一种新型节能自平衡直升式开启桥

摘要

本发明公开了一种新型节能自平衡直升式开启桥，包括有开启跨、提升塔、承重吊索和驱动转筒，在提升塔的外侧各设有自平衡边跨，承重吊索绕过驱动转筒后与自平衡边跨靠近提升塔的一端连接，使自平衡边跨的该端形成竖向活动端，自平衡边跨的另一端与固定部位采用铰接连接形成可上下转动的连接结构，使自平衡边跨的竖向活动端与开启跨毗邻。本发明利用能转动的自平衡边跨的结构自重与在其内布置额外配重，使得自平衡边跨在提升塔一侧的竖向重力能与开启跨一端的竖向重力大致相等，从而实现完全取消在提升塔内布置配重，扩展直升式开启桥的适用跨径，还能降低启闭运行的能耗。

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁建设工程技术领域，尤其涉及一种直升式开启桥。

背景技术

在桥梁工程中，一些特别情况下，非常适合采用能够开启的桥梁——开启桥。开启跨采用直升式开启方式的开启桥，由于受力简单、操作方便，是一种开启桥常用的开启方式，其提升可以通过设置平衡配重，大大降低了营运期启闭的动力要求与能量消耗。如广州市番禺光明大桥开启桥，就采用了有配重的直升式开启桥，当需要允许大型船舶通过时，桥梁开启跨需垂直提升抬高一定高度，满足大型船舶的通行净空要求，大型船舶不通行而需陆上交通连通时，桥梁则需下降至最低位置，连通两岸陆上交通。

上述光明大桥开启桥提升跨结构总长53.6m，桥总宽24.0m，横桥向布置双向四车道与人行道，开启跨提升总重量730吨，其配置的平衡配重为开启跨总重量的97％，即730×97％＝708.1吨，采用钢(铁)块做为平衡配重，并隐藏于开启跨四角位置的四座分离式提升塔内。该桥开启跨所需的通航宽度为46m，但如果类似桥梁根据通航宽度的增加，开启跨径需随着加大时，提升重量亦会增加。如开启跨径加大为100m，若按上述桥面宽度与参考相关重量指标，估计100m跨径的开启跨，其提升重量会达到约：730×(100/53.6)×1.5(考虑桥跨增加引起的开启跨结构材料用量增加数)＝2043吨，如亦按配置97％的平衡配重，则平衡配重的重量为2043×97％＝1981.7吨，配重也采用钢(铁)，则配重的体积为1981.7/7.85＝252.5立方米，分布在四个塔内的体积分别为63.1立方米，故随着开启跨径的增加，其配置的平衡重不仅材料用量大、工程费用高，而且由于体积大幅增大，在提升塔内布置困难。故需要寻找一个新型的提升布置体系，以便能扩展直升式开启桥的适用跨径。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷，提供一种实现结构简单、充分利用直升开启跨相邻的边跨结构自身重量以及其结构内部空间来配重，可减少材料成本、降低启闭运行动力要求与能耗、提升系统易于布置、能适应更大跨径的新型节能自平衡直升式开启桥。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种新型节能自平衡直升式开启桥，包括有开启跨、提升塔、承重吊索和驱动转筒，开启跨位于提升塔之间，驱动转筒安装在提升塔中，承重吊索绕设在驱动转筒上，开启跨与承重吊索连接，其特征在于：在提升塔的外侧各设有自平衡边跨，承重吊索绕过驱动转筒后与自平衡边跨靠近提升塔的一端连接，使自平衡边跨的该端形成竖向活动端，自平衡边跨的另一端与固定部位采用铰接连接形成可上下转动的连接结构，使自平衡边跨的竖向活动端与开启跨毗邻，通过自平衡边跨的竖向活动端在竖直方向旋转以配合驱动转筒提升开启跨；开启跨处于闭合状态时与自平衡边跨对接形成闭合的桥梁结构。

进一步地，还包括有固定引桥，固定引桥自两岸分别朝河道中间引出，开启跨闭合时与两边的自平衡边跨连接，再通过固定引桥与两岸连接。

进一步地，提升塔位于开启跨与自平衡边跨之间，并通过主墩支撑；在主墩上设置有主墩横梁，由主墩横梁支撑闭合后的自平衡边跨和开启跨；主墩横梁上设置有锁定装置，当开启跨和自平衡边跨在闭合到位时，由锁定装置将二者锁定。

