叉布置；
[0016] (S7)在椭圆环状双幅曲线型主梁节段悬臂拼装施工过程中，在左右两幅圆弧形桥面段(21)之间，设置多道临时连系梁结构，利用单主缆悬索设置临时吊索，吊紧临时连系梁结构，缆索吊装施工方法辅助悬臂拼装双弯斜拉桥的左右两幅椭圆弧形桥面段 (21)，直到桥面拼装合拢；
[0017] (S8)在椭圆环状双幅曲线型主梁的中央
位置，利用单主缆悬索，安装放射状的吊索，悬吊安装椭圆形环梁，椭圆形环梁支撑顶紧椭圆环状双幅曲线型主梁的左右两幅椭圆弧形桥面段的内侧桥面，椭圆形环梁兼作观光平台；
[0018] (S9)安装
栏杆和
路灯，摊铺
沥青混凝土路面，建成峡谷河流地形的超大跨径双弯斜拉桥。
[0019] 有益效果：本发明采用椭圆环状双幅曲线型主梁，桥面结构左右对称，悬臂拼装施工时，桥面结构可基本消除了扭转内力，桥面板设置悬挑板顶紧山坡体，支座内力平衡，双向交通组织流畅。椭圆环状双幅曲线型主梁的中央处，设置椭圆形环梁，顶紧椭圆环状双幅曲线型主梁的左右两幅梁结构，增强了桥面结构的整体性，可阻止左右两幅梁结构在空间斜拉索面作用下的相向水平变形，可确保桥面结构受力安全，椭圆形环梁兼作观光平台，增加了景观效果，一举两得，具有结构简洁、立面丰富、造型美观、生态环保、交通组织流畅、施工方便和经济性好等优点，其应用前景良好。
附图说明
[0020] 图1是一种峡谷河流地形的空间四索面双幅曲线型斜拉桥的三维示意图；
[0021] 图2是图1的鸭蛋拱形桥塔的三维示意图；
[0022] 图3是图1的椭圆环状双幅弯曲主梁的三维示意图；
[0023] 图4是图1的四索面空间斜拉索曲面网的三维示意图；
[0024] 图5是图1的锚碇结构示意图。
[0025] 其中，拱形桥塔1；抛物线段塔顶11；椭圆弧线段塔柱12；椭圆环状双幅曲线型主梁2；椭圆弧形桥面段21；连接过渡桥面段22；弧形悬挑板23；原有道路段24；椭圆形环梁3；四索面空间斜拉索网4；内侧拉索网41；外侧拉索网42；斜向背拉索网5；锚碇6；悬索7；吊索8。
具体实施方式
[0026] 下面结合附图对本发明进行进一步说明。
[0027] 如图1-5所示，一种峡谷河流地形的空间四索面双幅曲线型斜拉桥，包括鸭蛋拱形桥塔1、椭圆环状双幅曲线型主梁2、中央椭圆形环梁3、四索面空间斜拉索网4、背拉索5、锚碇6、单主缆悬索7和吊索8等，其特征在于：鸭蛋拱形桥塔1由抛物线段塔顶11和左右两个椭圆弧线段塔柱12组成，鸭蛋拱形桥塔1设置在两岸山坡之上；椭圆环状双幅曲线型主梁2搁置在峡谷河流两岸之上，椭圆环状双幅曲线型主梁2与原有公路相连接，在椭圆环状双幅曲线型主梁2中央处设置椭圆形环梁3，椭圆形环梁3支撑椭圆环状双幅曲线型主梁2的左右两幅曲线梁体的内侧腰部；四索面空间斜拉索网4由内侧拉索网41和外侧拉索网42组成，内侧拉索网41锚固于鸭蛋拱形桥塔1的抛物线段塔顶11区段，左右两组内侧拉索网41采用交叉锚固方式吊紧椭圆环状双幅曲线型主梁2的左右两幅桥面内侧，外侧拉索网42锚固于鸭蛋拱形桥塔1的椭圆弧线段塔柱12 的顶部区段，左右两组外侧拉索网42采用就近原则吊紧椭圆环状双幅曲线型主梁2的左右两幅桥面外侧；斜向背拉索网5一端分散锚固于鸭蛋拱形桥塔1之上，另外一端分为左右两股集中锚固于锚碇6之中；单主缆悬索7悬挂于两个鸭蛋拱形桥塔1的塔顶之间，单主缆悬索7之上安装放射状的吊索8，在桥中央处，放射状的吊索8悬吊椭圆形环梁3。
