斜拉橋菱形截面分肢單柱式索塔的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及土木工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種斜拉橋菱形截面分肢單柱式索 塔。
【背景技術(shù)】
[0002] 斜拉橋主跨超過700m，采用鋼結(jié)構(gòu)主梁具有明顯技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢時(shí)，可歸為超大跨 徑斜拉橋。目前，超大跨徑斜拉橋技術(shù)呈加速發(fā)展的趨勢，但總體看，跨徑發(fā)展趨勢較為明 顯，支撐技術(shù)發(fā)展相對滯后。塔、梁、索三大結(jié)構(gòu)中，對功能、體系、造型起控制作用的索塔結(jié) 構(gòu)型式較為單調(diào)，H式、倒Y式、花瓶式或?qū)毸降碾p肢索塔以其直觀剛度大，適應(yīng)整體梁設(shè) 置的特點(diǎn)，一直占據(jù)著統(tǒng)治地位。
[0003] 同時(shí)，超大跨徑斜拉橋采用傳統(tǒng)雙肢索塔還存以下問題：①船撞條件下，計(jì)算表明 雙肢索塔基本以半邊結(jié)構(gòu)承受全部撞擊，為保證結(jié)構(gòu)安全，必須增加塔肢材料用量；②超大 跨徑斜拉橋風(fēng)敏感性增強(qiáng)，傳統(tǒng)雙肢索塔的巨大體量及矩形截面導(dǎo)致為克服風(fēng)阻效用，必 須增加結(jié)構(gòu)材料用量；③超大跨徑斜拉橋一般高跨比較小，雙肢索塔往往更凸顯出結(jié)構(gòu)矮 胖、短腿、比例失常，造型不佳的缺陷。
[0004] 2008年建成的昂船洲大橋、2010年建成的上海長江大橋采用了單柱式索塔，其簡 潔剛勁的特征，以體現(xiàn)了超大跨徑斜拉橋建造的新思路。但由于缺少系統(tǒng)的研究，單柱式索 塔的安全性、穩(wěn)定性、抗風(fēng)性、抗震性、抗撞性、占用橋面空間、影響橋梁造價(jià)的問題，目前仍 未得到明確的回答。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 針對上述國內(nèi)外超大跨徑斜拉橋存在的支撐技術(shù)發(fā)展滯后，雙肢索塔型式單調(diào)、 用材加大且景觀不佳，而單柱式索塔技術(shù)優(yōu)勢模糊等問題，本發(fā)明提供一種斜拉橋菱形截 面分肢單柱式索塔。提高了大尺度單柱式索塔的通透感，創(chuàng)造了橋梁養(yǎng)護(hù)、應(yīng)急、拓寬的結(jié) 構(gòu)條件。索塔及其基礎(chǔ)使用材料減少約20%，施工和養(yǎng)護(hù)難度大幅度降低。超大跨徑斜拉 橋應(yīng)用菱形截面分肢單柱式索塔，工程造價(jià)較常規(guī)橋梁方案降低約6%。
[0006] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種斜拉橋菱形截面分肢單柱式索塔，其特征在于：包括上塔柱、分肢中塔柱、分 肢下塔柱、下橫梁以及塔底梁，所述分肢中塔柱上端連接上塔柱，下端連接分肢下塔柱，所 述上塔柱的的頂面為菱形，所述上塔柱的截面為帶倒角的菱形，且截面尺寸連續(xù)變化，所述 上塔柱共形成八個(gè)外側(cè)面，八個(gè)外側(cè)面固定斜度，所述分肢中塔柱、分肢下塔柱均為中空結(jié) 構(gòu)，所述下橫梁設(shè)置在對應(yīng)橋面主梁的位置，所述塔底梁設(shè)置在船撞范圍內(nèi)。
[0008] 所述上塔柱設(shè)有帶倒角的矩形內(nèi)空腔，矩形內(nèi)空腔與菱形截面使上塔柱形成縱橋 向相互支撐的弓形塔壁。
[0009] 所述的縱橋向相互支撐的弓形塔壁內(nèi)設(shè)置有回轉(zhuǎn)式拉索，在回轉(zhuǎn)式拉索作用下， 表現(xiàn)出拱式結(jié)構(gòu)工作特征。
