一种连续刚构与悬索组合桥梁结构体系及其施工方法

摘要

本发明提供了一种连续刚构与悬索组合桥梁结构体系及相应的施工方法，该桥梁体系中：悬索主缆为预制件，包括中跨主缆与两边跨主缆；结构连续的变截面主梁固结在桥梁两主墩上，两主墩墩顶上固结桥塔，共同形成塔‑梁‑墩固结的整体结构，所述桥塔顶部设置钢锚箱，以所述变截面主梁为平台，利用两桥塔顶部的钢锚箱与两梁端锚固结构分“三段式”分段架设预制的悬索主缆，所述中跨主缆的中部与变截面主梁之间挂设多根等距均匀排布的吊杆，由钢锚箱、悬索主缆以及吊杆构成悬索系统。本发明可有效避免现有悬索桥桥梁结构体系的不足，综合其优点，为主跨130‑300m跨径提供了一种更有竞争力的全新桥型方案。

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁领域，更具体地说是一种连续刚构与悬索组合桥梁结构体系及其施工方法。

背景技术

随着我国桥梁建设的不断发展，大跨度连续刚构桥的建设所占比例逐渐变大，但从全国连续刚构桥建成使用情况来看，很多预应力连续刚构桥相继出现了影响结构正常使用或结构耐久性的跨中下挠问题。跨中的持续下挠影响行车的舒适性，另外，梁体会出现大量裂缝，最终导致桥梁的耐久性问题。

悬索桥是一种通过索塔悬挂并锚固于两岸(或桥两端)的缆索作为上部结构主要承重构件的桥梁。从缆索垂下许多吊杆，把桥面吊住。根据锚固方式不同，悬索桥可以分为地锚式悬索桥和自锚式悬索桥，如下：

地锚式悬索桥的主缆两端锚固在厚重强大的锚碇。在一些岩石基础比较好的地区可以做成岩隧锚固形式。但厚重的锚碇施工周期长、造价高，同时，悬索桥主缆还存在着主缆不可更换这一缺陷；

而自锚式悬索桥的主缆两端是锚固在强大的端横梁上。其施工方式经常是采用先梁后缆的方式。即先采用满堂支架施工主梁，然后挂索、张拉，因此并不适合跨越深河峡谷。

发明内容

本发明旨在避免现有悬索桥桥梁结构体系的不足之处，综合其优点，提出一种连续刚构与悬索组合桥梁结构体系，以及相应的施工方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种连续刚构与悬索组合桥梁结构体系，其结构特点是：

悬索主缆为预制件，包括中跨主缆与两边跨主缆；

结构连续的变截面主梁固结在桥梁两主墩上，两主墩墩顶上固结桥塔，共同形成塔-梁-墩固结的整体结构，所述桥塔顶部设置钢锚箱，以所述变截面主梁为平台，利用两桥塔顶部的钢锚箱与两梁端锚固结构分“三段式”分段架设预制的悬索主缆，所述中跨主缆的中部与变截面主梁之间挂设多根等距均匀排布的吊杆，由钢锚箱、悬索主缆以及吊杆构成悬索系统；

所述“三段式”分段施工为先分别在梁端锚固结构与所在侧的钢锚箱之间架设两边跨主缆，最后在两钢锚箱之间架设中跨主缆。

本发明的结构特点也在于：

所述悬索主缆为高强镀锌平行钢丝成品索，外套HDPE索套管。

所述桥塔为混凝土桥塔，高度为桥梁主跨径的1/6-1/4。

所述桥塔与主墩之间、主墩与变截面主梁之间采用刚性连接。

所述吊杆采用钢绞线整束挤压式拉索体系。

所述桥塔上预留有供悬索主缆装配的安装孔。

悬索主缆交叉锚固在桥塔顶端的钢锚箱上。

所述梁端锚固结构为桥梁梁端的锚固块。

本发明同时提出了一种连续刚构与悬索组合桥梁结构体系的施工方法，按照如下步骤进行：

步骤1、施工桥梁基础、桥墩；

步骤2、搭设支架，施工墩顶梁段，张拉相应钢束，同步爬模施工主塔；

步骤3、采用挂篮悬臂依次浇筑变截面主梁梁段：先安装悬臂浇筑梁段的施工挂篮，并将挂篮移动到位，从墩顶梁段分别向梁端和中跨悬臂浇筑混凝土，并张拉相应的预应力系统；

步骤4、施工边跨现浇段和边跨合拢段及梁端锚固块：

边跨现浇段施工中，在最大悬臂状态下，对称平衡拆除全部悬臂施工挂篮，安装用于边跨现浇段施工的支架，并进行预压调整，接着浇筑边跨现浇段混凝土；

边跨合拢段施工中，在悬臂两端施加边跨合拢段重量一半的配重，接着安装跨中水平顶推设备，对最大悬臂状态逐级对称施加推力，安装劲性骨架，浇筑边跨合拢段混凝土，同时卸掉等量的压重，待混凝土强度达到要求后，张拉相应预应力完成边跨合拢段施工，最后去除墩顶梁段与主墩之间的临时锚固系统，进行体系转换；