[0028] 椭圆环状双幅曲线型主梁2是由椭圆弧形桥面段21、连接过渡桥面段22、弧形悬挑板23和原有道路段24组成，椭圆弧形桥面段21的左右两幅椭圆弧形梁段尾部相交于连接过渡桥面段22，连接过渡桥面段22作为车辆桥上转弯行驶平台，连接过渡桥面段22倒圆弧曲线与左右原有道路段24相连接，连接过渡桥面段22的端部设置弧形悬挑板23，弧形悬挑板23顶紧山坡体，椭圆环状双幅曲线型主梁2的中央处设置椭圆形环梁3支撑构件，兼做观光平台。
[0029] 建造本发明时，包括以下步骤：
[0030] 第一步：在峡谷河流两岸，根据地质地形、地貌条件要求，进行双幅曲线型斜拉桥的桥址选择，并在山坡体上，开挖基坑，施工斜拉桥隧道式锚碇6和桥塔基础；
[0031] 第二步：在预制工厂，采用火工煨弯工艺，制作抛物线段塔顶11和左右两个椭圆弧线段塔柱12，运输到现场，焊接拼装成型，钢管内灌混凝土，形成鸭蛋拱形桥塔1；
[0032] 第三步：在鸭蛋拱形桥塔1之上，分散安装斜向背拉索网5，斜向背拉索网5分为左右两股另外一端集中锚固于锚碇6之中，在两个鸭蛋拱形桥塔1的塔顶之间悬挂单主缆悬索7；
[0033] 第四步：在峡谷河流两岸，施工双弯斜拉桥的连接过渡桥面段22作为车辆桥上转弯行驶平台，连接过渡桥面段22的左右两侧与原有道路段24相连接，连接过渡桥面段22的端部设置弧形悬挑板23，弧形悬挑板23采用嵌入式方法顶紧山坡体，左右两幅椭圆弧形桥面段21与连接过渡桥面段22相连接，形成椭圆环状双幅曲线型主梁2；
[0034] 第五步：内侧拉索网41锚固于鸭蛋拱形桥塔1的抛物线段塔顶11区段，外侧拉索网42锚固于鸭蛋拱形桥塔1的椭圆弧线段塔柱12的顶部区段，形成四索面空间斜拉索网4；
[0035] 第六步：鸭蛋拱形桥塔1依次划分四个斜拉索空间索网面锚固区段，第一、三空间索网面悬臂拼装施工左幅椭圆弧形桥面段21，第二、四空间索网面悬臂拼装施工右幅椭圆弧形桥面段21，两个内侧拉索网41交叉布置；
[0036] 第七步：在椭圆环状双幅曲线型主梁2节段拼装施工过程中，在左右两幅圆弧形桥面段21之间，设置多道临时连系梁结构，利用单主缆悬索7设置临时吊索，吊紧临时连系梁结构，缆索吊装施工方法辅助悬臂拼装双弯斜拉桥的左右两幅椭圆弧形桥面段 21，直到桥面拼装合拢；
[0037] 第八步：在椭圆环状双幅曲线型主梁2的中央位置，利用单主缆悬索7，安装放射状的吊索8，悬吊安装椭圆形环梁3，椭圆形环梁3支撑顶紧椭圆环状双幅曲线型主梁2 的左右两幅椭圆弧形桥面段21的内侧桥面，椭圆形环梁3兼作观光平台；
[0038] 第九步：安装栏杆和路灯，摊铺
沥青混凝土路面，建成峡谷河流地形的超大跨径双弯斜拉桥，通车运营。
[0039] 采用本发明时，某峡谷河流地形，两岸已经建造有平行河流的二条高等级公路，设计荷载为公路二级，河流的宽度为400米，现需要修建跨江斜拉桥，由于两岸峡谷山势陡峻，树林密布，为了避免原有公路改线，为了避免开凿大量的石方工程或修筑隧道，因此，采用峡谷河流地形的空间四索面双幅曲线型斜拉桥的新技术。在两岸山坡上，修建鸭蛋拱形桥塔，两个鸭蛋拱形桥塔之间距离为500米，鸭蛋拱形桥塔由抛物线段塔顶和左右两个椭圆弧线段塔柱组成，鸭蛋拱形桥塔高度为170米，桥塔最宽处为130米，其中抛物线段塔顶的宽度为100米，矢高为20米，椭圆弧线段塔柱高度为150米，卵蛋拱形桥塔采用直径为10米圆形钢管，钢管壁厚为40mm，内灌注C60混凝土。椭圆环状双幅曲线型主梁由椭圆弧形桥面段、连接过渡桥面段和弧形悬挑板组成，椭圆弧形桥面段为单箱双室
波形钢
腹板曲线组合箱梁，梁高为3米，双幅桥面宽度均为10米宽；连接过渡桥面段采用
钢筋混凝土厚板结构，板厚为3米；弧形悬挑板为0.4米厚的
