一种横向自平衡反对称索塔斜拉桥结构体系

摘要

本发明公开了一种横向自平衡反对称索塔斜拉桥结构体系，包括上部桥体结构和下部支撑结构，所述上部桥体结构包括倾斜反对称布置在主梁两侧的索塔，索塔上部包括斜拉索、背索和索塔中心柱，所述索塔中心柱上端通过两侧设置的斜拉索和背索向横向设置的桥梁梁体两侧连接形成索塔上部三角形对拉结构，所述斜拉索反对称对拉在桥梁梁体外侧，背索锚固在桥梁边梁水平撑端部，背索通过斜撑锚固在索塔承台上。本发明有效解决了反对称斜塔为平衡索塔横向受力需要设置强大的索塔结构，且背索需通过地锚固定等问题，实现了索塔横向受力的平衡除了靠倾斜索塔自重，还通过边梁自重以及自锚背索索力平衡索塔横向受力，形成横向自平衡结构体系。

说明书

技术领域

本发明涉及一种横向自平衡反对称索塔斜拉桥结构体系，涉及桥梁工程技术领域。

背景技术

目前，随着我国桥梁工程快速发展，施工技术不断成熟、施工标准要求越来越高、施工成本的不断增加，斜拉桥是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承受压力的索塔、受拉力的拉索以及承受弯矩的梁体组合起来的一种结构体系。其可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支撑连续梁；其可使梁体内弯矩减小，减低建筑高度，减轻了结构重量，节省了材料。在市政工程桥梁结构中，斜拉桥大多采用钢箱梁和索塔组合的构造，但是设计完成后在梁体通过索塔区域位置，需要增设伸缩缝，增加后期养护工作需求，施工过程繁杂，施工耗时长，增加施工作业难度和施工作业时间，施工完成后可能造成梁体横向平衡不稳定的状态；同时，一般桥梁承受荷载仅为梁体外荷载，桥梁结构空间角度差，通过大量背索拉结以及独立锚碇的设置才能保持桥梁平衡，结构成型后受力不合理，索塔单侧受力，桥梁自重完全由索塔承受，桥梁整体受力过大的问题难以解决，造成索斜拉桥结构应用范围窄，造价高昂，且桥梁后期养护、维修工作量大。

发明内容

本发明的发明目的在于，针对上述存在的问题，提供一种横向自平衡反对称索塔斜拉桥结构体系，区别于常规斜拉桥在工程实践中的应用，本发明将主梁拆分后横向受力，通过斜拉索和背索反向在索塔中心柱上向双侧拉结，做桥梁双侧受力平衡，在背索一侧主梁锚固端通过索塔水平撑的力的转换，将背索压力和主梁竖向荷载部分转化为对下部斜撑的压力，形成横向自锚结构，避免了独立锚碇的设置，斜撑下端锚固在承台上，承台为一体承压结构，承台另一端设置独立支墩，抵抗索塔倾覆力，通过承台连接将独立支墩和斜撑做力的相互作用部分横向分解桥梁和索塔中心柱竖向荷载，形成作用力转换的闭合环，通过双侧拉索、桥梁自重以及斜撑和承台结构连接作力的转换桥梁整体形成了横向自平衡的反对称结构体系。

本发明采用的技术方案如下：

本发明公开了一种横向自平衡反对称索塔斜拉桥结构体系，包括上部桥体结构和下部支撑结构，其特征在于，所述上部桥体结构包括倾斜反对称布置在主梁两侧的索塔，索塔上部包括斜拉索、背索和索塔中心柱，所述索塔中心柱上端通过两侧设置的斜拉索和背索向横向设置的桥梁梁体两侧连接形成索塔上部三角形对拉结构，所述斜拉索反对称对拉在桥梁梁体外侧，背索锚固在桥梁边梁水平撑端部，背索通过斜撑锚固在索塔承台上。

进一步地，所述桥梁梁体包括主梁，主梁在索塔范围横向分解为中梁和边梁，中梁布置在索塔内侧，边梁布置在索塔外侧。

进一步地，所述边梁绕索塔外侧设置，所述绕塔边梁包括顶板、底板和腹板组成，支撑在水平撑上，所述绕塔边梁顶板沿桥面绕塔连续设置，绕塔边梁腹板和绕塔边梁底板在水平撑处断开，形成边梁上部连续的整体断面结构。

