一種整體式主索鞍及單塔自錨式斜拉?懸索體系橋梁的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種整體式主索鞍及單塔自錨式斜拉?懸索體系橋梁，其中：整體式主索鞍，包括鞍座，所述的鞍座的脊背上并排加工有三道索槽，中間為遠段索槽，遠端索槽兩側為中段索槽和近段索槽；所述的遠段索槽、中段索槽和近段索槽的槽底形線為圓弧，并且三條圓弧的三個圓心在同一條直線上，所述的三個圓心所在的直線為鞍座的入纜端的端面與豎直平面的相交線；所述的三條圓弧在入纜端的端面上的端點在豎直平面內的投影重合，遠段索槽的圓弧半徑大于中段索槽的圓弧半徑，中段索槽的圓弧半徑大于近段索槽的圓弧半徑。整體式非對稱設計，兼具轉索和散索的作用，各自路徑不重疊，為空間布置，為圓弧線，出鞍時曲線的切線和拉索的斜率一致。
【專利說明】
-種整體式主索較及單塔自貓式斜拉-懸索體系橋梁
技術領域
[0001 ]本發明屬于橋梁領域，設及主索鞍構造，具體設及一種整體式主索鞍及單塔自錯 式斜拉-懸索體系橋梁。
【背景技術】
[0002] 傳統的自錯式懸索橋將主纜錯固在主梁端部的錯固體上。一方面，由于主纜集中 在散索鞍之后的梁端區域散開，受主梁限制，散開空間有限，錯固位置分散程度遠小于地錯 式懸索橋，導致錯固體局部受力很大，錯下應力相當復雜。另一方面，由于主纜散開需要很 大的空間，梁端的錯固體體積需要增加很多，對美觀影響較大。
[0003] 近年來工程界出現一種將主跨主纜分散錯固在橋塔上，再通過邊跨斜拉索來保持 橋塔平衡的懸索橋體系。該種體系將主跨的懸索橋主纜通過散索套后散開成若干股，稱為 分纜，每根分纜采用傳統斜拉索的錯固形式錯固于橋塔上;邊跨采用斜拉索來保持橋塔平 衡，其上端錯固于橋塔，下端錯固于邊跨主梁。盡管該體系避免了傳統自錯式懸索橋梁段錯 固體的問題，但存在W下不足:①不具備主動調整能力:橋塔主跨面錯固分纜，其背面錯固 斜拉索，兩側的纜索錯固裝置背靠背，內部空間十分狹小，使得內部調整空間有限；當纜索 安裝出現誤差，塔內操作空間會限制操作，影響施工進度和成橋線形。②橋塔兩側錯固多根 纜索，局部受力復雜，不利于設計和計算，且較復雜的設計會導致橋塔笨重，影響橋梁的整 體美感;③該橋梁由于散索點的固定和拉索錯點的固定情況，對于纜索的調整只能局限在 纜索多次張拉的程度，單一的調整方式也是施工安全性的弊端;④散索套不易確定空間位 置，而主纜的線形與索力的匹配也直接影響全橋的受力，若有較大的施工偏差則會影響橋 梁的使用性能。

【發明內容】

[0004] 針對現有技術存在的不足，本發明的目的在于，提供一種整體式主索鞍及單塔自 錯式斜拉-懸索體系橋梁，針對單塔自錯式懸索橋，能夠提供一個既能散索又能轉索的整體 式主索鞍，可W使得散索點位置明確，進而減少施工誤差且省去單獨散索鞍或散索套。
[0005] 為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案予W實現：
[0006] -種整體式主索鞍，包括鞍座，所述的鞍座的脊背上并排加工有=道索槽，中間為 遠段索槽，遠端索槽兩側為中段索槽和近段索槽；
[0007] 所述的遠段索槽、中段索槽和近段索槽的槽底形線為圓弧，并且=條圓弧的=個 圓屯、在同一條直線上，所述的=個圓屯、所在的直線為鞍座的入纜端的端面與豎直平面的相 交線；
[000引所述的=條圓弧在入纜端的端面上的端點在豎直平面內的投影重合，遠段索槽的 圓弧半徑大于中段索槽的圓弧半徑，中段索槽的圓弧半徑大于近段索槽的圓弧半徑。
