大跨度斜拉桥的局部重力刚度和辅助斜拉索结构体系

摘要

大跨度斜拉桥的局部重力刚度和辅助斜拉索结构体系，以显著提高大跨斜拉桥的整体竖向、横向和抗扭刚度,显著减小桥塔在活载作用下的纵向弯矩，极大增强了该结构体系在高速铁路大跨斜拉桥领域的广泛适用性。包括桥塔、中跨主梁和常规斜拉索，常规斜拉索的上、下两端分别与桥塔、中跨主梁锚固连接，其特征是：所述中跨主梁由中跨跨中区主梁和两侧的普通标准段主梁构成，中跨跨中区主梁上设置局部压重，并设置若干组上端与桥塔锚固连接的辅助中跨斜拉索、辅助边跨斜拉索。辅助中跨斜拉索的下端与中跨跨中区主梁锚固连接，辅助边跨斜拉索与辅助中跨斜拉索相背，其下端在边跨侧与普通标准段主梁锚固连接。

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁，特别涉及一种应用于大跨度铁路斜拉桥的局部重力刚度和辅助斜拉索的新式结构体系。

背景技术

斜拉桥在国内外得到快速发展，数量越来越多，跨度越来越大，结构形式呈多样化。斜拉桥是一种柔性结构，高速铁路对桥梁的竖向变形要求较高，斜拉桥竖向刚度主要靠拉索、桥塔和主梁来提供，其中拉索对竖向刚度的贡献相对较大。对于高速铁路大跨斜拉桥，尤其是大跨度公铁两用桥钢箱斜拉桥，如何有效提高斜拉桥整体竖向刚度，成为大跨斜拉桥设计的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种大跨度斜拉桥的局部重力刚度和辅助斜拉索结构体系，以显著提高大跨斜拉桥的整体竖向、横向和抗扭刚度,显著减小桥塔在活载作用下的纵向弯矩，极大增强了该结构体系在高速铁路大跨斜拉桥领域的广泛适用性。

本发明解决以上技术问题所采用的技术方案如下：

本发明大跨度斜拉桥的局部重力刚度和辅助斜拉索结构体系，包括桥塔、中跨主梁和常规斜拉索，常规斜拉索的上、下两端分别与桥塔、中跨主梁锚固连接，其特征是：所述中跨主梁由中跨跨中区主梁和两侧的普通标准段主梁构成，中跨跨中区主梁上设置局部压重，并设置若干组上端与桥塔锚固连接的辅助中跨斜拉索、辅助边跨斜拉索；辅助中跨斜拉索的下端与中跨跨中区主梁锚固连接；辅助边跨斜拉索与辅助中跨斜拉索相背，其下端在边跨侧与普通标准段主梁锚固连接。

本发明的有益效果是，在常规斜拉桥跨中附近局部压重，再在跨中和边跨末端设若干组辅助斜拉索，可以显著提高桥梁整体竖向刚度、横向刚度和扭转刚度，减小轨道左右轨面高差，满足高速铁路大跨度斜拉桥行车刚度的要求，克服了常规箱梁斜拉桥体系刚度较小的缺点；设置辅助索以后，桥塔在列车活载作用下的纵向弯矩显著减小；可以通过设置不同长度的压重段和与之对应的辅助索来灵活调整桥梁整体竖向刚度，极大增强了该箱型主梁在铁路，城市轨道交通和公铁两用大跨度斜拉桥领域的广泛适用性。相对桁梁来讲，采用箱型主梁可以节约主梁的材料，减少了钢材用量，经济和社会意义显著。

附图说明

本说明书包括如下三幅附图：

图1是本发明大跨度斜拉桥的局部重力刚度和辅助斜拉索结构体系的立面图；

图2是沿图1中A-A线的剖面图；

图3是沿图1中B-B线的剖面图；

图中示出构件、部位名称及所对应的标记：桥塔1、中跨跨中区主梁2、普通标准段主梁3、常规斜拉索4、辅助中跨斜拉索5、辅助边跨斜拉索6、局部压重7。

具体实施方式

下面结合附图和实施示例对本发明专利进一步说明。

参照图1、图2和图3，本发明大跨度斜拉桥的局部重力刚度和辅助斜拉索结构体系，包括桥塔1、中跨主梁和常规斜拉索4，常规斜拉索4的上、下两端分别与桥塔1、中跨主梁锚固连接。所述中跨主梁由中跨跨中区主梁2和两侧的普通标准段主梁3构成，中跨跨中区主梁2上设置局部压重7，并设置若干组上端与桥塔1锚固连接的辅助中跨斜拉索5、辅助边跨斜拉索6。辅助中跨斜拉索5的下端与中跨跨中区主梁2锚固连接；辅助边跨斜拉索6与辅助中跨斜拉索5相背，其下端在边跨侧与普通标准段主梁3锚固连接。即在常规大跨斜拉桥跨中进行局部压重7，在压重区域设置若干组中跨跨中区主梁2，辅助中跨斜拉索5锚固于中跨跨中区主梁2上，为平衡中跨跨中区主梁2引起的桥塔弯矩，与中跨跨中区主梁2对应设置锚固于边跨侧普通标准段主梁3的辅助边跨斜拉索6，辅助中跨斜拉索5、辅助边跨斜拉索6共同锚固于桥塔1上，形成一种新型的局部重力刚度和辅助斜拉索体系。