进一步地，所述索塔中心柱下端连接在索塔承台上，索塔中心柱中心线位于承台中心线上方，索塔中心柱相对于承台水平方向呈1:8的角度向内侧倾斜设置。

进一步地，所述下部支撑结构包括索塔内侧设置的独立支墩和连体墩，独立支墩和连体墩设置在索塔承台上，所述独立支墩和连体墩支撑中梁，位于中梁下部弯矩最大点处。

进一步地，所述索塔承台包括第一承台和外侧低于第一承台标高设置的第二承台，第一承台和第二承台存在高差但为一体承压结构，独立支墩设置在第二承台上，连体墩设置在第一承台上，连体墩内侧连接索塔中心柱呈一体结构。

进一步地，所述斜撑上端连接水平撑端部和背索拉结，斜撑下端锚固在承台上，所述斜撑相对于下端水平面呈45-50度的角度和上端水平撑连接。

进一步地，所述边梁水平撑顶面与边梁人行道连接，形成独立的观景平台。

本发明的技术效果如下：

本发明提供了一种横向自平衡反对称索塔斜拉桥结构体系，有效解决了反对称斜塔为平衡索塔横向受力需要设置强大的索塔结构，且背索需通过地锚固定等问题，实现了索塔横向受力的平衡除了靠倾斜索塔自重，还通过边梁自重以及自锚背索索力平衡索塔横向受力，形成桥体上部横向自平衡，桥体下部斜撑拉接水平撑端部，形成桥体下部横向自平衡，通过桥体上下两部分平衡结构相互作用及力的传递，形成桥体横向自平衡结构体系。

具体如下：

1.索塔内侧的中梁自重及机动车道活荷载与索塔外侧的边梁自重、非机动车人行道活载及水平撑观景平台与形成横向自平衡；

2.索塔背索通过边梁水平撑的力的转换，通过斜撑锚固在承台上，形成横向自锚结构，避免了独立锚碇的设置。

3.索塔支撑在一体结构的承台上会产生倾覆力，承台两支撑端设置独立支墩和斜撑协同连体墩共同作用，抵抗倾覆力，同时独立支墩和斜撑通过力的转换横向分解竖向荷载，形成下部支撑结构力的闭合环。

附图说明

图1是主桥索塔布置示意图；

图2是主桥索塔布置示意图C-C剖面图；

图中标记：1-主梁，2-索塔，3-中梁，4-边梁，5-斜拉索，6-背索，7-斜撑，8-索塔中心柱，9-水平撑，10-承台，101-第一承台，102-第二承台，11-水平撑端部，12-独立支墩，13-连体墩，14-观景平台。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

本实施例中，所采用的数据为优选方案，但并不用于限制本发明；

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种横向自平衡反对称索塔斜拉桥结构，包括上部桥体结构和下部支撑结构，所述上部桥体结构包括主梁，所述主梁分解为中梁和边梁两个部分。

本实施例中，中梁和边梁绕靠近主梁中心线的索塔布置，中梁和边梁绕索塔两侧分布，分别作为桥梁的机动车道和非机动车道，可在索塔中间功能区域实现机动车道和非机动车道的自动隔离。

本实施例中，索塔外侧设置水平撑，水平撑高度与绕塔边梁高度一致，形成水平撑对绕塔边梁的支撑作用。

本实施例中，所述绕塔边梁绕塔外圈设置，绕塔边梁顶板绕索塔连续布置，绕塔边梁腹板和绕塔边梁底板在水平撑处断开，形成整体断面结构，解决了绕塔边梁与水平撑构造冲突问题，同时绕塔边梁被索塔水平撑部分打断，但是保留了绕塔边梁顶板连续绕塔布置，避免了绕塔边梁与水平撑之间设置伸缩缝。

本实施例中，绕塔边梁与水平撑的支撑点设置在绕塔边梁中间部位，构造隐蔽，通过水平撑支撑点在绕塔边梁上的布置，可将边梁整体隐藏在桥梁结构内，实现对桥梁外观优化。

实施例2

如图1-2所示，本实施例提供了一种横向自平衡反对称索塔斜拉桥结构体系，包括上部桥体结构和下部支撑结构，所述上部桥体结构包括倾斜反对称布置在主梁两侧的索塔，索塔上部包括斜拉索、背索和索塔中心柱，索塔中心柱上端通过两侧设置的斜拉索和背索向横向设置的桥梁梁体两侧连接形成索塔上部三角形对拉结构。

本实施例中，斜拉索反对称对拉在桥梁梁体外侧，背索锚固在桥梁边梁水平撑端部，背索通过斜撑锚固在索塔承台上，索塔背索通过索塔水平撑进行力的转换，将背索产生的横向拉力通过锚固在承台上的斜撑产生相反的力形成横向自锚结构，避免了桥梁独立锚碇的设置。