[0009] -種單塔自錯式斜拉-懸索協作橋梁，包括一個橋塔，橋塔一側為主跨主梁，橋塔 另一側為邊跨主梁，主跨主梁通過主跨吊索吊裝在主跨主纜上，邊跨主梁通過邊跨斜拉索 懸掛吊裝；
[0010] 所述的主跨主纜和邊跨斜拉索為一整根纜索，橋塔頂端安裝有整體式主索鞍，主 跨主纜通過整體式主索鞍后轉索并散索為多股邊跨斜拉索；
[0011] 所述的整體式主索鞍采用如上所述的整體式主索鞍。
[0012] 本發明還具有如下區別技術特征：
[0013] 所述的遠段索槽內的邊跨斜拉索在邊跨主梁上的錯固點與橋塔之間的距離大于 中段索槽，內的邊跨斜拉索在邊跨主梁上的錯固點與橋塔之間的距離;所述的中段索槽內 的邊跨斜拉索在邊跨主梁上的錯固點與橋塔之間的距離大于近段索槽，內的邊跨斜拉索在 邊跨主梁上的錯固點與橋塔之間的距離。
[0014] 如圖5所示：
[0018] 根據S角形的正弦定理：
[0015]
[0016]
[0017]
[0019]
[0020] 由上可知，所述的中段索槽的圓弧半徑與遠段索槽的圓弧半徑之間的關系為：
[0021]
[0022] 同理，所述的近段索槽的圓弧半徑與遠段索槽的圓弧半徑之間的關系為：
[0023]
[0024] 式中；
[0025] Ri為遠段索槽槽底形線的圓弧半徑，R2為中段索槽槽底形線的圓弧半徑，R3為近段 索槽槽底形線的圓弧半徑；
[0026] 01為遠段索槽邊跨出纜端最底層纜索與水平面夾角，02為中段索槽邊跨出纜端最 底層纜索與水平面夾角，03為近段索槽邊跨出纜端最底層纜索與水平面夾角；
[0027] XI為遠段索槽內最底層纜索邊跨錯固點距主塔的水平距離，X2為中段索槽內最底 層纜索邊跨錯固點距主塔的水平距離，X3為近段索槽內最底層纜索邊跨錯固點距主塔的水 平距離；
[00%] H為橋塔的高度；
[0029] d為邊跨主梁上的邊跨斜拉索的錯固點之間的間距；
[0030] L為最靠近橋塔的一根邊跨斜拉索的錯固點與橋塔之間的水平距離；
[0031] a+b+c = n；
[0032] n為通過整體式主索鞍的散索，主跨主纜散索成的邊跨斜拉索的股數；
[0033] a為近段索槽散索的邊跨斜拉索的根數；
[0034] b為中段索槽散索的邊跨斜拉索的根數；
[0035] C為遠段索槽散索的邊跨斜拉索的根數。
[0036] 所述的橋塔為H型橋塔，橋塔中間設有橫梁。
[0037] 所述的主跨主梁采用鋼箱梁，所述的邊跨主梁采用混凝±梁。
[0038] 所述的邊跨斜拉索的股數為7股。
[0039] 本發明與現有技術相比，具有如下技術效果：
[0040] (I)本發明的的主索鞍構造為整體式非對稱設計，兼具轉索和散索的作用，主纜入 鞍后分散成邊跨處斜拉索的數量，分散后的索纜按各自不同路徑經過索鞍，各自路徑不重 疊，為空間布置，為圓弧線，出鞍時曲線的切線和拉索的斜率一致。
[0041 ] (n)本發明的協作橋為單塔自錯式橋，將斜拉和懸索兩種方式結合在一起，并且 通過一根完整不間斷的主纜在橋塔一側懸索在橋塔另一側散索自錯的方式將斜拉和懸索 兩種方式結合在一起。
[0042] (虹）本發明所設計的的整體式索鞍的斜拉-懸索協作式橋梁，主纜經過索鞍的分 散成多個斜拉索，錯固于邊跨主梁上，運樣的設計可W分散一根主纜錯固于主梁所產生巨 大的集中力，時結構受力得到優化，固定于橋塔頂部的整體式索鞍成為空間固定的散索點， 利于施工中的控制，改善了主纜的穩定性。
[0043] (IV)本發明的橋型具有W下幾個優點：①邊跨分散的錯固形式，避免了梁端受力 的應力集中，減少了設計中不必要的麻煩，使得加勁梁外觀更輕盈;②多根斜拉索的設計使 得施工中對纜索的調整更方便，此類橋梁在施工中擁有張拉拉索和頂推索鞍的兩種方便的 施工調整方法，使得橋梁在施工中更安全可靠，達到目標的成橋狀態。；③中跨懸索加邊跨 斜拉的設計，組合了斜拉橋和懸索橋的視覺感受，更美觀。
