[0001] 本发明涉及一种立转式开启桥的设计方法，尤其涉及一种增大立转式开启桥开启角的方法。

[0002] 对于有大吨位船舶通过的水域环境中的立转式开启桥，要求桥梁开启时桥体的任何部位都不能侵入航道净空，要保证航道的通航净宽，通常有两种途径，一种是增加开启桥的悬臂长度，也就是跨径，这就增大了工程的规模，对动力系统和控制系统也提出了更高的要求；另一种方法是增大开启桥开启角度α，因为开启角度越大，越能保证通航净宽。现在为止，有记载的最大开启角度固定轴竖转式开启桥为伦敦塔桥，其最大开启角度为83度，而世界上最大跨度的竖转开启桥西班牙巴塞罗那桥的最大开启角度为75度，世界上最大跨度的单页竖转开启桥美国圣查尔斯铁路桥的最大开启角度仅为60度。尤其是在开启机械系统功率一定的情况下，如何增大开启桥悬臂开启角度是一个极大的挑战，如果开启角度不够，则整个桥梁体系无法成立，将不能满足河道通航的要求。

[0003] 针对上述现有技术，本发明提供一种增大立转式开启桥开启角的方法，为使开启桥开启角度尽量大，通过一系列措施调整开启桥主梁的质心轴与开启机械的枢轴重合，这样在开启到最大角度时，主梁迎风面所受风荷载产生的弯矩对机械的作用最小，从而通过增加开启角度来增宽通航净宽，同时，减少机械设备所承受的摩擦力和风荷载等活荷载产生的弯矩值，不但减少了机械损耗，节省了能源，而且还保证了开启桥的行车安全。 [0004] 为了解决上述技术问题，本发明一种增大立转式开启桥开启角的方法是在开启桥处于未开启状态时，整桥的侧立面作为XOY坐标面，枢轴中心作为坐标原点，将整桥质心设置在枢轴中心的正上方。

[0005] 进一步讲，本发明增大立转式开启桥开启角的方法中，

[0006] 由下列方程组得出整桥质心的纵坐标Y：

[0007]

[0008] 式中：X为整桥质心的横坐标，X=0；i=1、2、3、4，Gi分别为整桥的箱梁、桥面铺装、枢轴和配重箱的重量，Xi分别为整桥的箱梁、桥面铺装、枢轴和配重箱质心的横坐标，Yi分别为整桥的箱梁、桥面铺装、枢轴和配重箱质心的纵坐标；由此得出，整桥质心相对枢轴中心的偏心距e=Y。

[0009] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0010] 由于城市道路交通要求桥梁在六级风范围内可以开启，所以立转式开启角的悬臂开启到最大角度时需要克服六级风的风荷载作用，此时为限制开启桥最大开启角度的最不利工况。本发明在开启桥液压动力系统额定功率一定的情况下，为使开启桥开启角度尽量大，通过调整开启桥整桥质心与开启系统的转动轴承重合，并将整桥质心设置在枢轴中心的正上方。这样在开启到最大角度时，整桥（主要包括箱梁、桥面铺装、枢轴和配重箱）自重产生抵抗风荷载的弯矩，这样就减小了对开启桥液压动力系统额定功率的要求，起到增加开启桥开启角度的作用，同时也减少了液压动力系统机械损耗，节省了能源，保证了开启桥开启状态的安全。附图说明

[0011] 图1是本发明研究实例立转式开启桥主桥结构示意图；

[0012] 图2是本发明研究实例立转式开启桥开启85°时风速矢量图。

[0013] 图3是本发明研究实例立转式开启桥开启最大角度状态下开启桥重心位置示意图；

[0014] 图4是本发明研究实例立转式开启桥未开启状态下开启桥重心位置示意图； [0015] 图中：1-箱梁，2-桥面铺装，3-枢轴，4-配重箱，α-开启角。

[0016] 下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

[0017] 如图1所示，本发明一种增大立转式开启桥开启角的方法，其主要思路是：在开启桥处于未开启状态时，整桥的侧立面作为XOY坐标面，枢轴中心作为坐标原点，将整桥质心设置在枢轴中心的正上方。

[0018] 由下列方程组得出整桥质心的纵坐标Y：

[0019]

[0020] 式中：X为整桥质心的横坐标，X=0；i=1、2、3、4，Gi分别为整桥的箱梁、桥面铺装、枢轴和配重箱的重量，Xi分别为整桥的箱梁、桥面铺装、枢轴和配重箱质心的横坐标， Yi分别为整桥的箱梁、桥面铺装、枢轴和配重箱质心的纵坐标；从而得出整桥质心相对枢轴中心的偏心距e=Y。

[0021] 研究材料：

[0022] 研究材料是一固定转轴式液压立转式开启桥。主要由整桥，薄壁墩基础，主轴承机构，销齿轨，跨中及尾部销锁装置，液压动力系统，控制系统等组成。当主桥起升时，控制系统控制销锁收缩，整桥进入可开启状态，控制液压系统油缸收缩，轴承转动，给整桥产生抬升扭矩，开启桥稳定起升；当主桥下放时，控制系统控制液压油缸伸长，轴承转动，给整桥产生下放扭矩，使得主桥可以平稳下放；当主桥下降至水平，落至桥墩时，依靠薄壁墩基础上的压重系统，钢梁尾端设置的缓冲器有效减缓钢桥下降的冲击力，并且钢梁尾端与压重系统上的尾销锁紧，整个开启桥的开启和下放过程结束。此种开启桥开启时风荷载随开启角度的增大而增大，液压动力系统的额定功率值也需随之增加。