钢筋混凝土板，弧形悬挑板嵌入式顶紧山坡体；椭圆环状双幅曲线型主梁中央设置椭圆形环梁，椭圆形环梁支撑椭圆环状双幅曲线型主梁的左右两幅椭圆弧形桥面段的内侧桥面，椭圆形环梁兼作观光平台，椭圆形环梁为普通钢箱梁结构形式，椭圆形环梁梁高为2.5 米，宽度为5米。四索面空间斜拉索分为四个区域锚固于鸭蛋拱形桥塔之上，四索面空间斜拉索网由内侧拉索网和外侧拉索网组成，内侧拉索网锚固于鸭蛋拱形桥塔的抛物线段塔顶区段，外侧拉索网锚固于鸭蛋拱形桥塔的椭圆弧线段塔柱的顶部区段，其中内侧拉索网采用交叉锚固方式，四索面空间斜拉索网缆索的桥面锚固点间距为15米，从梁端部到跨中位置斜拉缆索直径为0.2～0.25米线性变化，斜向背拉索网一端分散锚固于鸭蛋拱形桥塔之上，另外一端分为左右两股集中锚固于锚碇之中。单主缆悬索设置在两个鸭蛋拱形桥塔之间，单主缆悬索直径为0.6米高强钢丝成品缆索，施工阶段，悬吊钢桁架式连系梁，采用类似拱桥缆索吊装方法，辅助悬臂拼装椭圆环状双幅曲线型主梁，确保吊装受力平衡，确保拼装过程桥面梁不发送扭转变形；成桥后，拆除临时连系梁，单主缆悬索设置放射状吊索，吊索共计12根高强钢丝缆索，每一根缆索直径为0.1米，悬吊中央处椭圆形环梁。安装栏杆和路灯，摊铺沥青混凝土路面，建成峡谷河流地形的超大跨径双弯斜拉桥，通车运营使用。
[0040] 本发明在峡谷河流地形下，修建大跨径曲线型斜拉桥结构，车辆在桥梁上转弯，避免了山区公路改线的困难，可避免开凿大量的石方工程或修筑隧道，节约投资，保护山体
稳定性，保护生态环境，曲线型斜拉桥结构立面丰富，造型美丽漂亮。采用椭圆环状双幅曲线型主梁，桥面结构左右对称，悬臂拼装施工时，桥面结构可基本消除了扭转内力，桥面板设置悬挑板顶紧山坡体，支座内力平衡，双向交通组织流畅。圆环状双幅曲线型主梁的中央处，设置椭圆形环梁，顶紧椭圆环状双幅曲线型主梁的左右两幅梁结构，增强了桥面结构的整体性，可阻止左右两幅梁结构在空间斜拉索面作用下的相向水平变形，可确保桥面结构受力安全，椭圆形环梁兼作观光平台，增加了景观效果，一举两得。本发明通过设置曲线形状的鸭蛋拱形桥塔，空间曲面斜拉缆索网分散锚固于鸭蛋拱形桥塔之上，斜拉桥背缆索可分为左右两股集中锚固于两个锚碇之中，结构受力可靠，曲线形状鸭蛋拱形桥塔和空间曲面斜拉缆索网相配套，相得益彰，体现了空间结构独特新颖的美丽。空间曲面斜拉四索面网分散锚固于鸭蛋拱形桥塔之上，内侧拉索网锚固于鸭蛋拱形桥塔的抛物线段塔顶区段，外侧拉索网锚固于鸭蛋拱形桥塔的椭圆弧线段塔柱的顶部区段，空间曲面斜拉缆索网造型美丽；鸭蛋拱形桥塔依次划分为四个区段，左幅曲线形主梁的二个索面的空间缆索锚固鸭蛋拱形桥塔的第一、三区段，右幅曲线形主梁的二个索面的空间缆索锚固鸭蛋拱形桥塔的第二、四区段，其中内侧二个空间缆索网交叉布置，空间曲面斜拉四索面网优化布置，确保受力路线流畅，确保桥面静空满足要求。本发明两个鸭蛋拱形桥塔之间设置单主缆悬索，在施工阶段，单主缆悬索起吊临时连系梁结构，临时连系梁结构连接左右双幅曲线型梁，采用缆索吊装方法辅助双弯斜拉桥悬臂拼装施工，成桥后，单主缆悬索设置放射状吊索吊住椭圆形环梁，一举两得。
[0041] 汽车在本发明的双弯斜拉桥上转弯，两岸双向的过江行车辆驶路线流畅，对称双弯主梁可大幅减少主梁结构的扭矩；设置鸭蛋拱形桥塔，双弯斜拉桥四个索面的空间缆索锚固于鸭蛋拱形桥塔之上，鸭蛋拱形桥塔的斜拉背索分为左右两组，集中锚固于两个隧道式锚碇之中；在双幅环形曲线主梁的尾部，设置弧形悬挑板，弧形悬挑板顶紧山坡体，平衡双弯斜拉桥空间斜缆索对双弯斜拉桥主梁的拉力。新型双弯斜拉桥具有结构简洁、立面丰富、造型美观、生态环保、交通组织流畅、施工方便和经济性好等优点，其应用前景良好。
