一种自适应的大跨径空间缆悬索桥吊索

摘要

本发明提供一种自适应的大跨径空间缆悬索桥吊索，包括从上到下依次连接的上部构件、上拉索、关节连接器、下拉索和加劲梁，上部构件外壁上设置有凹槽，上拉索设置在凹槽内，上拉索绕过上部构件后其两端均铰接关节连接器；下拉索上端和关节连接器下端铰接且下端和加劲梁，上拉索和关节连接器铰接的中心轴线与下拉索和加劲梁铰接的中心轴线交叉设置。可实现在横桥及纵桥两个方向的自适应大角度转动，满足大空间缆地锚式悬索桥的大角度偏转需求，同时解决索夹耳板和加劲梁耳板处的弯曲应力问题，避免存在弯曲疲劳的风险。

说明书

技术领域

本发明涉及悬索桥技术领域，尤其涉及一种自适应的大跨径空间缆悬索桥吊索。

背景技术

国内已建成的大跨径地锚式悬索桥均为平面二维缆索结构，即吊索与主缆在一个平面内，吊索主要受竖直方向的荷载，整体结构的抗风性能差，只能通过增大加劲梁结构来满足抗风能力，从而影响结构美观和增加桥梁造价。空间缆索结构悬索桥，主缆和吊索形成稳定的三维空间缆索结构，具有很好的抗风性能，但空间缆索结构悬索桥较平面二维缆索结构悬索桥受力复杂，施工难度高，吊索结构复杂，该结构需要空间转动，仅应用于跨径较小的空间缆自锚式悬索桥上。随着对大跨径桥梁的抗风性能提出了更高的要求，大跨径空间缆地锚式悬索桥为近年来规划者所青睐。空间缆地锚式悬索桥在索力转换过程中，从空缆状态到成桥状态，主缆在横桥向和竖直向均发生变化，同时在运营过程，由于活载作用和风荷载导致加劲梁的摆动，吊索上部与主缆连接处以及下部与加劲梁连接处会产生转角，因此，吊索可实现自适应空间转动的结构及实施方法是大跨径空间缆地锚式悬索桥的关键技术。

一种空间缆索结构的吊索，已应用于空间缆索结构自锚式悬索桥，其上端需设置转动式索夹，下端设置球铰支座的组合方式，来满足可空间转动和长度调整的需求。此吊索在实桥应用中取得成功的同时，也存在以下不足：转动索夹的结构复杂，成本较高；球铰支座需与箱梁固定连接或螺栓连接，箱梁结构需进行调整，且安装较为复杂，同时受力结构的耐久性以及球铰支座的防水性能有待探讨。

另外，中国专利CN110144822A公开的一种悬索桥空间大转角、耐久型吊索连接结构，在索夹耳板和加劲梁耳板处设置有关节轴承，可实现横桥向和纵桥向两个方向的转动，可消除吊索上的弯曲应力，但索夹耳板与加劲梁耳板仍然不在同一轴线上，避免不了耳板处的弯折应力，对于整个缆索系统的结构受力，仍然存在弯曲疲劳风险；

另外，中国专利CN216074748U公开的一种空间缆索结构吊索，在吊索两端连接处设置有球铰转动装置，也可实现横桥向和纵桥向两个方向的转动，但也存在索夹耳板与加劲梁耳板仍然不在同一轴线上问题，避免不了耳板处的弯曲应力，对于整个缆索系统的结构受力，仍然存在弯曲疲劳风险；且球铰转动装置的转动角度较少，难以适用于大跨径空间缆索结构地锚式悬索桥。

发明内容

本发明提供一种自适应的大跨径空间缆悬索桥吊索，可实现在横桥及纵桥两个方向的自适应大角度转动，满足大空间缆地锚式悬索桥的大角度偏转需求，同时解决索夹耳板和加劲梁耳板处的弯折问题，避免存在弯曲疲劳的风险。