参照图1，所述辅助中跨斜拉索5在中跨跨中区主梁2上形成跨中区段斜拉索重叠区。所述辅助中跨斜拉索5、辅助边跨斜拉索6与中跨主梁的锚固点在立面投影上相交于一点，在平面投影上不重合不相交。

所述辅助中跨斜拉索5仅承受二期恒载和列车荷载，其规格根据实际受力确定。辅助中跨斜拉索5、辅助边跨斜拉索6的组数视结构刚度需求和调索预期目标确定，最终实现全桥结构受力与经济、美观的对立统一。

与常规斜拉桥结构体系相比较，本发明可以显著提高大跨斜拉桥的整体竖向、横向和抗扭刚度，显著较小桥塔在活载作用下的纵向弯矩，极大增强了该结构体系在高速铁路大跨斜拉桥领域的广泛适用性。

本申请人成功地将本发明的技术方案运用于宜宾临港公铁两用长江大桥的设计中，该桥全长1743.3m，主桥为四线铁路六车道公路钢箱斜拉桥。全桥孔跨布置为：9×40.0m(引桥)+(72.5+203+522+203+42.5)m(主桥)+8×40.m(引桥)＝1743.3m。其中，主桥斜拉桥长度为1043m，跨度布置为：(72.5+203+522+203+42.5)m，主桥采用错层钢箱斜拉桥方案，钢筋混凝土钻石型桥塔，基础采用钻孔灌注桩。

桥面全宽66.5m，主桥主梁采用钢箱梁和槽型钢混结合梁，其中铁路主梁标准段为钢箱梁，梁宽23.5m，在边跨及辅助墩附近过渡为槽型钢混结合梁，铁路混凝土桥面板厚度为40cm，在辅助墩顶附近渐变为60cm，并同时在辅助墩顶附近56m范围内设置钢梁底板结合段混凝土，结合段混凝土厚度80cm；公路主梁全长为槽型钢混结合梁，梁宽15m，公路主梁标准段混凝土桥面板厚28cm，在辅助墩顶附近渐变为50cm。主桥结合梁混凝土桥面板在跨中和辅助墩顶附近一定区域受拉，在此范围内设置桥面板纵向预应力。桥面承载四线铁路和六车道城市道路，公铁错层布置，四线高铁布设在桥面中间，六车道城市道路分别布设在铁路主梁上下游两侧。斜拉索按空间双索面布置，斜拉索锚固在箱形锚固横梁顶板上侧的钢锚箱内，锚固横梁按索距沿纵桥向布置，将铁路主梁和公路主梁牢牢联结为一体。

该桥孔跨布置综合考虑了受力、行洪、渔保和防洪堤等多方面因素，主桥两边跨不对称，无法设置其他辅助墩，若采用常规斜拉桥结构体系，挠跨比较大，整体竖向刚度不足，影响行车安全及乘坐舒适度。为此，采用本发明的新式结构体系，在跨中主梁4个节段和边跨尾部2个主梁节段分别对应设置2组辅助斜拉索，同时在跨中4个节段48m范围内设置13kN/m的局部压重混凝土块，则能大幅有效提高结构整体刚度，同时，经济和受力性能良好。

该桥采用本发明的新式结构体系，与常规斜拉桥结构体系相比，跨中挠跨比大大减小，整体竖向刚度增大7.3％、梁端转角减小14.1％、竖向静活载作用下桥塔塔底纵向弯矩减小3.8％、斜拉索疲劳应力幅减小9.1％、梁高降低，每延米节约钢材1.1吨(合计节约用钢量1150t)、斜拉索用量增加1.8％、跨中压重混凝土块增加63吨。综上所述，采用本发明的新式结构体，能有效提高结构整体竖向刚度，改善结构受力性能，并能实现经济和受力性能综合最佳的高度统一。

需要指出的是，上面所述只是用图解说明本发明专利大跨公铁两用桥局部重力刚度和辅助斜拉索新式结构体系的，以上所述只是用图解说明本发明专利的一些原理，并非是要将本发明专利局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明专利所申请的专利范围。