本实施例中，桥梁梁体包括主梁，主梁在索塔范围横向分解为中梁和边梁，中梁布置在索塔内侧，边梁布置在索塔外侧；进一步地，所述边梁绕索塔外侧设置，绕塔边梁包括顶板、底板和腹板组成，支撑在水平撑上，所述绕塔边梁顶板沿桥面绕塔连续设置，绕塔边梁腹板和绕塔边梁底板在水平撑处断开，形成边梁上部连续的整体断面结构。

本实施例中，所述索塔中心柱下端连接在索塔承台上，索塔中心柱中心线位于承台中心线上方，索塔中心柱相对于承台水平方向呈1:8的角度向内侧倾斜设置。

本实施例中，所述下部支撑结构包括索塔内侧设置的独立支墩和连体墩，独立支墩和连体墩设置在索塔承台上，所述独立支墩和连体墩支撑中梁，位于中梁下部弯矩最大点处；优选地，本实施例中采用Mmax＝FL/2计算中梁下部最大弯矩，式中F表示外力，L为中梁力臂。，

本实施例中，所述索塔承台包括第一承台和外侧低于第一承台标高设置的第二承台，独立支墩设置在第二承台上，连体墩设置在第一承台上，连体墩内侧连接索塔中心柱呈一体结构。优选地，本实施例中，第一承台标高为12.169m,第二承台标高为10.169m，采用直径为200mm，高为2600mm的独立支墩，独立支墩支撑在第二承台上的长度为1650mm，在第二承台内部的长度为300mm，在第二承台下方支撑在基础上的长度是650mm；优选地，所述第一承台下方设置4根支撑柱，支撑柱长度为880mm，柱底在地面下-1.631m处设置，所述第一承台支撑柱埋深深度深于独立支墩埋深230mm。

本实施例中，第一承台和第二承台连接呈一体承压结构，承台两支撑端设置独立支墩和斜撑，所述独立支墩承受竖向荷载，与斜撑及连体墩共同作用抵抗索塔倾覆力，独立支墩和斜撑在承台两端横向分解上部结构竖向荷载，通过力的转换与上部结构形成力的闭合环。

本实施例中，所述斜撑上端连接水平撑端部和背索拉结，斜撑下端锚固在承台上，所述斜撑相对于下端水平面呈45-50度的角度和上端水平撑连接；优选地，采用46度斜撑角度，通过索塔斜撑和上部背索拉接形成反向对拉，形成横向自锚结构，避免了独立锚碇的设置。

本实施例中，所述边梁水平撑顶面与边梁人行道连接，形成独立的观景平台。

本实施例中，通过所述结构设置形成了自平衡反对称索塔斜拉桥结构体系；

本实施例中，索塔中心柱将主梁分为两侧对称的梁体结构，两侧梁体桥面承受对称的竖向荷载，所述两侧梁体横向对接在索塔中心柱上，索塔中心柱上端锚固区向两侧梁体端部拉接斜拉索和背索，所述斜拉索和背索受两侧梁体端部拉力，形成从索塔中心柱上端锚固区向两侧梁端方向的斜拉力，通过两侧斜向拉力和横向梁体的作用，平衡索塔中心柱位置，将索塔中心柱拉紧后位置固定，通过斜向拉力和桥梁竖向活荷载及恒荷载的作用形成桥梁上部平衡体系。

本实施例中，通过承台形成下部支撑结构，承台上设置独立支墩和连体墩，所述独立支墩和连体墩设置在左侧梁体下方，独立支墩和连体墩提供向上的竖向支撑力支撑上部梁体结构，右侧梁体下方设置斜撑，所述斜撑下端锚固在承台上，上端拉接在右侧梁体水平撑端部，通过力的转换，水平撑端部将背索拉力和右侧梁体竖向荷载部分转换为斜撑上端向斜撑下端的压力。

本实施例中，所述独立支墩、连体墩和斜撑支撑在承台上，提供梁体下部支撑结构的竖向支撑力；进一步地，右侧梁体端部通过背索对索塔中心柱上端锚固区形成向下的拉力，斜撑下端锚固在承台上，斜撑上端连接在索塔水平撑上，通过力的转换，对右侧梁体和背索形成拉力，所述结构整体形成横向自锚结构，避免了独立锚碇的设置；通过左侧支撑结构和右侧横向自锚结构的共同作用形成桥梁下部平衡体系。

本实施例中，通过桥体上下两部分平衡结构体系的相互作用及力的传递，形成桥体横向自平衡结构体系。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。