自锚式斜拉桥及包含其的架设方法

摘要

本发明公开了一种自锚式斜拉桥及包含其的架设方法，其中，自锚式斜拉桥包括：桥塔和塔基础，塔基础固定于地基，桥塔固定于塔基础上端；边跨辅助墩；主梁，主梁在桥塔和边跨辅助墩处设置竖直支撑；第一拉索，若干个第一拉索的两端分别与桥塔和主梁连接；伸缩装置，主梁轴向力为零的位置设置有伸缩装置。桥塔与伸缩装置之间的主梁受压，在安装伸缩装置处的主梁轴向力为零，并且相邻两个伸缩装置间的主梁受拉，减小了桥塔处主梁承受的轴向压力，在保证自锚式斜拉桥主梁稳定性的同时，增加了主梁的极限跨径，并使得桥塔处主梁在施工过程中不增加轴力。

说明书

技术领域

本发明涉及一种自锚式斜拉桥及包含其的架设方法。

背景技术

传统的自锚式斜拉桥在桥塔处的主梁轴力随中跨跨径的增加而显著增大，导致主梁存在稳定问题。为了提高自锚式斜拉桥主梁的稳定系数，只能增加主梁梁高或桥塔高度，但同时也加大了极限风荷载下的结构响应，从而进一步增加主梁和桥塔的材料用量。当中跨超过1600米时，传统的自锚式斜拉桥很难满足现行规范对于主梁稳定的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中主梁稳定性差的缺陷，提供一种自锚式斜拉桥及包含其的架设方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本发明公开了一种自锚式斜拉桥，包括：桥塔和塔基础，所述塔基础固定于地基，所述桥塔固定于所述塔基础上端；边跨辅助墩；主梁，所述主梁在所述桥塔和所述边跨辅助墩处设置竖直支撑；第一拉索，若干个所述第一拉索的两端分别与所述桥塔和所述主梁连接；伸缩装置，所述主梁轴向力为零的位置设置有所述伸缩装置。

在本方案中，桥塔与伸缩装置之间的主梁受压，在安装伸缩装置处的主梁轴向力为零，并且相邻两个伸缩装置间的主梁受拉，减小了桥塔处主梁承受的轴向压力，提高了主梁的稳定性。伸缩装置只传递剪力和弯矩，不传递轴向力，因此它不会影响主梁的稳定性，可以提高中跨跨度较长的自锚式斜拉桥的主梁稳定性。采用上述结构形式，可以增加主梁的极限跨径。

较佳地，所述主梁包括第一主梁段和第二主梁段，各所述第一主梁段分别与各所述桥塔设置竖向连接，所述第二主梁段的两端分别与相邻两个所述第一主梁段远离所述桥塔的一端连接；所述第一主梁段和所述第二主梁段的连接处为所述主梁的轴向力为零的位置。

在本方案中，采用上述结构形式，第一主梁段受压，第二主梁段受拉。由于第一主梁段和第二主梁段的连接处轴向力为零，因此第一主梁段和第二主梁段通过伸缩装置连接，保障了第二主梁段受拉，使主梁稳定性提高。由于主梁安装于相邻两个桥塔间，而第一主梁和桥塔设置竖向连接，第二主梁段的两端与相邻两个第一主梁段远离桥塔的一端固定连接，因此相邻两个桥塔间主梁包括两个第一主梁段和一个第二主梁段。

较佳地，所述第一主梁段的长度为所述主梁长度的四分之一。

在本方案中，采用上述结构形式，由于每个主梁包括两个第一主梁段和一个第二主梁段，而第一主梁段受压，第二主梁段受拉，因此当第一主梁段的长度为主梁长度的四分之一时，主梁受压长度和受拉长度相等。

较佳地，所述第二主梁段包括若干个梁节段，所述梁节段与对应的若干个所述第一拉索固定连接。

在本方案中，第二主梁段的安装是通过若干个梁主段依次固定连接实现。相邻两个桥塔间安装主梁是由两端向中间对称安装。两个第一主梁段分别与两个桥塔设置竖向连接，第一主梁段远离桥塔的一端每固定连接三个梁节段，就在相邻两个未连接的梁节段间张拉临时水平拉索。在相邻两个未连接的梁节段间继续安装梁节段，每固定连接三个梁节段，就在相邻两个未连接的梁节段间张拉临时水平拉索。施工过程中，第二主梁段受拉，桥塔处主梁承受的轴向压力不再增加，提高了主梁的稳定性。