一种自适应的大跨径空间缆悬索桥吊索，包括从上到下依次连接的上部构件、上拉索、关节连接器、下拉索和加劲梁；上部构件用于夹持主缆缆索。

所述上部构件外壁上设置有凹槽，所述上拉索设置在所述凹槽内，所述上拉索绕过所述上部构件后其两端均铰接所述关节连接器；上拉索采用柔性拉索，如钢丝绳，索体骑跨过上部构件，与上部构件上部的凹槽连接，上拉索的索体可在凹槽内进行位置调整，从而实现调节索夹两侧拉索的长度，从而实现拉索在横桥向的大角度转动；

所述上拉索采用柔性拉索，如钢丝绳，其弯曲刚性小，可以通过索体自适应的微量摆动，避免在活载作用和风荷载作用下产生的加劲梁摆动引起的弯折；

所述下拉索上端和所述关节连接器下端铰接且下端和所述加劲梁，所述上拉索和关节连接器铰接的中心轴线与下拉索和加劲梁铰接的中心轴线交叉设置；即两个轴线交叉设置，即可实现两个方向转动调整，上下两个转动部位的转动方向相互交叉设置，即非平行设置，从而实现了两个方向自由度的旋转，通过销轴转动可实现横桥及纵桥两个方向的自适应转动，避免弯折应力，满足空间缆的大角度偏转的需求。

所述上拉索和关节连接器铰接的中心轴线与下拉索和加劲梁铰接的中心轴线进一步的可为空间垂直交叉设置，即两个转动轴的中心轴线空间垂直设置，结构简单，便于加工安装。只需最终保证上拉索叉耳与关节连接器连接的销轴中心轴线与下拉索叉耳与加劲梁连接的销轴中心轴线呈垂直设置，从而保证该吊索组合结构可实现在横桥及纵桥两个方向的自适应转动，满足空间缆的大角度偏转的需求。

优选的，所述关节连接器包括连接板、设置在所述连接板上部的第一轴孔和设置在所述连接板下部的第二轴孔，第一轴孔设置为两个，所述上拉索的两端和两个所述第一轴孔转动连接，所述下拉索上端和所述第二轴孔转动连接。采用轴孔连接，实现自由转动，成本低，安装更换方便。

进一步的，所述上拉索包括从上到下依次连接的上拉索索体、上拉索锚具、上拉索叉耳和上拉索销轴，所述上拉索叉耳通过所述上拉索销轴和所述第一轴孔转动连接。上拉索通过销轴，可实现横桥方向的自适应转动，避免上拉索与关节连接器的连接处存在弯折，消除弯曲疲劳风险。

进一步的，所述下拉索包括从下到上依次连接的下拉索下端销轴、下拉索下端叉耳、下拉索下端锚具、下拉索索体、下拉索上端锚具、下拉索上端叉耳和下拉索上端销轴，所述下拉索上端叉耳通过所述下拉索上端销轴和所述第二轴孔转动连接，所述下拉索下端叉耳通过下拉索下端销轴和所述加劲梁的耳板转动连接。下拉拉索通过销轴，可实现横桥和纵桥方向的自适应转动，避免下拉索与关节连接器，下拉索与加劲梁的连接处存在弯折，消除弯曲疲劳风险。

优选的，所述第一轴孔和所述第二轴孔轴内均安装有轴套。安装轴套，可减小转动阻力，保护销轴，实现更好的自适应转动。

优选的，所述轴套采用锡青铜基体，所述轴套内壁上设置有2个以上圆孔，所述圆孔内填充固态润滑剂。关节连接器的销轴孔内设置轴套，保证销轴与叉耳之间的转动性能。轴套采用自润滑复合材料，在锡青铜基体上，均布的填充固态润滑剂，固态润滑剂可选用如石墨、氟化石墨、聚四氟乙烯等具有低摩擦系数、高承载能力的固态润滑剂，从而保证轴套的自润滑功能、承载性能和良好的转动效果。

优选的，所述第一轴孔和所述第二轴孔的轴线平行或垂直。只需最终保证上拉索叉耳与关节连接器连接的销轴中心轴线与下拉索叉耳与加劲梁连接的销轴中心轴线呈垂直设置，从而保证该吊索组合结构可实现在横桥及纵桥两个方向的自适应转动，满足空间缆的大角度偏转的需求。

此外，本发明的下拉索也可以用球铰结构进行安装，下拉索下端包括下拉索下端锚具、球铰和螺母，所述下拉索下端锚具通过球铰和所述加劲梁连接，所述螺母设置在所述球铰下方且和所述下拉索下端锚具螺纹连接；也可采用球铰结构和螺母与加劲梁连接从而实现角度转动。

