安装风嘴的四主桁分体式板桁和箱桁组合主梁 |
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| 申请号 | CN201710866901.2 | 申请日 | 2017-09-22 | 公开(公告)号 | CN107558354A | 公开(公告)日 | 2018-01-09 |
| 申请人 | 中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司; | 发明人 | 刘高; 张喜刚; 陈上有; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种安装 风 嘴的四主桁分体式板桁和箱桁组合主梁，包括两个双主桁结构、一个横向连接系和两个风嘴。两个双主桁结构， 水 平净距离B1，通过设置于其间的横向连接系连接为一体，呈水平对称布置；两个风嘴，分别与两个双主桁结构外侧连接，每个风嘴包括呈“ 腹板 和下斜腹板；横向连接系包括上横梁、下横梁和格栅结构。在双主桁结构中，公路 桥面 系为 钢 -高性能 混凝土 组合结构顶板的板桁结构， 铁 路桥面系为箱桁结构。通过风嘴、双主桁结构、横向连接系形成的 流线 型分体式主梁截面，风阻小、 气动 性能好，而且结构 刚度 大、阻尼高，列车运行安全性和舒适性好，公路桥面抗疲劳性能好，满足台风地区大跨度公铁两用 桥梁 的需求。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种安装风嘴的四主桁分体式板桁和箱桁组合主梁，包括： |
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| 说明书全文 | 安装风嘴的四主桁分体式板桁和箱桁组合主梁技术领域背景技术[0002] 大跨度公铁两用桥梁由于能够共用桥位，充分合理地利用土地、河流和空间，与分建桥梁相比，可以大大节省在材料和施工方面的费用，具有良好的经济性。而为满足通航，减少深水基础，大跨度公铁两用桥梁多选用斜拉桥，我国主跨超过500m的公铁两用斜拉桥都采用了上下分层布置的钢桁梁方案，且当通行四线铁路时，都采用了三主桁主梁，如武汉天兴洲长江大桥、铜陵长江大桥、沪通铁路长江大桥。 [0003] 目前，已修建的大跨度公铁两用斜拉桥均位于大江大河以及近海地区，桥梁主跨跨径相对较小，风环境相对较好。随着交通网络的逐步完善，跨越海湾、海峡的跨海特大跨径桥梁建设需求越来越大。在宽阔的海峡上修建桥梁，将面临恶劣地质、水文、气象等环境的严峻考验，以及15万吨甚至30万吨油轮的通航要求。如规划建设的琼州海峡大桥、中国台湾海峡大桥等，必须研究主跨超千米的特大跨径公铁两用桥梁方案，并解决大桥在 17级超强台风作用下的结构安全，同时保障列车在日常及一般大风条件下的通行。传统的钢桁梁截面风阻系数大，且钝体截面气动性能较差，列车的行车风速阈值较低。 [0004] 跨越海湾、海峡的大跨度公铁两用桥梁，主梁设计面临以下四个技术挑战： [0006] (2)列车全天候通行。为提升列车的运营效能，应保障列车在大风条件下可以安全运营。 [0007] (3)列车行车安全与舒适。提升列车运行安全性和舒适性，桥梁需具备足够的轴向、竖向、横向及扭转刚度。 [0009] 综上所述，在海上修建特大跨径公铁两用桥梁，要解决抗风安全、列车全天候通行、列车行车安全与舒适、公路桥面板抗疲劳等技术难题，需要进行创新设计。 发明内容[0010] (一)要解决的技术问题 [0011] 本发明是为解决现有技术的不足，提供一种安装风嘴的四主桁分体式板桁和箱桁组合主梁，以解决桥梁的抗风安全、列车全天候通行、列车行车安全与舒适、公路桥面板抗疲劳等技术难题。 [0012] (二)技术方案 [0013] 为达到上述目的，本发明提供了一种安装风嘴的四主桁分体式板桁和箱桁组合主梁，该主梁结构包括： [0014] 两个双主桁结构，通过设置于其间的横向连接系连接为一体，作为整体受力结构，呈水平对称布置； [0015] 两个风嘴，分别与两个双主桁结构外侧连接，每个风嘴包括上斜腹板和下斜腹板，上斜腹板和下斜腹板连接呈“<”形； [0016] 横向连接系，左右两侧与两个双主桁结构连接，包括上横梁、下横梁和格栅结构。 [0017] 上述方案中，所述双主桁结构包括： [0018] 边主桁，设置于双主桁结构的外侧，外侧连接风嘴； [0019] 中主桁，设置于两个双主桁结构相对的内侧，与横向连接系连接； [0020] 公路桥面系，采用板桁结构，设置于边主桁及中主桁之间，且位于顶部； [0021] 铁路桥面系，采用箱桁结构，设置于边主桁及中主桁之间，且位于底部； [0022] 横联，设置于公路桥面系的下部。 [0023] 上述方案中，所述双主桁结构中， [0024] 边主桁为带竖杆的华伦式桁架结构，包括边桁上弦、边桁下弦、边桁斜杆、边桁竖杆和边桁索梁锚固结构；其中，边桁索梁锚固结构设置在边桁上弦、边桁斜杆与边桁竖杆连接处的顶部； [0025] 中主桁为带竖杆的华伦式桁架结构，包括中桁上弦、中桁下弦、中桁斜杆、中桁竖杆和中桁索梁锚固结构；其中，中主桁所在的平面平行于边主桁所在的平面，并且中主桁的中桁上弦、中桁下弦、中桁斜杆、中桁竖杆分别平行于边主桁的边桁上弦、边桁下弦、边桁斜杆、边桁竖杆；中桁索梁锚固结构设置在中桁上弦、中桁斜杆与中桁竖杆连接处的顶部。 [0026] 公路桥面系，连接于边桁上弦和中桁上弦；包括顶板、纵梁、横梁，其中顶板为采用高强高韧性混凝土板与钢桥面板组合的钢-高性能混凝土组合结构桥面；高强高韧性混凝土板浇筑在钢桥面板的顶部，二者之间通过剪力连接键进行有效连接，其中，高强高韧性混凝土板厚40～50mm，钢桥面板厚14～20mm； [0027] 铁路桥面系，连接于边桁下弦和中桁下弦；采用钢结构或钢-混组合结构； [0028] 横联为采用多个“△”水平连接的桁架式结构，其顶部与公路桥面系连接，两侧分别与边桁竖杆、中桁竖杆连接。 [0029] 上述方案中，所述横向连接系包括： [0030] 上横梁，设置在与中桁上弦等高的水平面并且与中桁上弦垂直，在中桁上弦和中桁竖杆的交汇处与中桁上弦连接； [0031] 下横梁，设置在与中桁下弦等高的水平面并且与中桁下弦垂直，在中桁下弦和中桁竖杆的交汇处与中桁下弦连接； [0032] 格栅结构，呈水平设置，安装在两个相邻的上横梁与中桁上弦连接构成的矩形区间内。 [0033] 上述方案中，所述风嘴中： [0034] 上斜腹板连接边主桁的边桁上弦，与水平面的夹角α为20°～40°； [0035] 下斜腹板连接边主桁的边桁下弦，与水平面的夹角β为15°～35°。 [0036] 上述方案中，所述两个双主桁结构内侧水平净距离为B1，每个双主桁结构的高度为H，每个风嘴的水平宽度为B3，所述参数B1、B3、H、α、β和ψ的确定条件包括： [0037] a、桥梁的颤振临界风速大于颤振检验风速； [0038] b、桥梁涡振竖向及扭转振幅小于规范容许值； [0039] c、桥上列车运行安全性和舒适性指标满足规范要求； [0040] d、满足a、b和c的条件下，主梁的工程造价最低。 [0041] (三)有益效果 [0042] 从上述技术方案可以看出，本发明安装风嘴的四主桁分体式板桁和箱桁组合主梁至少具有以下有益效果其中之一： [0043] (1)通过风嘴、双主桁结构、横向连接系形成的流线型分体式主梁截面，风阻小、气动性能好； [0044] (2)由于铁路轨道设置在风嘴和两个双主桁结构围成的三面封闭的空间内，列车运行过程中受风的影响很小，因此可以保证在日常及一般大风条件下列车全天候运行； [0045] (3)通过两个双主桁结构之间横向连接系设置格栅结构，因此能将气流中的漩涡打散，有效抑制涡激振动；并且格栅结构的表面采用吸声耗能材料，从而减小了下层铁路轨道交通噪声对公路汽车交通的干扰，有利于公路交通安全； [0046] (4)由于四片主桁、钢-混组合板桁式公路桥面系和箱桁式铁路桥面系、横向连接系等主要受力构件布置合理，主梁结构整体的轴向刚度、竖向刚度、横向刚度和抗扭刚度均很大，并且阻尼也较高，从而可以保证列车运行的安全性和舒适性； [0048] 图1为本发明实施例安装风嘴的四主桁分体式板桁和箱桁组合主梁的立体结构示意图。 [0049] 图2为本发明实施例安装风嘴的四主桁分体式板桁和箱桁组合主梁的断面示意图； [0050] 图3为本发明实施例安装风嘴的四主桁分体式板桁和箱桁组合主梁的双主桁结构立体结构示意图； [0051] 图4为本发明实施例安装风嘴的四主桁分体式板桁和箱桁组合主梁的边主桁和中主桁立体结构示意图。 [0052] 图5为本发明实施例安装风嘴的四主桁分体式板桁和箱桁组合主梁的公路桥面系顶板结构示意图。 [0053] 图6为本发明实施例安装风嘴的四主桁分体式板桁和箱桁组合主梁的横向连接系立体结构示意图。 [0054] 【附图中本发明实施例主要元件符号说明】 [0055] 1、双主桁结构； 2、风嘴 [0056] 3、横向连接系； 4、边主桁 [0057] 5、中主桁； 6、公路桥面系 [0058] 7、铁路桥面系； 8、横联 [0059] 9、边桁上弦； 10、边桁下弦 [0060] 11、边桁斜杆； 12、边桁竖杆 [0061] 13、边桁索梁锚固结构； 14、中桁上弦 [0062] 15、中桁下弦； 16、中桁斜杆 [0063] 17、中桁竖杆； 18、中桁索梁锚固结构 [0064] 19、顶板； 20、高强高韧性混凝体板 [0065] 21、钢桥面板； 22、剪力连接键 [0066] 23、上斜腹板； 24、下斜腹板 [0067] 25、上横梁； 26、下横梁 [0068] 27、格栅结构； 28、纵梁 [0069] 29、横梁 [0070] B1-两个双主桁架结构水平净距； B2-双主桁结构的宽度 [0071] B3-风嘴宽度； H-双主桁结构的高度 [0072] α-上斜腹板与水平面的夹角； β-下斜腹板与水平面的夹角。 具体实施方式[0073] 本发明提供了一种安装风嘴的四主桁分体式板桁和箱桁组合主梁，该主梁包括两个双主桁结构、一个横向连接系和两个风嘴。两个双主桁结构呈水平对称布置，通过设置于其间的横向连接系连接为一体，作为整体受力结构。每个双主桁结构由边主桁、中主桁、公路桥面系、铁路桥面系和横联构成。每个双主桁结构的外侧均设置一个风嘴，风嘴由上斜腹板和下斜腹板构成，上斜腹板和下斜腹板连接呈“<”形，上斜腹板的上沿连接于边主桁的边桁上弦，下斜腹板的下沿连接于边主桁的边桁下弦。上斜腹板、下斜腹板与水平面的夹角α、β分别在20°～40°、15°～35°之间取值。 [0074] 在双主桁结构中公路桥面系位于铁路桥面系之上，公路桥面系为板桁结构，其顶板采用高强高韧性混凝土板与钢桥面板的组合桥面，铁路桥面系采用箱桁结构。通过风嘴、双主桁结构、横向连接系形成的流线型分体式主梁截面，风阻小、气动性能好，而且结构刚度大、阻尼高，列车运行安全性和舒适性好，公路桥面抗疲劳性能好，满足台风地区大跨度公铁两用桥梁的需求。 [0075] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。 [0076] 本发明某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本发明的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本发明满足适用的法律要求。 [0077] 在本发明的第一个示例性实施例中，提供了一种安装风嘴的四主桁分体式板桁和箱桁组合主梁。图1为本发明第一实施例安装风嘴的四主桁分体式板桁和箱桁组合主梁的立体结构示意图。图2为本发明实施例安装风嘴的四主桁分体式板桁和箱桁组合主梁的断面示意图。如图1-2所示，本发明安装风嘴的四主桁分体式板桁和箱桁组合主梁包括：两个双主桁结构 1、横向连接系3和两个风嘴2。 [0078] 以下分别对本实施例安装风嘴的四主桁分体式板桁和箱桁组合主梁的各个组成部分进行详细描述。 [0079] 参见图2，两个双主桁结构1呈水平对称布置，外侧均设置风嘴2。两个双主桁结构1通过设置于其间的横向连接系3连接为一体，作为整体受力结构，内侧水平净距离为B1，每个所述双主桁结构1的宽度为B2，高度为H。 [0080] 参见图3和图4，每个双主桁结构1包括边主桁4、中主桁5、公路桥面系6、铁路桥面系7、横联8。请参照图1至图5，所述边主桁4设置于双主桁结构1的外侧，外侧连接风嘴2；中主桁5设置于两双主桁结构1 相对的内侧，与横向连接系(3)连接；公路桥面系6及铁路桥面系7设置于边主桁4及中主桁5之间，且公路桥面系6位于铁路桥面系7之上，并在公路桥面系6下方设有横联8。