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CN1867736A - 包括塔、桥梁、主/悬缆、悬架、和对角斜拉索的桥结构 - Google Patents

包括塔、桥梁、主/悬缆、悬架、和对角斜拉索的桥结构 Download PDF

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CN1867736A CNA200480029922XA CN200480029922A CN1867736A CN 1867736 A CN1867736 A CN 1867736A CN A200480029922X A CNA200480029922X A CN A200480029922XA CN 200480029922 A CN200480029922 A CN 200480029922A CN 1867736 A CN1867736 A CN 1867736A
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Abstract

本发明涉及包括塔、桥面、主悬缆、以及悬架和对角斜拉索的一种桥。本发明的特征在于所述桥包括对角斜拉段(4)和吊桥部分(5)的系列组合，所述主悬缆(2)包括至少一中央主悬缆，所述桥面(6)包括两个或多个单独的面，所述面以彼此距离恒定或可变地排列，所述两个或多个桥面由横梁(7)或其它支撑物连接，所述对角斜拉索(8)和悬架固定于横梁或其它支撑物或桥面，所述悬架、主悬缆和横梁或其它支撑物形成桥的垂直横断平面中的三角形结构系统。

Description

包括塔、桥梁、主/悬缆、悬架、和对角斜拉索的桥结构
本发明涉及跨度超过大约500米的桥，所述桥构成了对常规吊桥和斜拉桥的一个替代选择。
直到今天，只有吊桥已经用于超过1000米的跨度，且在世界范围内已经建造了许多跨度范围为1000-2000米的桥。典型的吊桥包括从两个平行悬揽悬挂的一个中心桥梁，以及桥梁与悬缆之间的垂直悬架。悬缆由桥跨度各末端的塔支撑，且其继续越过这些塔，最终在岩石或混凝土地基中锚定。塔通常设计为A字形或H字形，塔在中心线路桥梁的每侧有一个支柱，以及在支柱之间的、低于和高于桥梁的横梁。
对于跨度超过1000米的情况，风成为建筑上主要的负荷，且选择一种使得桥梁能够抵抗风力的建造概念是至关紧要的，同时建筑必须制造为在所有的风力作用情况下都空气动力学地稳定。这些方面最终决定了材料的使用、重量和成本的范围。
对于长跨度的情况，在风气候影响桥的动力特性和空气动力学设计的同时，桥结构的静重量成为比交通负荷更大的主要的静载重。随着跨度增加，传统吊桥结构达到一种静重量和质量，其在经济学上排除了工程的实现。为了说明这个问题，具有两条车道的1000米桥的桥梁、悬缆和交通负荷之间的负荷比为大约60/20/20％，但对于一个类似的2000米桥，相应的数字是55/35/10％。同时将要负载的总比重从每米桥梁大约12吨，增加到每米桥梁16吨。
由于不可克服的成本，许多跨度超过1000米的、可能的跨接还没有实现。降低这种结构的成本将是很有好处的。这必须由降低桥的自重而达到，同时保持其空气动力学稳定性。还需要能够以可预测和合理的方式建造此结构，所述方式要符合对健康、环境和安全性的严格要求。
建造于19th和20th世纪的许多桥使用对角斜拉索和悬杆的组合。最著名的是布鲁克林大桥，其完成于1883年，跨度为486米。对角杆和悬架重叠在整个跨度上方，使它成为高度冗余静态系统。此结构把刚性斜拉桥系统与柔性吊桥系统以并非最佳的方式结合。
挪威专利NO107352教导了对角杆与悬缆的一种组合，但是它带有分开的车道而并非中心负载的部件。
所谓的混合桥也已经被建造了，其中已经将接近塔的对角杆与跨度中间部分的吊桥相组合。例子是阿尔及利亚的Sidi Me Cid人行桥(164米)和日本的Nagisia桥(110米)。
对角杆单独地与分开的车道以及中央单-塔组合，用于香港的Stonecutter桥，其跨度为1018米，但是对角杆设置在桥面的外部。如果跨度更大的话，这种结构类型将会更加昂贵并在建造过程中产生稳定性问题。