较佳地，所述自锚式斜拉桥还包括边跨主梁和若干个第二拉索，所述边跨主梁的两端分别与陆域和靠近所述陆域的桥塔设置竖向连接，所述第二拉索的两端分别与所述边跨主梁和所述桥塔固定连接。

对自锚式斜拉桥进行受力分析，边跨主梁受压并且跨中的主梁受拉，最终自锚式斜拉桥受力平衡，稳定性良好。陆域和主梁可以通过边跨主梁实现连接，避免了跨水交通的不便，提高了运输工具运输和行人行走的可靠性。

较佳地，若干个所述边跨辅助墩与边跨主梁之间设置竖向连接，所述边跨辅助墩与地基固定连接，所述边跨辅助墩沿所述边跨主梁的延伸方向等间距设置。

在本方案中，边跨主梁的长度较长，如果仅将固定边跨主梁的两端分别与陆域和桥塔固定连接，则边跨主梁远离固定点的位置会因为长时间交通工具或行人的按压而出现折断。将边跨辅助墩沿边跨主梁的延伸方向等间距固定连接于边跨主梁下侧，并通过边跨辅助墩向边跨主梁提供支持力，提高了边跨主梁的抗压能力，并且边跨辅助墩使边跨主梁的支撑点增多，提高了边跨主梁的稳定性。

较佳地，所述自锚式斜拉桥还包括斜拉索，所述斜拉索的两端分别与所述桥塔处所述边跨主梁和所述塔基础固定连接。

在本方案中，通过斜拉索来平衡主梁和边跨主梁产生的轴力差，提高自锚式斜拉桥的稳定性，减少了由于桥塔两侧受力不平衡导致桥塔被拉弯。斜拉索的一端与塔基础固定连接，将斜拉索平衡的水平力传递至塔基础，即自锚式斜拉桥采用了自锚体系，可以避免设置锚碇，降低了全桥造价，提高了自锚式斜拉桥对软土地基等不利地质条件的适应性。

本发明还提供了一种自锚式斜拉桥的架设方法，用于架设自锚式斜拉桥，所述自锚式斜拉桥的架设方法包括以下步骤：S1、将所述桥塔固定连接于地基上；S2、架设所述主梁，并安装所述第一拉索，使所述主梁连接于所述桥塔上；S3、在所述主梁轴向力为零的位置安装所述伸缩装置，使所述主梁通过所述伸缩装置连接。

在本方案中，采用上述结构形式，采用传统的斜拉桥悬臂施工方法在两个桥塔间安装主梁至轴向力为零的位置，并安装对应的第一拉索。在这一阶段，也完成了边跨辅助墩施工，并采用支架法或移动模架法现浇施工边跨主梁混凝土梁。安装第二拉索，使其两端分别与边跨主梁和桥塔固定连接，以平衡安装好主梁的轴向力，使该阶段安装的自锚式斜拉桥的桥段受力平衡。在主梁两端轴向力为零的位置安装伸缩装置，伸缩装置可传递剪力和弯矩，但不传递轴力，进而不会影响主梁的稳定性。

较佳地，所述主梁包括第一主梁段和第二主梁段，所述第二主梁段包括若干个梁节段，所述S2具体包括以下步骤：S21、架设所述第一主梁段，安装与所述第一主梁段对应的所述第一拉索，使所述第一主梁段连接于所述桥塔上；S22、在所述第一主梁段远离所述边跨辅助墩的一侧固定连接所述梁节段，安装与所述梁节段对应的所述第一拉索，在未连接的相邻两个所述梁节段间张拉临时水平拉索；S24、在已安装完成的所述梁节段远离所述第一主梁段的一端继续吊装所述梁节段，安装与所述梁节段对应的所述第一拉索，在未连接的相邻两个所述梁节段间通过猫道张拉所述临时水平拉索；S25、重复所述S24，直至所述第二主梁段合龙，完成所述主梁的架设。

