一种带自平衡支撑结构的曲线形桥梁 |
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| 申请号 | CN201610446292.0 | 申请日 | 2016-06-21 | 公开(公告)号 | CN106012798A | 公开(公告)日 | 2016-10-12 |
| 申请人 | 上海申迪项目管理有限公司; | 发明人 | 庞学雷; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种带自平衡 支撑 结构的曲线形 桥梁 ，包括端部 桥台 、曲线形主副桥梁、塔式自平衡结构和副桥平衡结构；两端支承于端部桥台的主桥梁采用单侧悬挂方式，呈空间 悬链线 布置的主缆、吊索和吊杆索将主桥梁从外侧悬空吊起；主缆、吊杆索和背索连接于主塔体的顶端，保证主塔顶部的整体受 力 平衡；主塔体的下端采用支撑球与连接座和反向球扣相扣合夹持的支撑方式，实现主塔底部的无限位支撑和受力平衡。副桥梁每个Y形臂的上肢铰接于主桥梁内缘，下肢与副桥平衡结构的环索和法向索连接；环索平衡副桥梁的翻转 扭矩 ，法向索将环索的法向力传递给主桥梁，平衡主缆、吊索和吊杆索对主桥梁的 水 平分力，确保主副桥梁的共同作用。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种带自平衡支撑结构的曲线形桥梁，其特征在于：包括二端部桥台（10）、一主桥梁（20）、一副桥梁（30）和二塔式自平衡结构（40）； |
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| 说明书全文 | 一种带自平衡支撑结构的曲线形桥梁技术领域[0001] 本发明涉及桥梁技术领域，具体涉及一种带自平衡支撑结构的曲线形桥梁。 背景技术[0002] 随着桥梁设计施工的不断发展，在满足桥梁本身功能性的前提下，其结构也越来越注重新颖与美观。单侧悬挂的圆弧曲线形桥的结构新颖，造型美观，给人一种漂浮的感觉，非常适合于景观步行桥。从结构安全角度来看，扭转是曲线形桥梁区别于一般桥梁工程的主要特点；采用何种支撑结构来约束桥梁结构的自身扭转，成为曲线形桥梁结构平衡是否成立的关键。 发明内容[0003] 针对上述现有技术的缺点或不足，本发明要解决的技术问题是，提供一种带自平衡支撑结构的曲线形桥梁。 [0004] 为解决上述技术问题，本发明具有如下构成：一种带自平衡支撑结构的曲线形桥梁，包括二端部桥台、一主桥梁、一副桥梁和二塔式自平衡结构； 所述主桥梁和副桥梁为曲率半径不同的曲线形桥梁；所述主桥梁的二端支承于端部桥台，所述副桥梁悬挂于主桥梁的内侧边缘； 所述二塔式自平衡结构由二个主塔、主体索缆、吊索和吊杆索构成；所述主塔由主塔承台、主塔体、耳板组件、塔帽和支撑组件构成，所述主塔体设于主桥梁外侧的一定距离处且呈向外侧倾斜布置；所述主体索缆由主缆、边缆和背索构成； 所述主塔体的下端通过支撑组件安装在主塔承台上；所述支撑组件由主塔座、带有球形凹槽的连接座、支撑球和反向球扣构成，所述主塔座安装在主塔承台上，所述连接座固定在主塔座上，所述反向球扣安装在主塔体的下端，所述连接座和反向球扣扣合夹持住支撑球，实现主塔体下端的无限位支撑和受力平衡； 所述主塔体的顶端设有耳板组件，所述耳板组件由主缆耳板、边缆耳板和背索耳板构成；所述主缆耳板和边缆耳板分别固定在背索耳板的两侧，且与背索耳板形成一定角度； 所述主缆位于两个主塔之间，其两端分别连接于主缆耳板；所述边缆的一端固定连接于端部桥台的外侧边缘，另一端连接于边缆耳板；所述主缆和边缆均通过多根吊索与主桥梁的外侧边缘连接，所述吊索呈均匀布置；所述吊杆索的一端连接于主桥梁的外侧边缘，另一端连接于背索耳板的前端部；所述主缆、边缆、吊索和吊杆索呈空间悬链线布置在主桥梁的外侧，将主桥梁悬空吊起； 所述背索的一端固定连接于背索座，另一端通过索头和销轴连接于背索耳板的后端部；所述背索与所述主缆、边缆和吊杆索通过耳板组件相互配合，实现主塔体顶端的受力平衡。 [0005] 所述主桥梁和副桥梁为圆弧形桥梁，主桥梁桥面中心线的半径R1大于副桥梁桥面中心线的半径R2；主桥梁桥面中心线的圆心O1和副桥梁桥面中心线的圆心O2均位于整座桥梁的垂直中截面上，且不同心。 [0007] 所述副桥梁为钢结构的悬臂梁，包括多个呈法向设置的Y形臂；所述主桥梁的每个箱梁节段的内侧上配置至少一个Y形臂。 [0008] 所述Y形臂由上肢、下肢和用于形成副桥面的水平肢构成，所述上肢铰接于主桥梁的内侧边缘，所述下肢通过副桥平衡结构与端部桥台和主桥梁的底部相连接。 [0009] 所述副桥平衡结构位于主桥梁的下方，由一根环索和多根法向索构成，所述副桥梁的每个Y形臂上配置一根法向索；所述环索的两端锚固于端部桥台，Y形臂的下肢铰接于环索，形成与副桥梁自身扭矩方向相反的平衡扭矩；所述法向索的一端连接于Y形臂的下肢，另一端连接于主桥梁的底部，将环索的法向力传递给主桥梁，平衡主缆、边缆、吊索和吊杆索对主桥梁形成的水平分力。 [0010] 所述吊索通过吊索索夹铰接于主缆或边缆。 [0011] 所述背索座安装在主塔承台上，且位于主塔座的外侧。 [0012] 所述端部桥台上设有支撑支座和拉压支座，所述支撑支座和拉压支座内藏于端部桥台的缺口位置。 [0013] 所述二个主塔体以轴心对称的方式，架设在主桥梁的外侧；所述主塔承台的下方设有斜管桩，所述斜管桩的倾斜方向和倾斜角度与所述主塔体的倾斜方向和倾斜角度基本一致。 [0014] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：（1）本发明的主桥梁采用单侧悬挂方式的二塔式自平衡结构，主缆、边缆、吊索和吊杆索体系呈空间悬链线布置在主桥梁的外侧，将主桥梁悬空吊起；主缆、边缆、吊杆索和背索连接于主塔体顶端的耳板组件并相互配合，实现主塔体顶端的受力平衡；通过带有球形凹槽的连接座、反向球扣与支撑球相扣合夹持的支撑组件将主塔体的下端安装在主塔承台上，实现了主塔体下端的无限位支撑和受力平衡，保证了主塔下端主要受力点的安全可靠。 [0015] （2）本发明的副桥梁采用Y形悬臂梁，Y形臂的上肢悬挂于主桥梁的内侧边缘；Y形臂的下肢通过由环索和法向索构成的副桥平衡结构，与端部桥台和主桥梁的底部相连接；环索的两端锚固于端部桥台，所有Y形臂的下肢与环索相铰接，形成用来抵消副桥梁自身扭矩的平衡扭矩；而法向索将环索的法向力传递给主桥梁，平衡主缆、边缆、吊索体系对主桥梁形成的水平分力，从而确保了主副桥梁的共同作用。 [0017] 图1：本发明曲线形桥梁的整体结构示意图。 [0018] 图2：本发明曲线形桥梁沿吊杆索线的横截面结构示意图。 [0019] 图3：本发明曲线形桥梁端部的结构示意图。 [0020] 图4：本发明曲线形桥梁的端部桥台的结构示意图。 [0021] 图5：本发明曲线形桥梁主塔下端的支撑组件的分解安装示意图。 [0022] 图6：本发明曲线形桥梁主塔顶端的耳板组件的结构示意图。 具体实施方式[0023] 以下将结合附图对本发明具体实施例的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。 [0024] 如图1和图2所示，本发明的一种带自平衡支撑结构的曲线形桥梁，由二端部桥台10、一主桥梁20、一副桥梁30、二塔式自平衡结构40和一副桥平衡结构50构成。所述主桥梁 20和副桥梁30为半径不同且圆心不同心的圆弧形桥梁，其中，主桥梁20的圆心、副桥梁30圆心与两主塔的中间点设置在一条直线上；所述主桥梁20和副桥梁30的起坡高度与坡度均不同。所述主桥梁20的二端支承于端部桥台10，所述副桥梁30悬挂于主桥梁20的内侧边缘；所述二塔式自平衡结构40位于主桥梁20的外侧，所述副桥平衡结构50位于主桥梁20的下方。 所述二端部桥台10与二塔式自平衡结构40和副桥平衡结构50，共同承担全部桥梁的荷载。 [0025] 所述端部桥台10为混凝土桥台，其端部设有支撑支座11和拉压支座12（见图3和图4），实现对主桥梁20端头的支撑和扭转约束，也能够限制主桥梁20因热胀冷缩等原因向两端偏移。本实施例中，端部桥台10采用三个支撑支座11和一个拉压支座12，并内藏于端部桥台10的缺口位置，以达到视觉上简洁的效果。 [0026] 所述主桥梁20为异型钢箱梁，由多个箱梁节段拼接而成。所述主桥梁20桥面的中心线位于半径R1为35.50m的圆周上，总长90m，桥面宽6m。所述副桥梁30桥面的中心线位于半径R2为31.50m的圆周上，总长70m，桥面宽3m。所述主桥梁（20）桥面中心线的圆心O1和所述副桥梁（30）桥面中心线的圆心O2均位于整座桥梁的垂直中截面上，且不同心。 [0027] 所述副桥梁30为钢结构的悬臂梁，包括多个钢结构的Y形臂31，所述Y形臂31呈法向设置；所述主桥梁20的每个箱梁节段的内侧上配置至少一个Y形臂31。所述Y形臂31由上肢311、下肢312和水平肢313构成（见图2和图3）；所述水平肢313与其两侧边梁和交叉拉杆形成副桥面；所述上肢311采用销轴铰接于主桥梁20的内侧边缘，为副桥梁30提供上支点；所述下肢312铰接于将在下文进一步说明的副桥平衡结构50的环索51，为副桥梁30提供下支点。 [0028] 所述塔式自平衡结构40由二个主塔、主体索缆、吊索43和吊杆索44构成，其中二个主塔以轴心对称的方式架设在主桥梁20的外侧。本发明中主桥梁20采用单边悬挂的方式，二个主塔通过主体索缆、吊索43和吊杆索44从外侧将主桥梁20悬空吊起。 [0029] 所述主塔由主塔承台411、主塔体412、耳板组件413、塔帽414和支撑组件415构成。其中，所述主塔承台411为混凝土承台；所述主塔体412设于主桥梁20外侧的一定距离处，且呈向外侧倾斜布置。 [0030] 所述主塔体412的下端通过支撑组件415安装在主塔承台411上；所述支撑组件415由主塔座4151、带有球形凹槽的连接座4152、支撑球4153和反向球扣4154构成（见图5）；其中，所述支撑球4153采用铸钢球。所述主塔座4151安装在主塔承台411上，所述连接座4152固定在主塔座4151上，所述反向球扣4154安装在主塔体412的下端，所述连接座4152和反向球扣4154扣合夹持住支撑球4153。本发明采用带有球形凹槽的连接座4152、反向球扣4154与支撑球4153相扣合夹持的支撑结构，实现了主塔体412下端的无限位支撑和受力平衡，保证了主塔体412下端主要受力点的安全可靠。 [0031] 所述主塔体412的顶端设有耳板组件413，用于固定将在下文详细描述的主体索缆的主缆421、边缆422和背索423以及吊杆索44；所述耳板组件413由主缆耳板4131、边缆耳板4132和背索耳板4133构成（见图6）；所述主缆耳板4131和边缆耳板4132分别固定在背索耳板4133的两侧，且与背索耳板4133成一定角度，形成牢固而稳定的结构。 [0032] 如图1所示，所述主体索缆由主缆421、边缆422和背索423构成。所述主缆421位于两个主塔之间，其两端分别连接于主塔体412顶端的主缆耳板4131；所述边缆422的一端固定连接于端部桥台10的外侧边缘，另一端连接于主塔体412顶端的边缆耳板4132；所述主缆421和边缆422均通过多根吊索43与主桥梁20的外侧边缘连接，所述吊索43呈均匀布置；所述吊索43的一端连接于主桥梁20的外侧边缘，另一端通过吊索索夹铰接于主缆421或边缆 422。所述主缆421、边缆422和吊索43呈空间悬链线布置，每根吊索43的斜向角度均不相同，通过调节吊索索夹的斜向角度来实现每根吊索43的不同斜向。 [0033] 所述吊杆索44的一端连接于主桥梁20的外侧边缘，另一端连接于主塔体412顶端的背索耳板4133的前端部。本发明中，所述吊杆索44与主桥梁20外侧边缘的连接点，位于主桥梁20的圆心与主塔所在的竖直平面上；作为主桥梁的一个支点以增加主桥梁的整体刚度。 [0034] 所述背索423的一端固定连接于背索座4231，另一端通过索头4232和销轴4233连接于主塔体412顶端的背索耳板4133的后端部。本发明中，背索座4231安装在主塔承台411上，且位于主塔座4151的外侧；采用背索座4231和主塔座4151共同安装于主塔承台411的一体式承台设计，能够提供可靠稳固且整体一致的主塔支撑点和背索锚节点。 [0035] 如图2和图3所示，所述副桥平衡结构50由一根环索51和多根法向索52构成，所述副桥梁30的每个Y形臂31上配置一根法向索52。所述环索51的两端锚固于端部桥台10，Y形臂31的下肢312铰接于环索51；所述法向索52的一端连接于Y形臂31的下肢312，另一端连接于主桥梁20的底部。本发明中，塔式自平衡结构40从外侧悬挂主桥梁20，来承担主桥梁20向内侧翻转的扭矩，而副桥梁30悬挂于主桥梁20的内侧边缘，则进一步加剧了塔式自平衡结构40的承载。通过副桥平衡结构50，将所有Y形臂31的下肢312铰接于环索51，环索51的两端锚固于端部桥台10，形成与副桥梁30向内侧翻转的自身扭矩方向相反的平衡扭矩，用来抵消副桥梁30的自身扭矩，以达到力的平衡。当然通过提高环索51的预应力，可以减少副桥梁30的自身扭矩对主桥梁20施加的承载，但过大的环索51预应力会造成主体索缆的负担过大。通过在主桥梁20下方设置法向索52，将环索51的法向力传递到主桥梁20，提供了一个水平向的向圆心的法向张力，以平衡主缆421、边缆422、吊索43和吊杆索44体系形成的对主桥梁的水平分力，从而确保了主副桥梁20、30的共同作用。 [0036] 本发明中，所述端部桥台10和主塔承台411的下方均设有长50m钢管桩基础的基桩。为解决水平力问题，部分钢管桩采用斜管桩并对全部管孔进行填充混凝土，以增加其刚度。同时，所述主塔承台411采用的斜管桩的倾斜方向和倾斜角度与所述主塔体412的倾角方向和倾斜角度基本一致，以抵抗水平分力，减少成桥后的水平位移。 [0037] 具体实施中，为提升耐久性与美观度的需求，主缆421、边缆422、吊索43、吊杆索44和环索51采用进口的Z字形封闭裸索，并设有防腐涂层。 [0038] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明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发明的范围内。 |
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