步骤5、中跨合拢，完成变截面主梁的施工：拆除边跨现浇段支架，安装中跨合拢吊架，并在中跨施加中跨合拢段混凝土重量一半的配重，接着施加顶推力，安装劲性骨架，浇筑中跨合拢段混凝土，同步卸载配重，待混凝土强度达到要求后，张拉预应力完成全桥、桥塔合拢，同时浇筑吊点区横梁；

步骤6、以变截面主梁为平台，分“三段式”施工架设悬索主缆：首先将左边跨主缆通过主缆锚头锚固在桥塔顶端的钢锚箱和梁端的锚固块上，完成主缆架设的第一阶段施工，同理，将右边跨主缆锚固在桥塔顶端的钢锚箱和梁端的锚固块上，完成主缆架设的第二阶段施工，最后，将中跨主缆通过主缆锚头锚固在钢锚箱上，完成主缆架设的第三阶段施工，至此，悬索主缆架设完成；

步骤7、挂设吊杆，施工桥面铺装、护栏等附属结构，完成连续刚构与悬索组合桥梁结构的施工。

进一步设置，步骤2中：在墩顶梁段施工后，对其塔柱和主梁同步施工。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明综合了连续刚构桥刚度大以及悬索桥跨越能力强的受力优点，主梁连续，外形优美，而且塔梁墩固结，有利于悬臂施工，因此适合跨越深河峡谷，是主跨130-300m跨径的一种更有竞争力的全新桥型方案，同时，本发明避免了更换支座，省去了连续梁施工在体系转换时采用的临时固结措施，省去了大跨连续梁的支座，无需巨型支座的设计，节省了制造、养护和更换支座的费用；本发明在梁体合拢之后再挂索、张拉，可以免去造价高昂、施工周期长的锚碇，并且通过主缆和吊杆的张拉力可以有效控制跨中梁体的下挠，延长了桥梁的使用寿命，保障了桥梁的运营安全，具有非常显著的经济效益和社会效益；

2、本发明中悬索主缆为工厂化预制结构，规避了传统悬索桥主缆在现场安装制作，节省了大量的施工周期，而且可实现对主缆进行直接更换，极大地拓宽了常规悬索桥的设计思路，有着较大、良好的社会影响；

3、本发明中悬索主缆的架设施工直接为“三段式”分段施工，吊装十分轻便，不需要传统悬索桥施工现场索股临时架设，即不需要猫道设施，既保障了施工安全，又极大地节省了工期和费用；悬索系统的施工可充分利用已施工完成的刚构桥为施工平台，规避了常规悬索桥临时猫道施工系统，解决了悬索桥施工造价高、施工难度大的缺陷；

4、本发明悬索主缆自然舒展，曲线优美，与吊杆排列有序；利用悬索主缆和吊杆承担梁体的部分梁重，可以显著减小变截面主梁的徐变挠度，不仅如此，变截面主梁的凸曲线与悬索主缆的凹曲线在主跨相呼应，整体简洁、明快，展现出优美的结构线条。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2至图8是本发明连续刚构与悬索组合桥梁结构体系施工流程图；

图9是传统悬索桥猫道系统的结构示意图。

图中，1主墩；2锚固块；3变截面主梁；4桥塔；5跨中主缆；6边跨主缆；7吊杆；8钢锚箱；9传统悬索桥主缆；10猫道。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图9所示，传统悬索桥主缆9是将工厂预制好的平行钢丝索股牵引到猫道10上，架设后再捆扎成主缆。主缆架设方法是先安装塔顶吊机、吊装索鞍等作业，再依次架设导索、牵引索、猫道承重索，安装猫道面层和横向天桥，架设风缆致使猫道完成，然后架设索股，安装索夹，最后将猫道转载于主缆上。

请参照图1，本实施例的连续刚构与悬索组合桥梁结构体系结构设置如下：

悬索主缆为预制件，包括中跨主缆与两边跨主缆6；

结构连续的变截面主梁3固结在桥梁两主墩1上，两主墩1墩顶上固结桥塔4，共同形成塔-梁-墩固结的整体结构，桥塔4顶部设置钢锚箱8，以已完成施工的变截面主梁3为平台，利用两桥塔4顶部的钢锚箱8与两梁端锚固结构分“三段式”分段架设预制的悬索主缆，中跨主缆的中部与变截面主梁3之间挂设多根等距均匀排布的吊杆7，由钢锚箱8、悬索主缆以及吊杆7构成悬索系统，实现大跨度跨越；