在本方案中，采用上述结构形式，通过猫道安装临时水平拉索，继续从桥面吊装梁节段，并在相邻两个未连接的梁节段间安装并张拉斜拉索，每吊装三个梁节段，安装一对水平拉索，以平衡三个梁节段第一拉索产生的水平轴力，保证中跨四分点处主梁轴力保持不变。根据刚安装的第一拉索产生的水平轴力，在桥塔处主梁与塔基础间张拉斜拉索，以平衡主梁在桥塔处的水平力。吊运梁节段的吊机前移，继续吊装梁节段，重复上述安装过程直至第二主梁段合龙。

较佳地，所述S22与所述S24之间还包括以下步骤：S23、在相邻两个所述第一主梁段上固定连接临时索塔，并在相邻两个所述临时索塔间架设所述猫道；所述S3具体包括以下步骤：S31、解除所述临时索塔；S32、在所述第一主梁段和所述第二主梁段的连接处安装所述伸缩装置，使所述第一主梁段和所述第二主梁段通过所述伸缩装置连接；S33、逐根解除张拉的所述临时水平拉索，完成所述自锚式斜拉桥的架设。

在本方案中，采用上述结构形式，解除主梁四分之一处的临时索塔，并在该位置安装纵桥向伸缩装置，使得主梁受拉，减小了桥塔处主梁承受的轴向压力，增加了主梁的稳定性。

本发明的积极进步效果在于：

本发明中桥塔与伸缩装置之间的主梁受压，在安装伸缩装置处的主梁轴向力为零，并且相邻两个伸缩装置间的主梁受拉，减小了桥塔处主梁承受的轴向压力，提高了主梁的稳定性。伸缩装置只传递剪力和弯矩，不传递轴向力，不会影响主梁的稳定性，提高了中跨超过1600米自锚式斜拉桥的主梁稳定性。采用上述结构形式，在保证自锚式斜拉桥主梁稳定性的同时，增加了极限跨径，并使得桥塔处主梁在施工过程中不增加轴力。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种自锚式斜拉桥的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种自锚式斜拉桥架设方法的一个流程图；

图3为本发明实施例提供的一种自锚式斜拉桥架设方法的另一个流程图；

图4为本发明实施例提供的一种自锚式斜拉桥架设方法的另一个流程图。

附图标记说明：

桥塔1

塔基础2

主梁3

第一主梁段31

第二主梁段32

第一拉索4

边跨主梁5

第二拉索6

边跨辅助墩7

斜拉索8

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在的实施例范围之中。

本发明实施例提供了一种自锚式斜拉桥，如图1所示。自锚式斜拉桥包括固定连接于地基上的塔基础2，固定连接于地基上的桥塔1、边跨辅助墩7、主梁3、第一拉索4以及伸缩装置。斜拉桥是一种高次超静定的复杂结构，桥塔1是主要的承重构件，斜拉桥的活载和恒载几乎全通过桥塔1传递到下部的塔基础2。在桥塔1处的主梁3轴力随跨径的增加而显著增大，使得主梁3稳定性变差。

主梁3在桥塔1和边跨辅助墩7处设置竖直支撑，并张拉对应的第一拉索4，使第一拉索4的两端分别与桥塔1和主梁3连接。主梁3轴向力为零的位置设置有伸缩装置，如图1所示。第一拉索4向桥塔1与伸缩装置之间的主梁3提供轴向的分力方向为水平向左，为了实现力平衡，桥塔1向该段主梁3提供的水平分力方向应该为水平向右，因此桥塔1与伸缩装置之间的主梁3受压。对相邻两个伸缩装置间的主梁3同样进行受力分析，得到该段主梁3受拉。主梁3受拉，减少了桥塔1处主梁3承受的轴向力，提高了主梁3的稳定性。伸缩装置只传递剪力和弯矩，不传递轴向力，使其不影响主梁3的稳定性，提高了中跨较长的自锚式斜拉桥的主梁3稳定性，增加了主梁3的极限跨径。在本实施例适用于中跨超过1600米自锚式斜拉桥。

作为一种较佳的实施方式，主梁3还可以包括第一主梁段31和第二主梁段32。各第一主梁段31分别与各桥塔1设置竖向连接，并且第二主梁段32的两端分别与相邻两个第一主梁段31远离桥塔1的一端固定连接。对第一主梁段31和第二主梁段32进行受力分析，得到第一主梁段31受压，第二主梁段32受拉。本发明为了提高自锚式斜拉桥的稳定性，在主梁3轴向力为零的位置安装有伸缩装置。由于第一主梁段31和第二主梁段32的连接处轴向力为零，因此第一主梁段31可以通过伸缩装置与第二主梁段32连接。采用上述方式，保障了第二主梁段32受拉，使主梁3稳定性提高。