[0023] 该开启桥位于的河段有大吨位船舶通过，要求桥梁开启时桥体的任何部位都不能侵入航道净空。通航净宽的计算公式：H=2L-2L*cos（α）；其中，H为航道的通航净宽，L为开启桥单侧悬臂长度，α为开启桥开启角度。由公式可以得出，要保证航道的通航净宽H，有两种途径，一种是增加开启桥的悬臂长度，也就是跨径，这就增大了工程的规模，增加了工程投资，并受到现阶段开启桥的液压动力系统和控制系统技术水平的限制。另一种方法是增大开启桥开启角度α；开启角度越大，越能保证通航净宽。根据对立转式开启桥液压动力系统的最大输出功率的调研，此桥合理的桥梁净跨径不能大于68米。由此计算出开启最大时，该开启桥悬臂开启角度达到85度。到现在为止有记载的最大开启角度固定轴竖转式开启桥为伦敦塔桥，其最大开启角度为83度，而世界上最大跨度的竖转开启桥西班牙巴塞罗那桥的最大开启角度为75度，世界上最大跨度的单页竖转开启桥美国圣查尔斯铁路桥的最大开启角度仅为60度。所以开启桥悬臂开启角度达到85度是一个极大的挑战，但是如果开启角度达不到85度，则整个桥梁体系无法成立，将不能满足河道通航的要求。 [0024] 首先，找出最不利荷载作用下，液压动力系统所需承受的弯矩值。城市道路交通要求桥梁在六级风范围内可以开启，所以悬臂开启到最大角度时需要克服六级风的风荷载作用，此时为限制开启桥最大开启角度的最不利工况。而通过计算得出的克服此时荷载弯矩M所需的功率以现有的立转式开启桥液压动力系统技术条件难以实现。因此，本发明通过计算调整整桥的质心，使整桥在开启时有利于悬臂开启角度达到85度的构造方式，使工程得以顺利进行。

[0025] 如图4所示，在未开启状态，开启桥在双悬臂状态下，整桥跨中侧受到的自身重力比 整桥梁端侧受到的自身重力要大，整个结构的重心不在枢轴处，而是在靠近主梁跨中侧，这样液压动力系统驱动枢轴转动使开启桥开启时要克服结构重心对枢轴的弯矩做功。通过在桥梁尾端配置金属配重块进行配重，计算调整整桥的质心，使此时整桥的质心位于枢轴上方，并与枢轴轴中线重合，与枢轴中心的偏心距值为e，该开启桥偏心距e值计算如下：

[0026] 首先，设在开启桥处于未开启状态时，整桥的侧立面作为XOY坐标面，枢轴中心作为坐标原点，先在cad软件中建立整桥三维模型，再把整桥各个部分（包括箱梁、桥面铺装、配重箱和枢轴）的质心坐标和重量从图形文件中查出，如下表所示，其中x和y为箱梁、桥面铺装、配重箱和枢轴各部分质心的坐标值，G分别为箱梁、桥面铺装、配重箱和枢轴各部分的重量。由整桥质心横坐标计算公式X=ΣGi*Xi/ΣGi，整桥质心的横坐标值X调整至于与枢轴中线重合，即X=0，将数据带入公式ΣGi*Xi/ΣGi=0，可得出配重箱重量为7831kN。再由质心纵坐标计算公式Y=ΣGi*Yi/ΣGi，将箱梁、桥面铺装、轴承和配重箱的相关数据带入，可得到整桥质心的纵坐标值Y=0.278米，因为是以枢轴中心为坐标原点，所以整桥质心的纵坐标值Y值，即为该开启桥偏心距e=0.278米，整桥质心是设置在枢轴中心的正上方。 [0027]整桥质心的计算 x(m) y(m) G(kN)
1 箱梁 10.462 0.922 5869
2 桥面铺装 13.900 2.120 710
3 配重箱 -9.100 -0.351 7831
4 枢轴 0.000 0.000 550
整桥质心 0.000 0.278 14958

[0028] 当开启桥逐渐开启：在刚开启时，整桥在枢轴轴中线两端基本平衡，液压动力系统驱动枢轴转动，只需克服传动过程中的摩擦力做功；当转动角度逐渐增大，整桥受到的风荷载逐渐增大，图2示出了该开启桥开启85°时风速矢量图，由公式M0=e*sin（α）*G（其中M0为整桥自重产生的弯矩，e为整桥质心与枢轴中心的偏心值，α为开启桥开启角度，G为整桥自重）计算得出整桥自重产生的弯矩，如图3所示，由于结构的质心设置于结构受风载一侧，对枢轴中心产生逆时针方向弯矩，从而对风荷载对枢轴中心产生的顺时钟弯矩产生了抵消作用，这对液压动力系统是有利的，提高了液压动力系统的功率。经过分析得出，该具有85度开启角的开启桥其迎风面的风压力系数最大，背风面接近于不受风作 用；受风面风压系数沿桥体的差别逐渐增大，且迎风面中部的风压力系数明显大于（底部和顶部）两侧风压力系数；随着开启角度的增加，开启桥迎风面的风压力系数明显增大，背风面桥面风压力系数较小。

[0029] 综上，本研究实例通过调整整桥质心与枢轴中心的相对位置关系，即将整桥质心设置在枢轴中心的正上方，使立转式开启桥的液压动力系统的功率满足了开启桥最大开启角度的最不利工况的需要，保证了开启桥钢梁的开启角度达到85度，减小了传动系统所需的功率，减少了机械损耗，并且提高了开启桥在开启状态下的安全储备。 [0030] 尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。