一种山区农村人行预应力索桁架桥

摘要

本发明公开了一种山区农村人行预应力索桁架桥，包括：索桁架和设于索桁架两端的索塔、锚碇以及与桥面索连接在一起的桥面系；索桁架包括桥面索和通过索塔悬挂于桥面系上方的主索、吊杆，桥面系包括多根相互平行设置的横梁，相邻两根横梁通过若干纵梁连接；横梁两端通过吊杆分别与主索连接；横梁底部设有与主索对应的桥面索，桥面索两端分别与索桁架两端的索塔基础相锚固。本发明将传统的人行索桥改为空间索桁受力结构，桥面索因吊杆调节呈上拱线形，相当于施加了初始应力，因而全桥具有更好的整体性、刚度和抗倾覆稳定性。

说明书

技术领域

本发明属于交通桥梁工程技术领域，具体涉及一种山区农村人行预应力索 桁架桥。

背景技术

我国山区面积约663.6万平方公里，占全国国土总面积的69.1%。大部分山 区山高谷深、地势险要，人口散居，交通落后。为了解决出行问题，目前出现 了很多结构简单、跨越能力强，易于施工、经济适用的各式人行索桥。在山区 交通中，人行索桥作为一种常见的桥型，以建造的工期短、造价低而得到大量 的应用。

索桥是一种由柔性索承重的细长结构，用于它具有跨越能力大、造型美观 等独特的优点，特别适合于在峡谷、海湾和对通航能力有较高要求的河流等不 易建墩的桥址建桥，因而被人们越来越多的采用，跨度也在逐渐的增大；跨度 增大的一个直接后果就是其整桥的刚度降低、柔性增大，这对结构的环境振动 不利。设计和建造大跨度索桥的关键就是要解决好整体静动力学和抗风能力问 题，即要控制主塔所承受的最大弯矩和提高桥梁整体的动力特性。索桥的固有 振动特性比较复杂，悬索和拉索使侧向弯曲和扭转强烈的耦合在一起，因而存 在有侧向弯曲为主兼有扭转的振型，或者扭转为主兼有侧向弯曲的振型；索桥 的力学本质是利用悬索和吊杆作为桥面的弹性支承。随着跨度的增大，整个桥 体表现出极大的柔性，其力学性能特别是动力学特性非常复杂。

索桥的动力特性，最重要的有三个振型：（1）面外侧向弯曲振型（2）一阶 对称竖向弯曲振型；（3）反对称扭转振型；其中前两种振型对地震反应最为重 要，后一种振型是风振中主要考虑的振型。由于索桥为柔性结构，对于大跨度 索桥其柔性更为突出，传统的索桥为一上拉索（由悬索及吊杆组成）结构体系， 其力学特征表现为：

（1）整体结构体系在面内的竖向具有很大的柔性，抗风能力较弱，各阶自 振频率较低；

（2）主塔所承受的面内弯矩较大，这主要由于桥面的柔性所引起的；

（3）桥面在面外的侧向弯曲和扭转比较明显，主要是由于桥面抗侧弯和扭 转的能力较弱所致；

（4）悬索和吊杆自身的局部横向振动明显。

近年来，国内外人行索桥安全事故频发，造成大量人员伤亡。最主要的原 因是目前的人行索桥结构不合理：大多数人行索桥刚度过小，在活载等激励下 结构变形过大，上下振动或左右晃动明显；因桥宽较窄，梁体自重轻且自身刚 度弱，悬浮在空中的桥面系自身稳定能力差，在较大风荷载或者横向偏载时容 易引起桥面倾覆。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种山区农村人行预 应力索桁架桥，在传统人行索桥基础上，采用索桁架设置改变原有索桥传力路 径，在工程造价增加很少的情况下，能够解决大风荷载或横向偏载时桥面易倾 覆的现象，可实现山区人行索桥安全、适用、经济、耐久的目的。

一种山区农村人行预应力索桁架桥，包括：索桁架、索塔和桥面系；

所述的索桁架包括桥面系和通过索塔悬挂于桥面系上方的主索，所述的桥 面系包括多根相互平行设置的横梁，相邻两根横梁通过若干纵梁连接；所述的 横梁两端通过吊杆分别与主索连接；