由于主梁3安装于相邻两个桥塔1间，而第一主梁段31和桥塔1设置竖向连接，第二主梁段32的两端与相邻两个第一主梁段31远离桥塔1的一端固定连接，因此相邻两个桥塔1间主梁3包括两个第一主梁段31和一个第二主梁段32。作为一种较佳的实施方式，当第一主梁段31的长度为主梁3长度的四分之一时，主梁3受压长度和受拉长度相等。

作为一种较佳的实施方式，相邻两个桥塔1间安装主梁3是由两端向中间对称安装。第一主梁段31的架设采用传统的斜拉桥悬臂施工方法，第二主梁段32的安装可以通过若干个梁节段依次固定连接实现。两个第一主梁段分别与两个桥塔1设置竖向连接，并且第一主梁段31远离桥塔1的一端每固定连接三个梁节段，就在相邻两个未连接的梁节段间张拉临时水平拉索。继续在相邻两个未连接的梁节段间吊装梁节段，同样的，每固定连接三个梁节段，在相邻两个未连接的梁节段间张拉临时水平拉索。施工过程中，第二主梁段32受压，桥塔1处主梁3承受的轴向压力不再增加，提高了主梁3的稳定性。

在具体使用时，张拉临时水平拉索是通过猫道实现，提高了施工工人的安全性。

主梁3和陆域的连接是通过边跨主梁5实现，避免了跨水交通的不便，提高了运输工具运输和行人行走的可靠性。作为一种较佳的实施方式，边跨主梁5的两端分别与陆域以及靠近陆域的桥塔1设置竖向连接，并且与边跨主梁5对应的第二拉索6两端分别与边跨主梁5和塔基础2固定连接。对边跨主梁5进行受力分析，第二拉索6对桥塔1的拉力方向朝左下方，第一拉索4对桥塔1的拉力方向朝右下方。第二拉索6对桥塔1的拉力与第一拉索4对桥塔1的拉力在水平分力方向相反通过对自锚式斜拉桥进行受力分析，边跨主梁5受压并且跨中的主梁3受拉，最终自锚式斜拉桥受力平衡，稳定性良好。

作为一种较佳的实施方式，边跨主梁5的长度较长，如果仅将固定边跨主梁5的两端分别与陆域和桥塔1设置竖向连接，则边跨主梁5远离固定点的位置会因为长时间交通工具或行人的按压而出现折断。为了避免上述现象的发生，可以将边跨辅助墩7固定于地基上，并离散分布于边跨主梁5的下侧与边跨主梁5固定连接。边跨辅助墩7向边跨主梁5提供竖直向上的支持力，提高了边跨主梁5的抗压能力。边跨辅助墩7沿边跨主梁5的延伸方向等间距分布，使得边跨主梁5的支撑点增多，提高了边跨主梁5的稳定性。

作为一种较佳的实施方式，自锚式斜拉桥还可以包括斜拉索8，并且斜拉索8的两端分别与桥塔1处边跨主梁5和塔基础2固定连接，由于斜拉索8可以向主梁3提供与斜拉索8延伸方向相同的力，该力的水平分力可以平衡主梁3和边跨主梁5产生的轴力差，提高自锚式斜拉桥的稳定性，减少了由于桥塔1两侧受力不平衡导致桥塔1被拉弯。斜拉索8的一端与塔基础2固定连接，将斜拉索8平衡的水平力传递至塔基础2，即自锚式斜拉桥采用了自锚体系，避免设置锚碇，降低了全桥造价，提高了自锚式斜拉桥对软土地基等不利地质条件的适应性。