具体的，所述上部构件为索夹或钢拱结构中的任一种。索夹外壁上的凹槽，在主缆截面为圆环结构，与主缆外圆同心，上拉索自适应滑动过程中，施加给索夹的承载压力，始终为向心方向，受力简洁直接。

具体的所述上拉索锚具、所述下拉索下端锚具和所述下拉索上端锚具采用热铸锚、冷铸锚、整束挤压或冷铸加挤压复合锚固等锚固型式中的任意一种。保证上拉索和下拉索具有可靠的锚固性能和良好的疲劳性能，满足大跨径悬索桥的高耐久、高可靠性能需求。

本发明的有益效果是：

1、通过两个垂直方向角度的转动连接，可实现在横桥及纵桥两个方向的自适应转动，满足空间缆的大角度偏转的需求。

2、上拉索索体采用骑跨式结构与索夹(或钢拱的凹槽连接，通过拉索的在凹槽内自适应滑动，调节索夹两侧拉索的长度，可实现拉索在横桥向的自适应转动，可以消除索夹耳板和梁端耳板及整个吊索体系的弯曲应力，避免弯曲疲劳风险。

3、上拉索采用柔性拉索，如钢丝绳，其弯曲刚性小，可以通过索体自适应的微量摆动，避免在活载作用和风荷载作用下产生的加劲梁摆动引起的弯折；

4、上、下拉索之间采用关节连接器进行连接，下拉索采用叉耳与加劲梁连接，上拉索叉耳与关节连接器连接的销轴中心轴线与下拉索叉耳与加劲梁连接的销轴中心轴线呈垂直设置，通过销轴转动可实现横桥及纵桥两个方向的自适应转动。

附图说明

图1和图2是本发明所述的一种自适应的大跨径空间缆悬索桥吊索的结构示意图，其中图2是图1的左视图。

图3和图4是本发明所述的关节连接器的结构示意图，其中图4是关节连接器的剖视结构图。

图5是本发明所述的轴套的结构剖视图。

图6是图1中A处放大图，示出了凹槽的结构及位置。

图7是本发明的实施例3的关节连接器的结构示意图。

图8和图9是本发明的实施例4的关节连接器的结构示意图。

图10是本发明所述的实施例4的整体结构示意图。

图11是本发明的实施例5的关节连接器的结构示意。

图12是本发明的实施例5所述的下拉索和加劲梁连接结构图。

图中：1-上拉索、11-上拉索索体、12-上拉索锚具、13-上拉索叉耳、14-上拉索销轴；

2-关节连接器、21-连接板、22-第一轴孔、23-第二轴孔、24-轴套、25-圆孔、26-固态润滑剂

3-下拉索、31-下拉索下端销轴、32-下拉索下端叉耳、33-下拉索下端锚具、34-下拉索索体、35-下拉索上端锚具、36-下拉索上端叉耳、37-下拉索上端销轴、38-球铰、39-螺母；

4-加劲梁；

5-上部构件、51-凹槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左”、“右”、“上”，“下”，“前”，“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或结构必须具有的特定方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

如图1和图2所示，一种自适应的大跨径空间缆悬索桥吊索，包括从上到下依次连接的上部构件5、上拉索1、关节连接器2、下拉索3和加劲梁4；

如图6所示，所述上部构件5外壁上设置有凹槽51，所述上拉索1设置在所述凹槽51内，所述上拉索1绕过所述上部构件5后其两端均铰接所述关节连接器2；所述下拉索3上端和所述关节连接器2下端铰接且下端和所述加劲梁4；

如图1和图2所示，所述上拉索1和关节连接器2铰接的中心轴线与下拉索3和加劲梁4铰接的中心轴线交叉设置。

本实施例通过两个方向的铰接连接可实现纵桥向的自适应转动；即该吊索组合结构可实现在横桥向及纵桥向两个方向的自适应转动，满足空间缆的大角度偏转的需求。

实施例2：

如图1和图2所示，一种自适应的大跨径空间缆悬索桥吊索，包括从上到下依次连接的上部构件5、上拉索1、关节连接器2、下拉索3和加劲梁4；

如图6所示，所述上部构件5外壁上设置有凹槽51，所述上拉索1设置在所述凹槽51内，所述上拉索1绕过所述上部构件5后其两端均铰接所述关节连接器2；所述下拉索3上端和所述关节连接器2下端铰接且下端和所述加劲梁4；