进一步地，固定引桥与自平衡边跨的对接处下方设置有边桥墩，边桥墩上设置有边墩横梁，固定引桥枕压在边墩横梁上，自平衡边跨分别通过边跨转动铰与对应的边墩横梁铰接固定形成可上下转动的竖向活动端。

进一步地，提升塔共设置有四座，分别位于直升开启跨的四个角点位置；在提升塔内部位于驱动转筒下方的位置安装承重梁板，驱动转筒安装在承重梁板上；开启跨升至最高位置时不高于承重梁板所处的位置，并具有活动空间。

进一步地，所述承重吊索为通长不中断的高强度承重索体，其采用钢丝绳或钢绞线制成，承重吊索采用多根布置。

进一步地，所述自平衡边跨采用钢箱梁结构，其靠近提升塔的一端内部设置有边跨配重，使自平衡边跨形成靠近提升塔的一端比靠近固定引桥一端更重的结构，并具有结构刚度大、配重安装空间富足的优点。

优选地，所述开启跨采用钢桁架桥结构，以获得刚度较大、重量较轻的结构特点。

优选地，驱动转筒上设有对承重吊索起限位作用的凹槽，防止使用多根承重吊索时承重吊索发生位置偏移，整个驱动转筒采用铸钢结构或钢构件制成。

进一步地，所述驱动转筒除了连接有电动机外，还设有制动刹车锁定装置。

本发明利用能转动的自平衡边跨的结构自重与在其内布置额外配重，使得自平衡边跨在提升塔一侧的竖向重力能与开启跨一端的竖向重力大致相等，从而实现完全取消在提升塔内布置配重，在保证启闭运行低能耗下，进一步扩展直升式开启桥的适用跨径。比如，需考虑用平衡配重来平衡97％的开启桥梁重量，按本系统，采用60m跨径的自平衡边跨加以少量的箱内配重，中间能开启的直升开启跨的桥梁跨径可以增加到100m，并能保证桥梁结构体系的安全性和经济性，还能降低启闭运行的能耗。

附图说明

图1为本发明直升式开启桥闭合通车状态示意图；

图2为本发明直升式开启桥开启通航状态示意图；

图3为本发明提升系统工作原理示意图。

图中，1为开启跨，2为自平衡边跨，3为固定引桥，4为边跨配重，5为提升塔，6为承重梁板，7为驱动转筒，8为承重吊索，9为边墩横梁，10为边桥墩，11为主墩横梁，12为主墩，13为边跨转动铰。

具体实施方式

下面结合附图通过具体实施例对本发明做进一步说明：

本实施例中，参照图1-图3，所述新型节能自平衡直升式开启桥，包括有开启跨1、提升塔5、承重吊索8和驱动转筒7，开启跨1位于提升塔5之间，驱动转筒7安装在提升塔1中，承重吊索8绕设在驱动转筒7上，开启跨1与承重吊索8连接；在提升塔5的外侧各设有自平衡边跨2，承重吊索8绕过驱动转筒7后与自平衡边跨2靠近提升塔5的一端连接，使自平衡边跨2的该端形成竖向活动端，自平衡边跨2的另一端与固定部位采用铰接连接形成可上下转动的连接结构，使自平衡边跨2的竖向活动端与开启跨1毗邻；开启跨1处于闭合状态时与自平衡边跨2对接形成闭合的桥梁结构，此时即可进行陆上交通。

还包括有固定引桥3，固定引桥3自两岸分别朝河道中间引出，开启跨1闭合时与两边的自平衡边跨2连接，再通过固定引桥3与两岸连接。

提升塔5位于开启跨1与自平衡边跨2之间，并通过主墩12支撑；在主墩12上设置有主墩横梁11，由主墩横梁11支撑闭合后的自平衡边跨2和开启跨1；主墩横梁11上设置有锁定装置，当开启跨1和自平衡边跨2在闭合到位时，由锁定装置将二者锁定。