[0010] 所述分肢中塔柱與分肢下塔柱分別由左右對稱的兩部分分肢構(gòu)成。
[0011] 本實(shí)用新型的有益效果是：
[0012] 菱形截面分肢單柱式索塔，創(chuàng)造了一種全新的單柱式索塔結(jié)構(gòu)型式，更加適應(yīng)超 大跨徑斜拉橋的特殊技術(shù)需求；
[0013] 單柱式索塔可整體承受撞擊力，故同一安全水平下，索塔用材減少20%左右，分肢 單柱式索塔對應(yīng)船撞區(qū)設(shè)塔底梁，保持了常規(guī)單柱式索塔的整體抗撞性能；
[0014] 索塔上塔柱采用菱形截面，中、下塔柱采用分肢型式，在形狀、比例上具有優(yōu)良的 氣動特性，塔體縱、橫向風(fēng)阻減少50%左右，有效提尚了結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能；
[0015] 索塔中、下塔柱采用分肢型式，進(jìn)一步提高了結(jié)構(gòu)的抗震性能，塔、粧抗震計(jì)算配 筋均控制在1%的理想范圍，打破了單柱式索塔抗震能力不強(qiáng)的慣性思維；
[0016] 對分肢單柱式索塔的穩(wěn)定這一關(guān)鍵問題，提出以基本理論計(jì)算結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的觀點(diǎn)， 解決了現(xiàn)行規(guī)范的穩(wěn)定驗(yàn)算方法在大型、復(fù)雜結(jié)構(gòu)橋梁上存在的不適用問題；
[0017] 上塔柱兩弓形塔壁內(nèi)設(shè)置有回轉(zhuǎn)式拉索，使其在拉索的環(huán)繞作用下，表現(xiàn)出拱式 結(jié)構(gòu)工作特征，受力方式發(fā)生了根本性變化，安全、耐久性得以極大提高；
[0018] 上塔柱拉索的通過和錨固均在弓形塔壁中進(jìn)行，塔壁上取消了齒塊、錨梁、錨箱等 傳統(tǒng)復(fù)雜錨索構(gòu)造，施工和養(yǎng)護(hù)的難度、材料和費(fèi)用的使用均大幅降低；
[0019] 中、下塔柱采用分肢型式，橋面中部通行空間全橋貫通，可方便地加裝出養(yǎng)護(hù)、應(yīng) 急、人行、汽車或輕軌等通道，實(shí)現(xiàn)橋梁使用功能和橋位資源利用的升級；
[0020] 超大跨徑斜拉橋采用單柱式索塔，具有更好的比例適應(yīng)性；超大跨徑斜拉橋常設(shè) 于海灣、海峽、港區(qū)，單柱式索塔獨(dú)有的桅桿、風(fēng)帆造形具有更好的環(huán)境融合性；菱形截面分 肢單柱式索塔不僅保證了上述優(yōu)勢的實(shí)現(xiàn)，而且進(jìn)一步解決了大尺度單柱式索塔的近距離 通透感不佳問題。
【附圖說明】
[0021] 圖1為索塔的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖2為上塔柱的截面示意圖；
[0023] 圖3為塔、梁交點(diǎn)構(gòu)造示意圖；
[0024] 圖4為梁、索連接構(gòu)造示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下 面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型，但下述實(shí)施例僅僅為本實(shí)用新型的優(yōu) 選實(shí)施例，并非全部?；趯?shí)施方式中的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的 前提下所獲得其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0026] 如圖1、圖2所示，一種斜拉橋菱形截面分肢單柱式索塔，包括上塔柱2、分肢中塔 柱3、分肢下塔柱4、下橫梁5以及塔底梁6,分肢中塔柱3上端連接上塔柱2,下端連接分肢 下塔柱4,上塔柱2的的頂面1為菱形，上塔柱2的中段截面為帶倒角的菱形，且截面尺寸由 上至下連續(xù)變大，上塔柱2共形成八個(gè)外側(cè)面8,八個(gè)外側(cè)面8固定斜度，分肢中塔柱3、分 肢下塔柱4均為中空結(jié)構(gòu)，下橫梁5設(shè)置在對應(yīng)橋面主梁的位置，塔底梁6設(shè)置在船撞范圍 內(nèi)。
