CN111705623A - 一种超大跨径悬索桥的拱形钢管中央扣结构 - Google Patents

Abstract

拱形钢管中央扣包括缆索扣件、连接钢板和拱形钢管等，缆索扣件紧紧握裹主缆，缆索扣件的正下方焊接连接钢板，左右两个拱形钢管位于连接钢板的两侧，拱形钢管的顶部与缆索扣件和连接钢板两者焊接连接，拱形钢管底部锚固于加劲梁之上，吊索上端悬挂于连接钢板之下，吊索下端悬吊加劲梁。超大跨径悬索桥设置拱形钢管中央扣，可保证桥面加劲梁和悬索桥主缆索两者协同工作，加强了悬索桥的纵向刚度，降低了悬索桥的纵向地震位移，可大幅度提高超大跨径悬索桥的反对称扭转频率，可显著降低悬索桥桥塔的地震动力响应。拱形钢管中央扣结构刚柔并济，具有造型漂亮、施工方便、受力可靠、抗震延性好和造价低等优点。可以作为超大跨径悬索桥的中央扣结构。

Description

一种超大跨径悬索桥的拱形钢管中央扣结构

技术领域

本发明属于桥梁工程领域，涉及一种悬索桥的中央扣结构，尤其涉及一种超大跨径悬索桥的拱形钢管中央扣结构。

背景技术

随着悬索桥的跨径不断增加，悬索桥结构的纵向地震位移不断增加，悬索桥结构纵向漂移问题日益突出。

目前，中央扣结构主要有两种形式，一种是刚性中央扣，即用刚性三角形桁架联合主缆与加劲梁；另外一种是柔性中央扣，即用一对或三队斜吊索建立缆索与加劲梁纵向约束，相对而言，柔性中央扣由于施工的便利性，更加为设计师青眯。

刚性中央扣受力牢靠，但是，其施工困难，并且在罕遇强震时，刚性中央扣悬索桥的主缆索和主梁的应力疲劳损伤问题比较突出。

柔性中央扣施工方便，但是，由于性中央扣缆索只受拉不受压的特性，在罕遇强震时，纵向地震位移较大，将导致柔性中央扣缆索会断裂失效。

在高烈度地震区，超大跨径悬索桥采用刚性中央扣或柔性中央扣并不合适，会导致主梁及中央扣构件本身的应力大幅增加甚至破坏，因而，超大跨径悬索桥的中央扣结构需要技术改进。

在高烈度地震区，超大跨径悬索桥中央扣结构应采用刚柔并济的中央扣结构，可利用抗震性能优良的拱形钢管结构，拱形钢管结构和缆索扣件相连接，形成一种超大跨径悬索桥的拱形钢管中央扣结构。缆索扣件紧紧握裹主缆，缆索扣件的正下方焊接连接钢板，左右两个拱形钢管位于连接钢板的两侧，拱形钢管的顶部与缆索扣件和连接钢板两者焊接连接，拱形钢管底部锚固于加劲梁之上，拱形钢管中央扣结构具有造型漂亮、施工方便、受力可靠、抗震耗能能力强和价格低等优点。

发明内容

发明目的：本发明提供一种造型漂亮、施工方便、受力可靠、抗震耗能能力强和价格低的超大跨径悬索桥的拱形钢管中央扣结构，拱形钢管中央扣结构底部固定在桥面加劲梁之上，其拱形钢管结构和缆索扣件相连接，拱形钢管中央扣结构可大幅度改善超大跨径悬索桥结构的纵向受力性能。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供一种超大跨径悬索桥的拱形钢管中央扣结构，包括缆索扣件、连接钢板和拱形钢管，其特征在于：缆索扣件紧紧握裹主缆，缆索扣件的正下方焊接连接钢板，左右两个拱形钢管位于连接钢板的两侧，拱形钢管的顶部与缆索扣件和连接钢板两者焊接连接，拱形钢管底部锚固于加劲梁之上，吊索上端悬挂于连接钢板之下，吊索下端悬吊加劲梁。