本发明实施例还提供了一种自锚式斜拉桥的架设方法，用于架设自锚式斜拉桥。如图2所示，架设方法包括以下步骤：S1、将桥塔1固定连接于地基上；S2、架设主梁3，并安装第一拉索4，使主梁3连接于桥塔1上；S3、在主梁3轴向力为零的位置安装伸缩装置，使主梁3通过伸缩装置连接。采用传统的斜拉桥悬臂施工方法在两个桥塔1间安装主梁3至轴向力为零的位置，并安装对应的第一拉索4。在这一阶段，也完成了边跨辅助墩7施工，并采用支架法或移动模架法现浇施工边跨主梁5混凝土梁。安装第二拉索6，使其两端分别与边跨主梁5和桥塔1固定连接，以平衡安装好主梁3的轴向力，使该阶段安装的自锚式斜拉桥受力平衡。在主梁3两端轴向力为零的位置安装伸缩装置，由于伸缩装置可传递剪力和弯矩，但不传递轴力，进而不会影响主梁3的稳定性。

作为一种较佳的实施方式，请参阅图3进行理解，主梁3包括第一主梁段31和第二主梁段32，第二主梁段32包括若干个梁节段，S2具体包括以下步骤：S21、架设第一主梁段31，安装与第一主梁段31对应的第一拉索4，使第一主梁段31连接于桥塔1上；S22、在第一主梁段31远离边跨辅助墩7的一侧固定连接梁节段，安装与梁节段对应的第一拉索4，在未连接的相邻两个梁节段间张拉临时水平拉索；S24、在已安装完成的梁节段远离第一主梁段31的一端继续吊装梁节段，安装与梁节段对应的第一拉索4，在未连接的相邻两个梁节段间通过猫道张拉临时水平拉索；S25、重复S24，直至第二主梁段32合龙，完成主梁3的架设。在本方案中，采用上述结构形式，通过猫道安装临时水平拉索，继续吊装梁节段，并在相邻两个未连接的梁节段间安装并张拉第一拉索4，每吊装三个梁节段，安装一对水平拉索，以平衡三个梁节段第一拉索4产生的水平轴力，保证中跨四分点处主梁3轴力保持不变。根据三个梁节段第一拉索4产生的水平轴力，在桥塔1处主梁3与桥塔1间张拉斜拉索8，以平衡主梁3在桥塔1处的水平力。吊运梁节段的吊机前移，继续吊装梁节段，重复上述安装过程直至第二主梁段32合龙。

作为一种较佳的实施方式，步骤S22与步骤S24之间还包括以下步骤：S23、在相邻两个第一主梁段31上固定连接临时索塔，并在相邻两个临时索塔间架设猫道。请参阅图4进行理解，S3具体包括以下步骤：S31、解除临时索塔；S32、在第一主梁段31和第二主梁段32的连接处安装伸缩装置，使第一主梁段31和第二主梁段32通过伸缩装置固定连接；S33、逐根解除张拉的临时水平拉索，完成自锚式斜拉桥的架设。解除主梁3四分之一处的临时索塔，并在该位置安装纵桥向伸缩装置，使主梁3受拉，减小了桥塔1处主梁3承受的轴向压力，增加了主梁3的稳定性。

在具体使用时，安装主梁3至四分点处，在主梁3四分点附近安装临时索塔，并在相邻两个临时索塔间架设猫道，猫道总宽6米。为确保猫道稳定性，每100米设横向稳定撑杆或稳定索。猫道包括临时主缆和临时吊杆，在相邻两个临时索塔间架设临时主缆和临时吊杆，主缆上下游各设两根，共四根。单侧主缆间距3米，即单侧猫道的宽度为3米。

在具体实施时，采用传统的斜拉桥悬臂施工方法安装中跨主梁3至四分点处，在主梁3四分点附近安装临时索塔，架设施工临时主缆和吊杆，临时主缆矢跨比采用1/10。完成猫道架设后，通过猫道安装临时水平拉索，继续从桥面吊装主梁段，安装并张拉第一拉索4，每吊装三个节段，安装一对水平拉索，以平衡三个刚安装的第一拉索4产生的水平轴力，保证中跨四分点处主梁3轴力保持不变。根据刚安装的第一拉索4产生的水平轴力，张拉桥塔1处主梁3与桥塔1基础间斜拉索8，以平衡边跨主梁5在桥塔1处的水平力。中跨吊机前移，继续吊装梁节段。重复上述主梁3安装过程直至中跨主梁3合龙，解除中跨四分点处主梁3临时固结，安装纵桥向伸缩装置，该装置可传递剪力和弯矩，但不传递轴力。逐根切断临时水平索，使得跨中梁段受拉，完成主梁3安装。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。