[0027] 上塔柱2設(shè)有帶倒角的矩形內(nèi)空腔10,矩形內(nèi)空腔10與菱形截面使上塔柱2形成 縱橋向相互支撐的弓形塔壁9 ;縱橋向相互支撐的弓形塔壁9內(nèi)設(shè)置有回轉(zhuǎn)式拉索7,在回 轉(zhuǎn)式拉索7作用下，表現(xiàn)出拱式結(jié)構(gòu)工作特征。上塔柱兩弓形塔壁9內(nèi)，設(shè)置回轉(zhuǎn)式拉索7 繞過塔柱并夾持于弓形塔壁9，使弓形塔壁9產(chǎn)生以壓為主的受力狀態(tài)，與拱式結(jié)構(gòu)相同。
[0028] 分肢中塔柱3與分肢下塔柱4分別由左右對稱的兩部分分肢構(gòu)成。
[0029] 菱形截面分肢單柱式索塔以四個(gè)固定斜度的縱、橫向外側(cè)面構(gòu)建的實(shí)體為基礎(chǔ)， 另用四個(gè)固定斜度的對角向外側(cè)面切割實(shí)體邊角，形成截面由下部矩形連續(xù)變化至上部菱 形的八棱體。
[0030] 分肢中塔柱3、分肢下塔柱4,以及下橫梁5和塔底梁6也均設(shè)帶倒角的矩形內(nèi)空 腔，索塔內(nèi)部空腔連通，形成系統(tǒng)。
[0031] 應(yīng)用時(shí)，超大跨徑斜拉橋?yàn)槲蹇邕B續(xù)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)應(yīng)用菱形截面分肢單柱式索塔，并 以其為主體，構(gòu)建全橋結(jié)構(gòu)體系。
[0032] 參見圖3,主梁15采用分體鋼箱梁，分別從索塔兩邊繞過，單體鋼箱梁16用橫梁 17連接，塔、梁間豎向無直接連接，形成全漂浮體系，以充分適應(yīng)單柱式索塔特點(diǎn)。
[0033] 參見圖4,拉索7則采用四索面型式，分別錨固于單體鋼箱梁16兩側(cè)，以優(yōu)化寬主 梁15的縱、橫向受力。
[0034] 驗(yàn)證時(shí)，超大跨徑斜拉橋，應(yīng)用菱形截面分肢單柱式索塔，提出技術(shù)實(shí)施的效果驗(yàn) 證指標(biāo)：
[0035] ①整體受力，相同安全水平下，索塔及其基礎(chǔ)材料用量減少約20%。
[0036] ②索塔的上塔柱呈流線形，中、下塔柱長寬比加大，風(fēng)阻減少約50% :
[0037] 柱式塔風(fēng)阻系數(shù)對比表：
[0038]
[0039] ③上塔柱弓形塔壁在回轉(zhuǎn)式拉索作用下受壓均勻，最大壓應(yīng)力7Mpa，狀態(tài)理想。
[0040] ④四索支承的主梁，較雙索面支承的分體鋼箱梁，縱向最大應(yīng)力保持為IOOMpa 時(shí)，橫向最大應(yīng)力由IOOMpa左右降低至50Mpa以下，頂板剪應(yīng)力大幅降低。以此優(yōu)化設(shè)計(jì)， 橫梁設(shè)置改用兩倍拉索間距，分體鋼箱主梁較常規(guī)整體鋼箱梁，重量增加由20 %降低至約 6%〇
[0041] ⑤超大跨徑斜拉橋，應(yīng)用菱形截面分肢單柱式索塔，方案造價(jià)13. 4083億元，較常 規(guī)方案降低6%，8520萬元。其中，采用回轉(zhuǎn)式拉索，索塔錨索用鋼456t，造價(jià)848萬，較鋼 錨梁用鋼下降72 %，造價(jià)下降67 %。
[0042] ⑥超大跨徑斜拉橋主梁中間透空帶全橋貫通，設(shè)計(jì)預(yù)留兩條備用通道。，橋位地處 長江重要港口城市，設(shè)計(jì)以"渡江"作為工程主題，以柱式塔、四索面的桅桿和風(fēng)帆造形，融 合了工程環(huán)境，承載出工程主題。