优选地，所述的缆索扣件由A型缆索扣件、B型缆索扣件和连接螺栓构成，Ω形状的A型缆索扣件在主缆的上部；倒Ω形状的B型缆索扣件在主缆的下部，A型缆索扣件和B型缆索扣件之间设置双排连接螺栓。

本发明一种超大跨径悬索桥的拱形钢管中央扣结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：选择超大跨径悬索桥的场地，修建锚碇和桥塔基础，进行桥塔结构施工，进行临时猫道施工，进行悬索桥的主缆安装施工，安装吊索，分节段吊装桥面加劲梁，直到全桥桥面合拢；

步骤二：在悬索桥主缆的跨中处左右两侧位置，设置两个临时索夹，安装两个临时吊索，拆除跨中位置处的原有吊索；

步骤三：将缆索扣件中的倒Ω形状的B型缆索扣件与连接钢板牢固焊接形成整体；

步骤四：在跨中处，将Ω形状的A型缆索扣件放置在主缆的上面，将倒Ω形状的B型缆索扣件放置在主缆的下面，两者扣合在一起，拧紧双排连接螺栓，形成缆索扣件，缆索扣件紧紧握裹主缆；

步骤五：分节段焊接拼装拱形钢管，将左右两个拱形钢管的底部锚固于加劲梁之上，左右两个拱形钢管的顶部与缆索扣件和连接钢板两者焊接连接，形成拱形钢管中央扣结构；

步骤六：在跨中处桥面另外一侧，安装拱形钢管中央扣结构，然后继续完成跨中左右两侧位置的钢管中央扣结构，全桥形成一对或者三对钢管中央扣结构，安装栏杆，铺装沥青混凝土桥面，超大跨径悬索桥运营使用。

缆索扣件和拱形钢管相连接，形成大跨径悬索桥的拱形钢管中央扣，可保证桥面加劲梁和悬索桥主缆索两者协同工作，拱形钢管中央扣结构造型漂亮优美，施工简单方便，经济合理，拱形钢管中央扣结构刚柔并济，具有良好的延性和耗能能力。

悬索桥是一种柔性结构，设置拱形钢管中央扣结构将缆索和桥面加劲梁耦合起来，增强了悬索桥结构的整体性，加强了悬索桥结构的纵向刚度，降低了悬索桥结构的纵向地震位移，可提高超大跨径悬索桥的反对称扭转频率，提高超大跨径悬索桥结构的抗风稳定性。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

现有的刚性中央扣施工较困难，在罕遇强震时，刚性中央扣悬索桥主缆索和主梁的应力疲劳损伤问题比较突出。

现有的柔性中央扣施工方便，但是，由于柔性中央扣缆索只受拉不受压的特性，在罕遇强震时，纵向地震位移较大，将导致柔性中央扣缆索会断裂失效。

在高烈度地震区，超大跨径悬索桥结构纵向地震位移较大，会导致主梁或中央扣缆索本身应力大幅增加甚至破坏，因而，超大跨径悬索桥结构需要研发一种刚柔并济的中央扣结构，可以改善短吊索的受力性能，对提升悬索桥的服役寿命和节约桥梁的运维成本至关重要。

拱形钢管中央扣结构底部固定在桥面加劲梁之上，缆索扣件和拱形钢管相连接，拱形钢管中央扣刚柔并济，拱形钢管中央扣低周反复荷载作用下滞回曲线饱满，具有良好的延性和耗能能力，在高烈度地震区，不会导致主缆索和主梁的应力疲劳损伤问题，也不会出现拱形钢管断裂失效问题，拱形钢管中央扣具有良好的抗震性能。