如图1和图2所示，所述上拉索1和关节连接器2铰接的中心轴线与下拉索3和加劲梁4铰接的中心轴线交叉设置，进一步的可为空间垂直交叉设置。

本实施例中，上拉索1采用钢丝绳拉索。

如图3和图4所示，本实施例中，所述关节连接器2包括连接板21、设置在所述连接板21上部的第一轴孔22和设置在所述连接板21下部的第二轴孔23，本实施中，第一轴孔21设置为两个，第二连接孔设置为1个，所述上拉索1的两端和两个所述第一轴孔22转动连接，所述下拉索3上端和所述第二轴孔23转动连接。

如图1所示，本实施例中，所述上拉索1包括从上到下依次连接的上拉索索体11、上拉索锚具12、上拉索叉耳13和上拉索销轴14，所述上拉索叉耳13通过所述上拉索销轴14和所述第一轴孔22转动连接。

如图1所示，本实施例中，所述下拉索3包括从下到上依次连接的下拉索下端销轴31、下拉索下端叉耳32、下拉索下端锚具33、下拉索索体34、下拉索上端锚具35、下拉索上端叉耳36和下拉索上端销轴37，所述下拉索上端叉耳36通过所述下拉索上端销轴37和所述第二轴孔23转动连接，所述下拉索下端叉耳32通过下拉索下端销轴31和所述加劲梁4的耳板转动连接。

如图4所示，本实施例中，所述第一轴孔22和所述第二轴孔23轴内均安装有轴套24。

如图5所示，本实施例中，所述轴套24采用锡青铜基体，所述轴套24内壁上设置有4个圆孔25，所述圆孔25内填充固态润滑剂26。

如图3和图4所示，本实施例中，所述第一轴孔22和所述第二轴孔23的轴线平行设置。

本实施例中，所述上部构件5为索夹。

本实施例中，所述上拉索锚具12、所述下拉索下端锚具33和所述下拉索上端锚具35采用热铸锚、冷铸锚、整束挤压或冷铸加挤压复合锚固等锚固型式中的任意一种。

本实施例的安装方法如下：

第一步、在工厂内完成上拉索1、下拉索3和关节连接器2的制作；

第二步、将上部构件5按设计要求的倾向角度进行预偏，并进行上部构件5安装；

第三步、现场安装完索夹后，将上拉索1的索体骑跨过上部构件5，与的凹槽51连接，上拉索1的上拉索叉耳13采用销轴与关节连接器2的第一轴孔22连接；

第四步、下拉索上端叉耳36采用销轴与关节连接器2的第二轴孔23连接；

第五步、将加劲梁4吊装至吊索安装的位置，将下拉索3的下拉索下端叉耳32采用销轴与加劲梁4的耳板连接；

第六步，吊索安装完成后，进行索力转换，根据主缆的线形变化，吊索可在凹槽51滑动自适应转动进行倾向角度调整；

第七步，依次进行加劲梁4吊装和吊索安装，至全桥加劲梁4合拢。

实施例3：

如图7所示，本实施中和上述实施例2的不同之处在于，第一轴孔21设置为两个，第二连接孔设置为2个；所述轴套24内壁上设置有2个圆孔25，

实施例4：

如图8和图9所示所示，本实施例和上述实施例2的不同之处仅在于，所述第一轴孔22和所述第二轴孔23的轴线垂直设置；其整体结构图如图10所示。

实施例5：

如图11所示，本实施例和上述实施例4的不同之处在于，第一轴孔21设置为两个，第二连接孔设置为2个；所述上部构件5为钢拱结构；

如图12所示，所述下拉索3下端包括下拉索下端锚具33、球铰38和螺母39，所述下拉索下端锚具33通过球铰38和所述加劲梁4连接，所述螺母39设置在所述球铰38下方且和所述下拉索下端锚具33螺纹连接。