[0043] 以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行 業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述 的僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選例，并不用來限制本實(shí)用新型，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍 的前提下，本實(shí)用新型還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用 新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種斜拉橋菱形截面分肢單柱式索塔，其特征在于：包括上塔柱、分肢中塔柱、分肢 下塔柱、下橫梁以及塔底梁，所述分肢中塔柱上端連接上塔柱，下端連接分肢下塔柱，所述 上塔柱的的頂面為菱形，所述上塔柱的截面為帶倒角的菱形，且截面尺寸連續(xù)變化，所述上 塔柱共形成八個(gè)外側(cè)面，八個(gè)外側(cè)面固定斜度，所述分肢中塔柱、分肢下塔柱均為中空結(jié) 構(gòu)，所述下橫梁設(shè)置在對應(yīng)橋面主梁的位置，所述塔底梁設(shè)置在船撞范圍內(nèi)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的斜拉橋菱形截面分肢單柱式索塔，其特征在于：所述上塔柱 設(shè)有帶倒角的矩形內(nèi)空腔，矩形內(nèi)空腔與菱形截面使上塔柱形成縱橋向相互支撐的弓形塔 壁。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的斜拉橋菱形截面分肢單柱式索塔，其特征在于：所述的縱橋 向相互支撐的弓形塔壁內(nèi)設(shè)置有回轉(zhuǎn)式拉索，在回轉(zhuǎn)式拉索作用下，表現(xiàn)出拱式結(jié)構(gòu)工作 特征。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的斜拉橋菱形截面分肢單柱式索塔，其特征在于：所述分肢中 塔柱與分肢下塔柱分別由左右對稱的兩部分分肢構(gòu)成。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種斜拉橋菱形截面分肢單柱式索塔，涉及土木工程技術(shù)領(lǐng)域，包括上塔柱、分肢中塔柱、分肢下塔柱、下橫梁以及塔底梁，上塔柱的頂面為菱形，上塔柱的截面為帶倒角的菱形，且截面尺寸連續(xù)變化，所述上塔柱共形成八個(gè)外側(cè)面，八個(gè)外側(cè)面固定斜度，所述分肢中塔柱、分肢下塔柱均為中空結(jié)構(gòu)，下橫梁設(shè)置在對應(yīng)橋面主梁的位置，塔底梁設(shè)置在船撞范圍內(nèi)。結(jié)構(gòu)具有“抗撞、抗風(fēng)、抗震”等綜合優(yōu)勢；上塔柱獨(dú)特的弓形塔壁表現(xiàn)出拱式結(jié)構(gòu)的工作特征，根本改變了索塔的受力方式，極大提高了塔柱的安全性和耐久性；分肢中、下塔柱進(jìn)一步提高了單柱式索塔的通透感，同時(shí)創(chuàng)造了橋梁養(yǎng)護(hù)、應(yīng)急、拓寬的結(jié)構(gòu)條件。
【IPC分類】E01D19/14, E01D11/04
【公開號】CN204849589
【申請?zhí)枴緾N201520460771
【發(fā)明人】胡可, 楊曉光, 徐宏光, 梅應(yīng)華, 王勝斌, 席進(jìn), 吳平平, 竇巍, 魏民, 郭慶超
【申請人】安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年6月29日