拱形钢管中央扣底部固定在桥面加劲梁之上，桥面加劲梁作为拱形钢管的系杆，拱形钢管中央扣与桥面加劲梁两者组合形成系杆拱结构，系杆拱结构牢固，可以保证桥面加劲梁和悬索桥主缆索两者协同工作。

拱形钢管中央扣将缆索和桥面加劲梁耦合起来，加强了悬索桥结构的纵向刚度，降低了悬索桥结构的纵向地震位移，可避免悬索桥结构发生纵向漂移。

设置拱形钢管中央扣，可大幅度提高超大跨径悬索桥的反对称扭转频率，提高超大跨径悬索桥结构的抗风稳定性。

由于拱形钢管中央扣增强了超大跨径悬索桥结构的整体性，在罕遇地震时，可以显著降低超大跨径悬索桥桥塔结构的地震动力响应，改善了超大跨径悬索桥的高耸桥塔的结构性能。

悬索桥主缆索是下凹的曲线形构件，拱形钢管是上凸的曲线形构件，正反两个曲线构件结合在一起，拱形钢管中央扣结构的造型漂亮优美。

左右两个拱形钢管下部固定在在桥面加劲梁之上，顶部与缆索扣件和连接钢板牢固焊接连接，受力可靠，经济合理，施工方便。

拱形钢管中央扣具有造型漂亮、施工方便、受力可靠、抗震耗能和价格低优点，可以作为高烈度地震区超大跨径悬索桥的中央扣结构。

附图说明

图1是一种拱形钢管中央扣结构的立面示意图；

图2是图1中的缆索扣件的剖面示意图；

图3是一种拱形钢管中央扣结构的三维示意图；

图4是拱形钢管中央扣的超大跨径悬索桥的三维示意图。

图中：缆索扣件1；A型缆索扣件11；B型缆索扣件12；双排连接螺栓13；连接钢板2；拱形钢管3；主缆4；吊索5；加劲梁6。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1

一种超大跨径悬索桥的拱形钢管中央扣结构，包括缆索扣件1、连接钢板2和拱形钢管3，其特征在于：缆索扣件1紧紧握裹主缆4，缆索扣件1的正下方焊接连接钢板2，左右两个拱形钢管3位于连接钢板2的两侧，拱形钢管3的顶部与缆索扣件1和连接钢板2两者焊接连接，拱形钢管3底部锚固于加劲梁6之上，吊索5上端悬挂于连接钢板2之下，吊索5下端悬吊加劲梁6。

所述的缆索扣件1由A型缆索扣件11、B型缆索扣件12和连接螺栓13构成，Ω形状的A型缆索扣件11在主缆4的上部；倒Ω形状的B型缆索扣件12在主缆4的下部，A型缆索扣件11和B型缆索扣件12之间设置双排连接螺栓13。

实施例2

本发明的一种超大跨径悬索桥的拱形钢管中央扣结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：选择超大跨径悬索桥的场地，修建锚碇和桥塔基础，进行桥塔结构施工，进行临时猫道施工，进行悬索桥的主缆4安装施工，安装吊索5，分节段吊装桥面加劲梁6，直到全桥桥面合拢；

步骤二：在悬索桥主缆4的跨中左右两侧位置，设置两个临时索夹，安装两个临时吊索5，拆除跨中位置处的原有吊索5；

步骤三：将缆索扣件1中的倒Ω形状的B型缆索扣件12与连接钢板2牢固焊接形成整体；

步骤四：在跨中处，将Ω形状的A型缆索扣件11放置在主缆4的上面，将倒Ω形状的B型缆索扣件12放置在主缆4的下面，两者扣合在一起，拧紧双排连接螺栓13，形成缆索扣件1，缆索扣件1紧紧握裹主缆4；

步骤五：分节段焊接拼装拱形钢管3，将左右两个拱形钢管3的底部锚固于加劲梁6之上，左右两个拱形钢管3的顶部与缆索扣件1和连接钢板2两者焊接连接，形成拱形钢管中央扣结构；