“三段式”分段施工为先分别在梁端锚固结构与所在侧的钢锚箱8之间架设两边跨主缆6，最后在两钢锚箱8之间架设中跨主缆。

通过以已完成施工的变截面主梁3作为平台采用“三段式”分段施工悬索主缆，使得吊装十分轻便，不需要传统悬索桥施工现场索股临时架设，即不需要猫道设施，既保障了施工安全，又极大地节省了工期和费用。

具体实施中，相应的结构设置也包括：

悬索主缆为高强镀锌平行钢丝成品索，外套HDPE索套管。

桥塔4为混凝土桥塔4，高度为桥梁主跨径的1/6-1/4。

桥塔4与主墩1之间、主墩1与变截面主梁3之间采用刚性连接。

吊杆7采用钢绞线整束挤压式拉索体系。

传统悬索桥的主缆是梁体的主要称重构件，在长期运营期间，主缆一旦发生锈蚀，强度退化之后则无法更换。本实施例由于梁体的重力主要由其自身承担，所以其具有更换主缆的可行性。为实现主缆可更换，本实施例即在桥塔4上预留有供悬索主缆装配的安装孔，在成桥后可实现对悬索主缆的更换。

又由于悬索主缆仅承担跨中部分的恒载和活载，其主缆截面尺寸小及承担拉力小，一方面，可在桥塔4顶端设置钢锚箱8，将悬索主缆交叉锚固在桥塔4顶端的钢锚箱8上，实现可对锚固区精准定位，且易于实施，大幅度加快了施工进度，并且吊装安全可靠，保障了施工安全，同时，省去了传统悬索桥安装复杂、价格昂贵的索鞍；另一方面，悬索中跨主缆的两端锚固可以依靠桥塔4顶端的钢锚箱8锚固，边跨主缆6的两端锚固可以依靠桥梁两端的锚固块2和桥塔4顶端的钢锚箱8锚固，这样即可以避免传统自锚式悬索桥由于在两端散索锚固导致体积庞大的端横梁。

梁端锚固结构为桥梁梁端的锚固块2。

本发明实施例同时提出了该连续刚构与悬索组合桥梁结构体系的施工方法，施工流程如图2至图8依次所示，具体按照如下步骤进行：

步骤1、施工桥梁基础、桥墩；

步骤2、搭设支架，施工墩顶梁段，张拉相应钢束，同步爬模施工主塔；

步骤3、采用挂篮悬臂依次浇筑变截面主梁3梁段：先安装悬臂浇筑梁段的施工挂篮，并将挂篮移动到位，从墩顶梁段分别向梁端和中跨悬臂浇筑混凝土，并张拉相应的预应力系统；

步骤4、施工边跨现浇段和边跨合拢段及梁端锚固块2：

边跨现浇段施工中，在最大悬臂状态下，对称平衡拆除全部悬臂施工挂篮，安装用于边跨现浇段施工的支架，并进行预压调整，接着浇筑边跨现浇段混凝土；

边跨合拢段施工中，在悬臂两端施加边跨合拢段重量一半的配重，接着安装跨中水平顶推设备，对最大悬臂状态逐级对称施加推力，安装劲性骨架，浇筑边跨合拢段混凝土，同时卸掉等量的压重，待混凝土强度达到要求后，张拉相应预应力完成边跨合拢段施工，最后去除墩顶梁段与主墩1之间的临时锚固系统，进行体系转换；

步骤5、中跨合拢，完成变截面主梁3的施工：拆除边跨现浇段支架，安装中跨合拢吊架，并在中跨施加中跨合拢段混凝土重量一半的配重，接着施加顶推力，安装劲性骨架，浇筑中跨合拢段混凝土，同步卸载配重，待混凝土强度达到要求后，张拉预应力完成全桥、桥塔4合拢，同时浇筑吊点区横梁；

步骤6、以变截面主梁3为平台，分“三段式”施工架设悬索主缆：首先将左边跨主缆6通过主缆锚头锚固在桥塔4顶端的钢锚箱8和梁端的锚固块2上，完成主缆架设的第一阶段施工，同理，将右边跨主缆6锚固在桥塔4顶端的钢锚箱8和梁端的锚固块2上，完成主缆架设的第二阶段施工，最后，将中跨主缆通过主缆锚头锚固在钢锚箱8上，完成主缆架设的第三阶段施工，至此，悬索主缆架设完成；

步骤7、挂设吊杆7，施工桥面铺装、护栏等附属结构，完成连续刚构与悬索组合桥梁结构的施工。

进一步设置，步骤2中：在墩顶梁段施工后，对其塔柱和主梁同步施工。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。