固定引桥3与自平衡边跨2的对接处下方设置有边桥墩10，边桥墩10上设置有边墩横梁9，固定引桥3枕压在边墩横梁9上，自平衡边跨2分别通过边跨转动铰13与对应的边墩横梁9铰接固定形成可上下转动的竖向活动端。

提升塔5共设置有四座，分别位于直升开启跨1的四个角点位置；在提升塔5内部位于驱动转筒7下方的位置安装承重梁板6，驱动转筒7安装在承重梁板6上；开启跨1升至最高位置时不高于承重梁板6所处的位置，并具有富余活动空间。

所述承重吊索8为通长不中断的高强度承重索体，其采用钢丝绳或钢绞线制成，承重吊索8采用多根布置，如10-20根。

所述自平衡边跨2采用钢箱梁结构，其靠近提升塔5的一端内部设置有边跨配重4，使自平衡边跨2形成靠近提升塔5的一端比靠近固定引桥3一端更重的结构，更有利于将开启跨1吊起，同时还具有结构刚度大、配重安装空间富足的优点。

所述开启跨1采用钢桁架桥结构，以获得刚度较大、重量较轻的结构特点。

驱动转筒7上设有对承重吊索8起限位作用的凹槽，防止使用多根承重吊索8时承重吊索8发生位置偏移，整个驱动转筒7采用铸钢结构或钢构件制成。

所述驱动转筒7除了连接有电动机外，还设有制动刹车锁定装置。

需要通行船舶时，先解锁锁定装置，在驱动转筒7的作用下先将开启跨1往上提升，与此同时自平衡边跨2的竖向活动端开始在自身及边跨配重4的重力作用下往下降，对开启跨1的提升起拉动作用，直至开启跨1提升至设定位置后停止，并锁定。需要闭合开启跨1时，在驱动转筒7的作用及开启跨1自重的配合下将自平衡边跨2的竖向活动端往上提升，与此同时开启跨1往下降，直至回到原位，由锁定装置将开启跨1和自平衡边跨2锁定。

现以一开启跨径为100m、桥面宽为24m的开启桥为例，参考已建成通车的番禺光明大桥直升式开启桥的相关数据进行推演，数据如下：

若按与光明大桥相同的桥体参数，估计其提升重量会达到约：730×(100/53.6)×1.5(考虑桥跨增加引起的开启跨结构材料用量增加系数)＝2043吨，如果按平衡配重需平衡97％的开启跨重量，按照类似光明大桥的传统提升配重方式，则平衡配重的重量为2043×97％＝1981.7吨，配重采用钢(铁)，则配重的体积为1981.7/7.85＝252.5立方米，分布在4个提升塔内各处的体积分别为63.1立方米，布置起来非常困难。如果按本发明提供的技术方案，基本数据计算如下：

1、由于开启跨1需提升的重量为2043吨，按在开启跨1的四个角点均布置有提升塔5，则每个提升吊点需要提升的重量P1为2043/4＝510.8吨，预设需平衡97％的开启跨1所需提升的重量，则每个提升塔5内驱动转筒7另一侧与自平衡边跨2连接的的承重吊索8的拉力为P2＝97％×P1＝97％×510.8＝495.5吨；

2、P2与P1之间3％的不平衡力由驱动转筒7在电动机的控制下提供；

3、60m跨径的自平衡边跨2的按采用钢结构箱梁(梁高2.5m)，钢结构自重按0.5吨/平方米桥面计，桥面铺装与护栏按平均0.25m厚混凝土计算重量，则重为0.62吨/平方米桥面，结构全部自重合计在自平衡边跨2一端为：(0.5+0.62)×60×24/2＝806.4吨，为了平衡受力，自平衡边跨2内还需增加配重为495.5×2-806.4＝184.6吨。

4、在自平衡边跨2采用混凝土配重，其配重体积为184.6/2.5＝73.8m

5、综合以上各数据分析，可以明显看出，通过本发明的技术方案，利用自平衡边跨2的结构自重与少量在自平衡边跨2内部配以造价低廉的混凝土，就可以将桥梁直升开启跨1的提升重量增加3倍以上，桥跨可以增加至100m，并完全可以取消在提升塔5内布置配重，以提升桥塔布置更紧凑，故在保证直升开启跨1启闭运行节能的同时，亦扩大了直升式开启桥的跨径。

以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本申请实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。