【附圖說明】
[0044] 圖1是本發明的橋的整體結構示意圖。
[0045] 圖2是本發明的整體式主索鞍的主視結構示意圖。
[0046] 圖3是本發明的整體式主索鞍的右視結構示意圖。
[0047] 圖4是本發明的整體式主索鞍的俯視結構示意圖。
[004引圖5是整體式主索鞍的原理示意圖。
[0049] 圖6是成橋狀態下主跨鋼主梁的彎矩圖。
[0050] 圖7是成橋狀態下邊跨混凝±主梁的彎矩圖。
[0051] 圖8是施工中索鞍的預偏量變化歷程。
[0052] 圖9是施工中邊跨斜拉索的各索索力變化歷程。
[0053] 圖中各個標號的含義為：1-橋塔，2-主跨主梁，3-邊跨主梁，4-主跨吊索，5-主跨主 纜，6-邊跨斜拉索，7-整體式主索鞍，8-橋墳；（7-1)-鞍座，（7-2)-遠段索槽，（7-3)-中段索 槽，（7-4)-近段索槽，（7-5)-入纜端，（7-6)-出纜端。
[0054] W下結合附圖對本發明的具體內容作進一步詳細解釋說明。
【具體實施方式】
[0055] W下給出本發明的具體實施例，需要說明的是本發明并不局限于W下具體實施 例，凡在本申請技術方案基礎上做的等同變換均落入本發明的保護范圍。
[0化6] 實施例1:
[0057]遵從上述技術方案，如圖2至圖4所示，本實施例給出一種整體式主索鞍，包括鞍座 7-1，鞍座7-1的脊背上并排加工有S道索槽，中間為遠段索槽7-2，遠端索槽7-2兩側為中段 索槽7-3和近段索槽7-4;
[005引所述的遠段索槽7-2、中段索槽7-3和近段索槽7-4的槽底形線為圓弧，并且S條圓 弧的=個圓屯、在同一條直線上，所述的=個圓屯、所在的直線為鞍座7-1的入纜端7-5的端面 與豎直平面的相交線；
[0059] 所述的S條圓弧在入纜端7-5的端面上的端點在豎直平面內的投影重合，遠段索 槽7-2的圓弧半徑大于中段索槽7-3的圓弧半徑，中段索槽7-3的圓弧半徑大于近段索槽7-4 的圓弧半徑。
[0060] 實施例2:
[0061] 遵從上述技術方案，如圖2至圖4所示，本實施例給出一種整體式主索鞍，主體結構 與實施例1相同，區別僅僅在于，本實施例中：
[0062] 所述的中段索槽7-3的圓弧半徑與遠段索槽7-2的圓弧半徑之間的關系為：
[0063]
[0064] 所述的近段索槽7-4的圓弧半徑與遠段索槽7-2的圓弧半徑之間的關系為：
[00 化]
[0066] 式中；
[0067] Ri為遠段索槽槽底形線的圓弧半徑，R2為中段索槽槽底形線的圓弧半徑，R3為近段 索槽槽底形線的圓弧半徑；
[006引H為橋塔的高度；
[0069] d為邊跨主梁上的邊跨斜拉索的錯固點之間的間距；
[0070] L為最靠近橋塔的一根邊跨斜拉索的錯固點與橋塔之間的水平距離；
[0071] a+b+c = n；
[0072] n為通過整體式主索鞍的散索，主跨主纜散索成的邊跨斜拉索的股數；
[0073] a為近段索槽散索的邊跨斜拉索的根數；
[0074] b為中段索槽散索的邊跨斜拉索的根數；
[0075] C為遠段索槽散索的邊跨斜拉索的根數。
[0076] 實施例3:
[0077] 遵從上述技術方案，如圖1所示，本實施例給出一種單塔自錯式斜拉-懸索協作橋 梁，包括一個橋塔1，橋塔1 一側為主跨主梁2,橋塔1另一側為邊跨主梁3,主跨主梁2通過主 跨吊索4吊裝在主跨主纜5上，邊跨主梁3通過邊跨斜拉索6懸掛吊裝；