步骤六：在跨中处桥面另外一侧，安装拱形钢管中央扣结构，然后继续完成跨中左右两侧位置的钢管中央扣结构，全桥形成一对或者三对钢管中央扣结构，安装栏杆，铺装沥青混凝土桥面，超大跨径悬索桥运营使用。

实施例3

某1600米级的跨江超大跨径悬索桥，桥面主梁为钢桁架加劲梁结构，主缆索直径900mm，吊索间距为40米，为了提高超大跨径悬索桥结构的纵向刚度，采用拱形钢管中央扣结构。

缆索扣件长度10米，Ω形状的A型缆索扣件和倒Ω形状的B型缆索扣件夹住钢丝主缆，两种Ω形状缆索扣件均采用铸造成型，缆索扣件壁厚为40mm，连接螺栓直径为28mm，双排连接螺栓间距为330mm。

左右两个拱形钢管的长度均为120米，矢高20米，矢跨比为1/6，钢管直径为1000mm，钢管壁厚20mm。

连接钢板焊接在缆索扣件的正下方，连接钢板长度为10米，连接钢板形状为矩形加圆弧形，连接钢板厚度为40mm。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种超大跨径悬索桥的拱形钢管中央扣结构，包括缆索扣件(1)、连接钢板(2)和拱形钢管(3)，其特征在于：缆索扣件(1)紧紧握裹主缆(4)，缆索扣件(1)的正下方焊接连接钢板(2)，左右两个拱形钢管(3)位于连接钢板(2)的两侧，拱形钢管(3)的顶部与缆索扣件(1)和连接钢板(2)两者焊接连接，拱形钢管(3)底部锚固于加劲梁(6)之上，吊索(5)上端悬挂于连接钢板(2)之下，吊索(5)下端悬吊加劲梁(6)。

2.根据权利要求1所述的一种超大跨径悬索桥的拱形钢管中央扣结构，其特征在于：所述的缆索扣件(1)由A型缆索扣件(11)、B型缆索扣件(12)和连接螺栓(13)构成，Ω形状的A型缆索扣件(11)在主缆(4)的上部；倒Ω形状的B型缆索扣件(12)在主缆(4)的下部，A型缆索扣件(11)和B型缆索扣件(12)之间设置双排连接螺栓(13)。

3.一种权利要求1所述的超大跨径悬索桥的拱形钢管中央扣结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：选择超大跨径悬索桥的场地，修建锚碇和桥塔基础，进行桥塔结构施工，进行临时猫道施工，进行悬索桥的主缆(4)安装施工，安装吊索(5)，分节段吊装桥面加劲梁(6)，直到全桥桥面合拢；

步骤二：在悬索桥主缆(4)的跨中左右两侧位置，设置两个临时索夹，安装两个临时吊索(5)，拆除跨中位置处的原有吊索(5)；

步骤三：将缆索扣件(1)中的倒Ω形状的B型缆索扣件(12)与连接钢板(2)牢固焊接形成整体；

步骤四：在跨中处，将Ω形状的A型缆索扣件(11)放置在主缆(4)的上面，将倒Ω形状的B型缆索扣件(12)放置在主缆(4)的下面，两者扣合在一起，拧紧双排连接螺栓(13)，形成缆索扣件(1)，缆索扣件(1)紧紧握裹主缆(4)；

步骤五：分节段焊接拼装拱形钢管(3)，将左右两个拱形钢管(3)的底部锚固于加劲梁(6)之上，左右两个拱形钢管(3)的顶部与缆索扣件(1)和连接钢板(2)两者焊接连接，形成拱形钢管中央扣结构；

步骤六：在跨中处桥面另外一侧，安装拱形钢管中央扣结构，然后继续完成跨中左右两侧位置的钢管中央扣结构，全桥形成一对或者三对钢管中央扣结构，安装栏杆，铺装沥青混凝土桥面，超大跨径悬索桥运营使用。

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