所述的桥面系底部设有与主索对应的两根桥面索，所述的桥面索两端分别 与索桁架两端的索塔基础相锚固，所述的索塔顶部设有滚轴索鞍。

所述的吊杆通过U型螺栓与横梁相连接。

所述的横梁两端分别与两根桥面索相连接。

所述的主索和桥面索采用热镀锌钢丝绳。

所述的吊杆采用热轧钢筋或钢绞线。

所述的横梁通过U型螺栓与桥面索相连接。

所述的主索两端通过桩柱式或组合式锚碇锚固。

所述的桥面索的无应力长度等于索桥跨度加上两端锚固长度之和。

所述的桥面索的矢跨比为1/50～1/30。

所述的主索的矢跨比为1/12～1/8。

所述的索塔采用钢筋混凝土框架结构。

所述的桥面系上铺设有桥面板，所述的桥面板采用镂空薄钢板。

所述的横梁和纵梁采用槽钢等型钢。

所述的锚碇采用桩柱式锚碇为钢筋混凝土抗拔桩。

所述的锚碇采用组合式锚碇为钢筋混凝土桩置于重力式混凝土砌体之中。

所述的主索截面积为桥面索截面积的1.0～2.5倍；优选地为2.0倍，结构受 力安全且经济指标较优。

本发明索桁架桥的传力系统由主索、桥面索及吊杆组成，通过在空载下张 拉桥面索从而形成一个类似桁架结构的空间体系。本发明将传统的人行索桥改 为空间索桁受力结构，桥面索因吊杆调节呈上拱线形，相当于施加了初始应力； 本发明人行索桥，主索承担大部分的竖向荷载，并传递给锚碇；在满载状态下， 桥面索始终保持一定的应力。主索和桥面索通过吊杆作用相互作用，具有更好 的整体性、刚度和稳定性，因此能更好地抵抗振动的作用，提高了索桥整体动 力学特性、抗风能力和抗倾覆能力；同时，本发明因充分利用钢丝绳等高强度 材料抗拉性能好的特性，可以节省造价。

附图说明

图1为本发明索桁架桥的结构示意图。

图2为本发明索桁架桥的俯视图。

图3为图2沿AA’方向的截面图。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技 术方案进行详细说明。

如图1～3所示，一种山区农村人行预应力索桁架桥，包括：索桁架1、索塔 2和桥面系10；索塔2顶部设有滚轴索鞍。

索桁架1包括桥面系10和通过索塔2悬挂于桥面系10上方的主索11，桥 面系10上铺设有桥面板6，桥面系10包括多根相互平行设置的横梁13，相邻 两根横梁13通过若干纵梁14连接；横梁13两端通过吊杆12分别与主索11连 接；桥面系10底部设有与主索11对应的两根桥面索3，桥面索3两端分别与索 塔基础20相锚固。

本实施方式中，吊杆12通过螺旋U型螺栓5与横梁13相连接；横梁13两 端通过U型螺栓5分别与两根桥面索3相连接；主索11两端通过两侧锚碇4锚 固；锚碇4采用桩柱式或组合式锚碇。

桥面索3的无应力长度等于索桥跨度加上两端锚固长度之和，桥面索3的 矢跨比为1/50～1/30，主索11的矢跨比为1/8～1/12；主索11截面积为桥面索3 截面积的1.0～2.5倍。

主索11和桥面索3采用热镀锌钢丝绳，吊杆12采用热轧钢筋。索塔2采 用钢筋混凝土门式结构，横梁13和纵梁14采用槽钢，桥面板6采用镂空薄钢 板。

本实施方式的施工流程为：索塔基础及索塔、锚碇施工→主索吊装及架设 →架设桥面索→安装桥面系及吊杆→安装桥面系余下部分→调索→防护→清理 场地。

桥面系包含横梁、纵梁、桥面索、桥面镂空薄钢板、栏杆等。桥面系的安 装顺序为先跨中后两端。安装桥面索和桥面系，可利用悬挂在主索上的工作平 台。

主索及桥面索的形状与受力密切相关，除要保证索力准确外还应尽量保证 节点坐标准确，为此，在预应力索桁架安装及调索时采用索长和索力双控制。 施工过程中以索力控制为主，索长控制为辅，索长控制通过节点空间坐标来反 映。调索工作分初步调整及最终调整两个阶段。初步调整目的是使各索均参与 受力，节点基本到位；最终调整目的是达到设计索力和空间线形。

本实施方式空间预应力索桁架桥结构具有如下的特点：使用热镀锌钢丝绳 等材料，解决结构的防腐问题；施加拉力后的空间索桁架，使结构的侧向刚度、 竖向刚度均有极大的提高，极大改善了结构自身的抗稳定能力；桥面采用镂空 的薄钢板，大大改善了结构抗风稳定性；预应力索桁架空间索面外观轻盈，桥 上、桥下畅通无阻。该类桥梁适合于跨越深谷、激流以及风景旅游区的轻荷载 桥梁应用。该桥结构新颖，造型独特，技术含量大，成桥后桥梁具有较大的强 度、刚度以及良好的耐久性、抗风稳定性和抗倾覆稳定性。