[0078] 所述的主跨主纜5和邊跨斜拉索6為一整根纜索，橋塔1頂端安裝有整體式主索鞍 7，主跨主纜5通過整體式主索鞍7后轉索并散索為多股邊跨斜拉索6;
[0079] 所述的整體式主索鞍7的結構與實施例1或實施例2中的結構相同。
[0080] 遠段索槽7-2內的邊跨斜拉索6在邊跨主梁3上的錯固點與橋塔1之間的距離大于 中段索槽7-3內的邊跨斜拉索6在邊跨主梁3上的錯固點與橋塔1之間的距離;所述的中段索 槽7-3內的邊跨斜拉索6在邊跨主梁3上的錯固點與橋塔1之間的距離大于近段索槽7-4內的 邊跨斜拉索6在邊跨主梁3上的錯固點與橋塔1之間的距離。
[0081 ]橋塔1為H型橋塔，橋塔1中間設有橫梁。
[0082] 主跨主梁2采用鋼箱梁，邊跨主梁3采用混凝±梁。
[0083] 邊跨斜拉索6的股數為7股。
[0084] W某橋梁為例，基本跨徑布置為：（69+138)m，主跨為懸索布置，邊跨為斜拉索布 置。主跨：14根吊索，吊索間距為9m，9m+l 3 X 9m+12m = 138m;邊跨:7根斜拉索，間距為8m，8m+ 6 X 8m+13m = 6 9m;橋塔：7 6m，其中墳 2 Om。
[00化]所采用整體式索鞍長6.1m，寬2.1m，高2.97m。目1 = 76.931。、目2 = 62.622。、目3 = 51.216°，R1 =4.5m、R2 = 2.935m、R3 = 2.267m。
[0086] 圖6是成橋狀態下主跨混凝±鋼主梁的彎矩圖，圖7是成橋狀態下主跨混凝±主梁 的彎矩圖，從圖中可W看出：該橋型在成橋后受力滿足要求。
[0087] 本橋梁施工時采用頂推索鞍技術保證橋塔受力穩定，當施工中橋梁受力和線形出 現頂推索鞍無法調整的情況時可采用張拉邊跨拉索來調整施工誤差。
[0088] 施工方法為先梁后纜，掛主纜后，吊索從邊向中逐次張拉到無應力長度。
[0089] 斜拉索編號:從橋塔向橋臺分別為1#~7#
[0090] 吊索編號:從橋塔向跨中分別為1 #~14#
[0091] 施工中索鞍的預偏量變化過程如圖8所示，施工中邊跨斜拉索的索力變化如圖9所 示。在本類型橋梁施工中可W看出，整個施工中拉索的受力良好，索鞍的預偏量合理，在正 常施工中可W理想的無偏差完成橋梁的施工達到設計狀態，當出現施工中偶然因素影響橋 梁成橋線形時可W在施工中進行斜拉索的補張拉對橋梁受力和線形進行調整達到設計目 標狀態。
[0092] 可見本橋梁在成橋時減小了主梁的應力集中，在施工中對橋梁的準確施工性有雙 重保障。
【主權項】
1. 一種整體式主索鞍，包括鞍座(7-1 )，其特征在于:鞍座(7-1)的脊背上并排加工有三 道索槽，中間為遠段索槽(7-2)，遠端索槽(7-2)兩側為中段索槽(7-3)和近段索槽(7-4); 所述的遠段索槽(7-2)、中段索槽(7-3)和近段索槽(7-4)的槽底形線為圓弧，并且三條 圓弧的三個圓心在同一條直線上，所述的三個圓心所在的直線為鞍座(7-1)的入纜端(7-5) 的端面與豎直平面的相交線； 所述的三條圓弧在入纜端（7-5)的端面上的端點在豎直平面內的投影重合，遠段索槽 (7-2)的圓弧半徑大于中段索槽(7-3)的圓弧半徑，中段索槽(7-3)的圓弧半徑大于近段索 槽(7-4)的圓弧半徑。2. 如權利要求1所述的整體式主索鞍，其特征在于:所述的中段索槽(7-3)的圓弧半徑 與遠段索槽(7-2)的圓弧半徑之間的關系為：所述的近段索槽(7-4)的圓弧半徑與遠段索槽(7-2)的圓弧半徑之間的關系為：式中： R:為遠段索槽槽底形線的圓弧半徑，R2為中段索槽槽底形線的圓弧半徑，R3為近段索槽 槽底形線的圓弧半徑； H為橋塔的高度； d為邊跨主梁上的邊跨斜拉索的錨固點之間的間距； L為最靠近橋塔的一根邊跨斜拉索的錨固點與橋塔之間的水平距離； a+b+c = n; n為通過整體式主索鞍的散索，主跨主纜散索成的邊跨斜拉索的股數； a為近段索槽散索的邊跨斜拉索的根數； b為中段索槽散索的邊跨斜拉索的根數； c為遠段索槽散索的邊跨斜拉索的根數。