其中： [0081] 边主桁4为带竖杆的华伦式桁架结构，包括边桁上弦9、边桁下弦10、边桁斜杆11、边桁竖杆12和边桁索梁锚固结构13；其中，边桁索梁锚固结构13设置在边桁上弦9、边桁斜杆11与边桁竖杆12连接处的顶部； [0082] 中主桁5为带竖杆的华伦式桁架结构，包括中桁上弦14、中桁下弦 15、中桁斜杆16、中桁竖杆17和中桁索梁锚固结构18；其中，中主桁5 所在的平面平行于边主桁4所在的平面，并且中主桁5的中桁上弦14、中桁下弦15、中桁斜杆16、中桁竖杆17分别平行于边主桁 4的边桁上弦9、边桁下弦10、边桁斜杆11、边桁竖杆12；中桁索梁锚固结构18设置在中桁上弦14、中桁斜杆16与中桁竖杆17连接处的顶部。 [0083] 公路桥面系6，连接于边桁上弦9和中桁上弦14；包括顶板19、纵梁 28、横梁29，其中顶板19为采用高强高韧性混凝土板20与钢桥面板21 组合的钢-高性能混凝土组合结构桥面；高强高韧性混凝土板20浇筑在钢桥面板21的顶部，二者之间通过剪力连接键22进行有效连接，其中，高强高韧性混凝土板20厚40～50mm，钢桥面板21厚14～20mm； [0084] 铁路桥面系7，连接于边桁下弦10和中桁下弦15；采用钢结构或钢- 混组合结构； [0085] 横联8为采用多个“△”水平连接的桁架式结构，其顶部与公路桥面系6连接，两侧分别与边桁竖杆12、中桁竖杆17连接。 [0086] 请参照图2和图3，两个风嘴2分别与两个双主桁结构1外侧连接，由上斜腹板和下斜腹板构成，上斜腹板和下斜腹板连接呈“<”形，风嘴水平宽度为B3，其上斜腹板23连接边桁上弦9，下斜腹板24连接边桁下弦 10，上斜腹板23与水平面的夹角α在20°～40°之间取值，下斜腹板24与水平面的夹角β在15°～35°之间取值。 [0087] 参见图1、图3和图6，所述横向连接系3包括上横梁25、下横梁26 和格栅结构27，其中，上横梁25设置在与中桁上弦14等高的水平面并且与中桁上弦14垂直，在中桁上弦14和中桁竖杆17的交汇处与中桁上弦 14连接；下横梁26设置在与中桁下弦15等高的水平面并且与中桁下弦15垂直，在中桁下弦15和中桁竖杆17的交汇处与中桁下弦15连接；格栅结构27呈水平设置，安装在两个相邻的上横梁25与中桁上弦14连接构成的矩形区间内。下横梁 26与中桁下弦15围成矩形区间内，也可以设置格栅结构27。格栅结构27的透风率ψ在40％～ 80％范围内取值；格栅结构27的表面采用吸声耗能材料，降低列车运行时产生的噪声对公路桥面上汽车驾驶人员的干扰。 [0088] 参见图1至图5，所述B1、B3、α、β和ψ等参数的确定准则为： [0089] a、桥梁的颤振临界风速大于颤振检验风速； [0090] b、桥梁涡振竖向及扭转振幅小于规范容许值； [0091] c、桥上列车运行安全性和舒适性指标满足规范要求； [0092] d、满足a、b和c的条件下，主梁的工程造价最低。 [0093] 本发明安装风嘴的四主桁分体式板桁和箱桁组合主梁刚度大，抗风性能好，列车运行安全性和舒适性好，公路桥面抗疲劳性能好，可保证列车全天候通行，适于用台风频发地区的大跨度公铁两用桥梁。 [0094] 至此，本发明第一实施例安装风嘴的四主桁分体式板桁和箱桁组合主梁介绍完毕。 [0095] 至此，已经结合附图对本发明实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。 [0096] 还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。 [0098] 除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本发明的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。 [0099] 再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。 [0100] 说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。 [0101] 类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。 [0102] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 |
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