空间三叉张弦梁人行桥 |
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| 申请号 | CN201610008350.1 | 申请日 | 2016-01-07 | 公开(公告)号 | CN105463979B | 公开(公告)日 | 2017-03-08 |
| 申请人 | 上海市城市建设设计研究总院; | 发明人 | 胡方健; 何飞; 汤秋华; 冯师蓉; 柳亦春; 王伟实; 徐海磊; 孙琦; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种空间三叉张弦梁人行桥，包括第一主梁、第二主梁和第三主梁，三道主梁的一端交汇于交汇 节点 ，三道梁的另一端通过固定支座支承于 桥台 ；第一主梁中部和所述第二主梁中部之间设有第一拉索，第二主梁中部与第三主梁中部之间设有第二拉索，第三主梁中部和第一主梁中部之间设有第三拉索；交汇节点的 侧壁 设有三个 耳 板，第一耳板与第一拉索之间设有第一 连杆 ，第二耳板与第二拉索之间设有第二连杆，第三耳板与第三拉索之间设有第三连杆。本发明能限制结构在承受竖向荷载作用下的 水 平位移，可提升三叉张弦梁桥的整体 刚度 ，可降低三道主梁交汇节点的局部应 力 集中程度，同时，可提高行人过桥时的振动舒适度。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种空间三叉张弦梁人行桥，其特征在于，包括第一主梁、第二主梁和第三主梁，所述第一主梁、所述第二主梁和所述第三主梁的一端为交汇端，所述第一主梁、所述第二主梁和所述第三主梁的交汇端交汇于交汇节点，所述第一主梁、所述第二主梁和所述第三主梁的另一端为支承端，所述第一主梁、所述第二主梁和所述第三主梁的支承端分别通过第一固定支座、第二固定支座和第三固定支座支承于桥台；所述第一主梁中部和所述第二主梁中部之间设有第一拉索，所述第二主梁中部与所述第三主梁中部之间设有第二拉索，所述第三主梁中部和所述第一主梁中部之间设有第三拉索；所述交汇节点的侧壁设有三个耳板，三个所述耳板分别为第一耳板、第二耳板和第三耳板，所述第一耳板设置于所述第一主梁与所述第二主梁交汇处的交汇节点侧壁上，所述第二耳板设置于所述第二主梁与所述第三主梁交汇处的交汇节点侧壁上，所述第三耳板设置于所述第三主梁与所述第一主梁交汇处的交汇节点侧壁上；所述第一耳板与所述第一拉索之间设有第一连杆，所述第二耳板与所述第二拉索之间设有第二连杆，所述第三耳板与所述第三拉索之间设有第三连杆。 |
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| 说明书全文 | 空间三叉张弦梁人行桥技术领域背景技术[0002] 张弦梁桥具有受力明确、自重轻等特点，其概念于20世纪80年代提出。张弦梁桥的结构体系较为简洁、主梁(桥面系)体量巨大，常规形式为设置具有一根主梁(单主梁)的简支梁，此种结构形式便于设计、施工及后期维护，在国内的桥梁工程中已有应用实例。 [0004] 特别是,当主梁为三叉梁、主梁的交汇节点向上拱起、拉索平面线形“内凹”时，若采用常规张弦梁桥的结构体系，则存在下列问题：1)结构的整体刚度相对于单主梁结构减弱；2)结构在承受竖向荷载作用下的水平位移较大；3)行人过桥的振动舒适度问题较为严重。 发明内容[0006] 为实现上述目的，本发明提供了一种空间三叉张弦梁人行桥，包括第一主梁、第二主梁和第三主梁，所述第一主梁、所述第二主梁和所述第三主梁的一端为交汇端，所述第一主梁、所述第二主梁和所述第三主梁的交汇端交汇于交汇节点，所述第一主梁、所述第二主梁和所述第三主梁的另一端为支承端，所述第一主梁、所述第二主梁和所述第三主梁的支承端分别通过第一固定支座、第二固定支座和第三固定支座支承于桥台；所述第一主梁中部和所述第二主梁中部之间设有第一拉索，所述第二主梁中部与所述第三主梁中部之间设有第二拉索，所述第三主梁中部和所述第一主梁中部之间设有第三拉索；所述交汇节点的侧壁设有三个耳板，三个所述耳板分别为第一耳板、第二耳板和第三耳板，所述第一耳板设置于所述第一主梁与所述第二主梁交汇处的交汇节点侧壁上，所述第二耳板设置于所述第二主梁与所述第三主梁交汇处的交汇节点侧壁上，所述第三耳板设置于所述第三主梁与所述第一主梁交汇处的交汇节点侧壁上；所述第一耳板与所述第一拉索之间设有第一连杆，所述第二耳板与所述第二拉索之间设有第二连杆，所述第三耳板与所述第三拉索之间设有第三连杆。 [0007] 使用固定支座可以承受主梁在外荷载作用下产生的水平推力，可限制结构在承受竖向荷载作用下的水平位移，释放转动位移，令三叉张弦梁形成三点铰支的空间拱结构，可提升三叉张弦梁桥的整体刚度。 [0008] 进一步地，所述第一主梁跨中内部设有第一锚固结构，所述第二主梁跨中内部设有第二锚固结构，所述第三主梁跨中内部设有第三锚固结构；所述第一拉索的两端分别锚固于所述第一锚固结构和所述第二锚固结构上，所述第二拉索的两端分别锚固于所述第二锚固结构和所述第三锚固结构上，所述第三拉索的两端分别锚固于所述第三锚固结构和第一锚固结构上。 [0009] 进一步地，所述第一拉索、所述第二拉索和所述第三拉索均为平行钢绞线拉索，所述第一拉索、所述第二拉索和所述第三拉索安装后进行张拉。根据索结构应力刚化的原理，对三根拉索进行较大程度的主动张拉可有效提升三叉张弦梁桥的整体刚度，对拉索进行张拉的张拉力大小应当由桥梁设计师根据满足桥梁结构受力、刚度、稳定性等各项技术性能的要求来确定。 [0010] 进一步地，所述第一拉索、所述第二拉索和所述第三拉索上分别设有第一拉索弯折点、第二拉索弯折点和第三拉索弯折点，所述第一拉索弯折点上设有第一转向器，所述第二拉索弯折点上设有第二转向器，所述第三拉索弯折点上设有第三转向器；所述第一连杆、所述第二连杆和所述第三连杆均设有上端铰接部和下端铰接部；所述第一连杆、所述第二连杆和所述第三连杆的上端铰接部分别与所述第一耳板、所述第二耳板和所述第三耳板铰接，所述第一连杆、所述第二连杆和所述第三连杆的上端铰接部均可在铅垂面转动；所述第一连杆、所述第二连杆和所述第三连杆的下端铰接部分别与所述第一转向器、所述第二转向器和所述第三转向器铰接，所述第一连杆的下端铰接部可在所述第一拉索两端的两个锚固点和所述第一连杆的上端铰接部构成的空间平面内转动，所述第二连杆的下端铰接部可在所述第二拉索两端的两个锚固点和所述第二连杆的上端铰接部构成的空间平面内转动，所述第三连杆的下端铰接部可在所述第三拉索两端的两个锚固点和所述第三连杆的上端铰接部构成的空间平面内转动。连杆的两端采用铰接的形式，释放了连杆的杆端弯矩，可降低三道主梁交汇节点的局部应力集中程度，可降低平行钢绞线拉索弯折点承受的局部弯矩。 [0011] 拉索的两个锚固点、连杆与耳板的交点，这三个点可形成一张空间平面，拉索弯折点位于该平面上。拉索弯折点与拉索两个锚固点之间直线的距离控制为1000mm。第一拉索弯折点、第二拉索弯折点和第三拉索弯折点的具体位置由桥梁设计师根据满足桥梁结构受力、刚度、稳定性等各项技术性能的要求来确定，该拉索弯折点是唯一存在的。 [0012] 进一步地，所述第一连杆、所述第二连杆和所述第三连杆均为常规钢拉杆。 [0013] 进一步地，所述第一主梁的长度为50m-56m，所述第二主梁的长度为20m-24m，所述第三主梁的长度为12m-15m；所述第一主梁与所述第二主梁在水平投影面上的夹角为130°-140°，所述第二主梁与所述第三主梁在水平投影面上的夹角为100°-110°，所述第三主梁与所述第一主梁在水平投影面上的夹角为110°-120°。 [0015] 进一步地，所述第一主梁的跨中设置第一TMD阻尼器，所述第二主梁的跨中设置第二TMD阻尼器，所述第一TMD阻尼器设置于所述第一主梁断面中央靠近底板处，所述第二TMD阻尼器设置于所述第二主梁断面中央靠近底板处，所述第一TMD阻尼器和所述第二TMD阻尼器的重量之和为所述空间三叉张弦梁人行桥的总重量的1.0％-2.0％。其中单个TMD阻尼器的的重量需桥梁设计师根据桥梁结构的动力特性计算得出。TMD阻尼器可显著减低三道主梁在桥面行人荷载激励下的加速度响应，可提高行人过桥时的振动舒适度。 [0016] 进一步地，所述第一主梁的高度为0.5m-2.1m，所述第一主梁顶板的宽度为5.0m-5.4m，所述第一主梁顶板的厚度36mm-40mm，所述第一主梁底板的宽度为2.4m-4.9m，所述第一主梁底板的厚度为36mm-40mm，所述第一主梁直腹板和所述第一主梁斜腹板的厚度均为 14mm-20mm；所述第二主梁的高度为0.5m-1.8m，所述第二主梁顶板的宽度为4.0m-4.4m，所述第二主梁顶板的厚度为36mm-40mm，所述第二主梁底板的宽度为2.4m-3.8m，所述第二主梁底板的厚度为36mm-40mm，所述第二主梁直腹板和所述第二主梁斜腹板的厚度均为14mm- 20mm；所述第三主梁的高度为0.5m-1.5m，所述第三主梁顶板的宽度为3.0m-3.2m，所述第三主梁顶板的厚度为36mm-40mm，所述第三主梁底板的宽度为1.0m-2.3m，所述第三主梁底板的厚度为36mm-40mm，所述第三主梁直腹板和所述第三主梁斜腹板的厚度均为14mm-20mm。 三道主梁的顶板、底板及腹板的厚度相对于常规钢结构桥梁的主梁来说均偏厚80％以上，可令三道主梁的抗弯惯性矩及剪切刚度明显提高，可有效提升三叉张弦梁桥的整体竖向刚度。 [0017] 进一步地，所述第一固定支座、所述第二固定支座和所述第三固定支座均为7MN的支座；所述第一拉索、所述第二拉索和所述第三拉索安装后进行张拉的张拉力为所述平行钢绞线拉索抗拉强度的0.2-0.3倍。 [0018] 本发明的有益效果： [0019] 本发明由于采用了上述结构设计，具有以下有益效果：1)固定支座可承受主梁在外荷载作用下产生的水平推力，可限制结构在承受竖向荷载作用下的水平位移，可提升三叉张弦梁桥的整体刚度。2)根据索结构应力刚化的原理，对三根拉索进行较大程度的主动张拉可有效提升三叉张弦梁桥的整体刚度。3)连杆的两端采用铰接的形式，释放了连杆的杆端弯矩，可降低三道主梁交汇节点的局部应力集中程度，可降低拉索弯折点承受的局部弯矩。4)TMD阻尼器可显著减低三道主梁在桥面行人荷载激励下的加速度响应，可提高行人过桥时的振动舒适度。5)三道主梁的顶板、底板及腹板的厚度相对于常规钢结构桥梁的主梁来说均偏厚80％以上，可令三道主梁的抗弯惯性矩及剪切刚度明显提高，可有效提升三叉张弦梁桥的整体竖向刚度。 附图说明[0021] 图1为本发明的一个较佳实施例的俯视结构示意图。 [0022] 图2为图1中沿A-A线侧视图。 [0023] 图3为图1中沿B-B线侧视图。 [0024] 图4为图1中沿C-C线侧视图。 [0025] 图5为图1中沿D-D线剖面放大图。 [0026] 图中，1第一主梁；11第一固定支座；12第一锚固结构；13第一TMD阻尼器；14第一主梁的顶板；15第一主梁的直腹板；16第一主梁的斜腹板；17第一主梁的底板；2第二主梁；21第二固定支座；22第二锚固结构；23第二TMD阻尼器；3第三主梁；31第三固定支座；32第三锚固结构；4交汇节点；41第一耳板；42第二耳板；43第三耳板；5第一拉索；51第一连杆；52第一拉索弯折点；6第二拉索；61第二连杆；62第二拉索弯折点；7第三拉索；71第三连杆；72第三拉索弯折点；8桥台 具体实施方式[0027] 如图1-图4所示，本发明空间三叉张弦梁人行桥的一具体实施例，包括第一主梁1、第二主梁2和第三主梁3，第一主梁1、第二主梁2和第三主梁3的一端为交汇端，第一主梁1、第二主梁2和第三主梁3的交汇端交汇于交汇节点4，第一主梁1、第二主梁2和第三主梁3的另一端为支承端，第一主梁12、第二主梁和第三主梁3的支承端分别通过第一固定支座11、第二固定支座21和第三固定支座31支承于桥台8，第一固定支座11、第二固定支座21和第三固定支座31均为7MN的固定支座。 [0028] 本实施例使用的固定支座为现有技术中已有之产品。 [0029] 第一主梁1跨中内部设有第一锚固结构12，第二主梁2跨中内部设有第二锚固结构22，第三主梁3跨中内部设有第三锚固结构32；第一拉索5的两端分别锚固于第一锚固结构 12和第二锚固结构22上，第二拉索6的两端分别锚固于第二锚固结构22和第三锚固结构32上，第三拉索7的两端分别锚固于第三锚固结构32和第一锚固结构12上。第一拉索5、第二拉索6和第三拉索7均为平行钢绞线拉索，平行钢绞线拉索为现有技术中已有之产品。第一拉索、第二拉索和第三拉索安装后进行张拉，进行张拉的张拉力为平行钢绞线拉索抗拉强度的0.2-0.3倍。本实施例使用的平行钢绞线拉索规格为51Фs15.24～55Фs15.24。本实施例使用的锚固结构为现有技术。 [0030] 交汇节点4的侧壁设有三个耳板，三个耳板分别为第一耳板41、第二耳板42和第三耳板43，第一耳板41设置于第一主梁1与第二主梁2交汇处的交汇节点侧壁上，第二耳板42设置于第二主梁2与第三主梁3交汇处的交汇节点侧壁上，第三耳板43设置于第三主梁3与第一主梁1交汇处的交汇节点侧壁上。 [0031] 第一拉索5、第二拉索6和第三拉索7上分别设有第一拉索弯折点52、第二拉索弯折点62和第三拉索弯折点72，第一拉索弯折点上设有第一转向器(图未示出)，第二拉索弯折点上设有第二转向器(图未示出)，第三拉索弯折点上设有第三转向器(图未示出)；每条拉索的两个锚固点、连杆与耳板的交点，这三个点可形成一张空间平面，拉索弯折点位于该平面上。拉索弯折点与拉索两个锚固点之间直线的距离控制为1000mm。本领域技术人员应当知晓，第一拉索弯折点、第二拉索弯折点和第三拉索弯折点的位置由桥梁设计师根据满足桥梁结构受力、刚度、稳定性等各项技术性能的要求来确定。本实施例中使用的转向器已另外申请专利保护(申请号201520845191.1)，此处不再赘述。 [0032] 第一耳板41和第一转向器之间设有第一连杆51，第二耳板42和第二转向器之间设有第二连杆61，第三耳板43和第三转向器之间设有第三连杆71。第一连杆51、第二连杆61和第三连杆71均为常规钢拉杆，第一连杆51、第二连杆61和第三连杆71均设有上端铰接部和下端铰接部；第一连杆51、第二连杆61和第三连杆71的上端铰接部分别与第一耳板41、第二耳板42和第三耳板43铰接，第一连杆51、第二连杆61和第三连杆71的上端铰接部均可在铅垂面转动；第一连杆51、第二连杆61和第三连杆71的下端铰接部分别与第一转向器、第二转向器和第三转向器铰接，第一连杆的下端铰接部可在第一拉索两端的两个锚固点和第一连杆的上端铰接部构成的空间平面内转动，第二连杆的下端铰接部可在第二拉索两端的两个锚固点和第二连杆的上端铰接部构成的空间平面内转动，第三连杆的下端铰接部可在第三拉索两端的两个锚固点和第三连杆的上端铰接部构成的空间平面内转动。 [0033] 第一主梁1的长度为50m-56m，第二主梁2的长度为20m-24m，第三主梁3的长度为12m-15m；第一主梁1与第二主梁2在水平投影面上的夹角为130°-140°，第二主梁2与第三主梁3在水平投影面上的夹角为100°-110°，第三主梁3与第一主梁1在水平投影面上的夹角为 110°-120°。 [0034] 第一主梁1、第二主梁2和第三主梁3的断面均由一道顶板、一道底板、两道斜腹板、两道直腹板组成。第一主梁1的跨中设置第一TMD阻尼器13。如图5所示，第一主梁包括的顶板14、底板17、斜腹板16和直腹板15，第一TMD阻尼器13设置于第一主梁1断面中央靠近底板17处。第二主梁2的跨中设置第二TMD阻尼器23，第二TMD阻尼器23设置于第二主梁2断面中央靠近底板处，第一TMD阻尼器13和第二TMD阻尼器23的重量之和为空间三叉张弦梁人行桥的总重量的1.0％-2.0％。 [0035] 第一主梁1的高度为0.5m-2.1m，第一主梁顶板14的宽度为5.0m-5.4m，第一主梁顶板14的厚度36mm-40mm，第一主梁底板17的宽度为2.4m-4.9m，第一主梁底板17的厚度为36mm-40mm，第一主梁直腹板15和第一主梁斜腹板16的厚度均为14mm-20mm；第二主梁2的高度为0.5m-1.8m，第二主梁顶板的宽度为4.0m-4.4m，第二主梁顶板的厚度为36mm-40mm，第二主梁底板的宽度为2.4m-3.8m，第二主梁底板的厚度为36mm-40mm，第二主梁直腹板和第二主梁斜腹板的厚度均为14mm-20mm；第三主梁3的高度为0.5m-1.5m，第三主梁顶板的宽度为3.0m-3.2m，第三主梁顶板的厚度为36mm-40mm，第三主梁底板的宽度为1.0m-2.3m，第三主梁底板的厚度为36mm-40mm，第三主梁直腹板和第三主梁斜腹板的厚度均为14mm-20mm。 本实施例中，三道主梁均采用高强度低合金结构钢，强度等级为Q370qD，当然，在其他一些实施例中也可以选用性能更优的材料。 |
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