3. -種單塔自錨式斜拉_懸索協作橋梁，包括一個橋塔（1)，橋塔（1)一側為主跨主梁 (2)，橋塔（1)另一側為邊跨主梁(3)，主跨主梁(2)通過主跨吊索(4)吊裝在主跨主纜(5)上， 邊跨主梁(3)通過邊跨斜拉索(6)懸掛吊裝，其特征在于： 所述的主跨主纜(5)和邊跨斜拉索(6)為一整根纜索，橋塔（1)頂端安裝有整體式主索 鞍(7)，主跨主纜(5)通過整體式主索鞍(7)后轉索并散索為多股邊跨斜拉索(6); 所述的整體式主索鞍(7)包括鞍座(7-1)，鞍座(7-1)的脊背上并排加工有三道索槽，中 間為遠段索槽(7-2)，遠端索槽(7-2)兩側為中段索槽(7-3)和近段索槽(7-4); 所述的遠段索槽(7-2)、中段索槽(7-3)和近段索槽(7-4)的槽底形線為圓弧，并且三條 圓弧的三個圓心在同一條直線上，所述的三個圓心所在的直線為鞍座(7-1)的入纜端(7-5) 的端面與豎直平面的相交線； 所述的三條圓弧在入纜端（7-5)的端面上的端點在豎直平面內的投影重合，遠段索槽 (7-2)的圓弧半徑大于中段索槽(7-3)的圓弧半徑，中段索槽(7-3)的圓弧半徑大于近段索 槽(7-4)的圓弧半徑。4. 如權利要求3所述的單塔自錨式斜拉-懸索協作橋梁，其特征在于:所述的遠段索槽 (7-2)內的邊跨斜拉索(6)在邊跨主梁(3)上的錨固點與橋塔（1)之間的距離大于中段索槽 (7-3)內的邊跨斜拉索(6)在邊跨主梁(3)上的錨固點與橋塔(1)之間的距離;所述的中段索 槽(7-3)內的邊跨斜拉索(6)在邊跨主梁(3)上的錨固點與橋塔（1)之間的距離大于近段索 槽(7-4)內的邊跨斜拉索(6)在邊跨主梁(3)上的錨固點與橋塔(1)之間的距離。5. 如權利要求3所述的單塔自錨式斜拉-懸索協作橋梁，其特征在于:所述的中段索槽 (7-3)的圓弧半徑與遠段索槽(7-2)的圓弧半徑之間的關系為：所述的近段索槽(7-4)的圓弧半徑與遠段索槽(7-2)的圓弧半徑之間的關系為：式中： R:為遠段索槽槽底形線的圓弧半徑，R2為中段索槽槽底形線的圓弧半徑，R3為近段索槽 槽底形線的圓弧半徑； H為橋塔的高度； d為邊跨主梁上的邊跨斜拉索的錨固點之間的間距； L為最靠近橋塔的一根邊跨斜拉索的錨固點與橋塔之間的水平距離； a+b+c = n; n為通過整體式主索鞍的散索，主跨主纜散索成的邊跨斜拉索的股數； a為近段索槽散索的邊跨斜拉索的根數； b為中段索槽散索的邊跨斜拉索的根數； c為遠段索槽散索的邊跨斜拉索的根數。6. 如權利要求3所述的單塔自錨式斜拉-懸索協作橋梁，其特征在于:所述的橋塔（1)為 H型橋塔，橋塔(1)中間設有橫梁。7. 如權利要求3所述的單塔自錨式斜拉-懸索協作橋梁，其特征在于:所述的主跨主梁 (2)采用鋼箱梁，所述的邊跨主梁(3)采用混凝土梁。8. 如權利要求3所述的單塔自錨式斜拉-懸索協作橋梁，其特征在于:所述的邊跨斜拉 索(6)的股數為7股。
【文檔編號】E01D19/14GK106049278SQ201610364144
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月27日
【發明人】王曉明, 雷曉鳴, 冉衠, 張巨有, 張桉, 喬興昇, 馮加利, 周峰琦
【申請人】長安大學