本发明解决了关于风稳定性的问题，通过使用分离的桥面和在其中间的宽气隙、以及接近塔的悬臂混凝土桥段，其后有斜拉段和随后的中心悬跨度，促成更刚性的桥面。桥面之间的距离决定桥的横向刚性。这个距离是可变的，并有利于减少桥的材料和质量。这种类型的改变原则上对传统吊桥结构是不可能的。而且，分离的桥面与中央塔、对角杆、中央悬缆和倾斜悬杆组合，将形成三角形结构，其在本质上增加了桥面的扭转稳定性。扭转稳定性的增加改善了桥的空气动力学稳定性。
关于在建造过程中安全性的需要，悬臂桥段(悬臂混凝土桥和对角斜拉桥)在建筑过程中，自一侧起将经历逐渐增大的稳定性问题，其与无支撑的长度的平方成比例，而吊桥产生更稳定的结构，因为悬缆首先由航空旋转设置到位。悬缆从一个塔跨越至另一个塔，并有助于整体稳定性，而其它部件诸如悬架、杆和桥大梁段是与缆旋转同时快速装配的部件。
对于最接近塔的桥部分，悬臂混凝土结构是最廉价的选择，但是这种方法仅仅能够提供非常有限的跨度(由成本决定的最大跨度为400米)。对角斜拉方法对较小跨度是有些昂贵的，但能用于相当长的跨度(由成本决定的最大跨度为1000-1200米)。吊桥方法对于较小跨度需要相对高的每米价格，但能用于非常长的跨度。曾经建造的最长跨度为1998年的1991米(Akashi-Kaikyo)。吊桥的成本率随着跨度的增加而大大增加，主要是由于主缆吨位的增加和风稳定性问题的增加。
本发明通过使用悬臂、对角斜拉索和吊桥的系列组合，显著降低了对于长跨度桥的建造成本。与纯粹的吊桥或对角斜拉桥比较，这种组合导致了材料的显著减少。
本发明的目的可通过在权利要求1特征条款中所描述的特征来达到。进一步的有利特征和特性描述于相关的权利要求中。
以下是本发明的非限制性描述和实例，参考附图，其中：
图1显示了根据本发明的一种桥的侧视图，
图2显示了根据本发明的吊桥段的截面图，
图3显示了根据本发明的对角斜拉段的截面图，
图4显示了根据本发明的悬臂混凝土段的截面图，
图5和图6显示了根据本发明的，带有不同缆锚的桥的透视图。
图1显示了根据本发明的一种桥，其包括两个单-塔1、一根中央主悬缆2、悬臂混凝土桥段3、对角斜拉段4和吊桥段5。悬臂混凝土桥段3可以伸出如50米至最大200米，对角斜拉段4接着悬臂混凝土桥段3，可以伸出直到大约500米，而吊桥段5跨越余下的缺口直到达到本实例中的大约2000米。对于总跨度为大约1300米的桥，相应的长度可以计算为大约100米、250米和600米(即，2×100米+2×250米+600米＝1300米)。跨度为2700米的桥相应的参数可以是例如100米、450米和1600米(＝2700米)。悬臂桥段3形成刚性部件，其延伸进入有些柔韧性的对角斜拉段4，而吊桥段5形成对角斜拉段4之间最柔韧的部分。悬臂桥、对角斜拉桥和吊桥的这种组合，其中减少了吊桥部分，可导致明显较轻和较薄的主悬缆，大大减少了桥的总成本。
图2显示了根据本发明一个实例的桥的截面，其中截面是在桥的吊桥部分截取的。两个桥面6以变化的横向距离延伸，并通过桥面6内侧的横梁7装置彼此连接。悬架9固定于主悬缆2，向下延伸至桥面6内侧的横梁7的各末端。由于悬架9(以及对角斜拉索8)固定于桥面6的内侧，带有长的、柔性臂的检视车辆将能易于达到桥面7下面，并易于沿着桥面6的方向传送，而不遇到障碍物诸如悬架9(或对角斜拉索8)，其需要固定地收回或推出所述臂至桥面6下方的位置。
图3显示了根据本发明一个实例的桥的截面，其中截面是在桥的对角斜拉段4截取的。桥面6由横梁7装置连接。桥面之间的距离比图2中的大。对角斜拉索从横梁7延伸直到单-塔1。
图4显示了根据本发明一个实例的桥的截面，其中截面是在桥的悬臂部分3截取的。桥面6进一步分离，因为它们必须在单-塔1的每侧延伸(桥面6之间的距离对应于单-塔1在此高度处的外尺寸)。桥面6由坚固的横梁7装置固定于单-塔。根据本发明，桥面6在单-塔1的一侧或两侧向内弯曲，从而控制横梁7的长度和重量。此外，这种设计趋于给出美学上悦人和雅致的外观。
除了单塔，还可以使用根据本发明其它实例的可选的塔设计。可能的设计是A-形塔、H-形塔、X-形塔或V-形塔。此外，其它的塔设计也是可能的。
可以通过以下方式进行建造：
-形成为具有可变宽度和壁厚的中空盒子的塔，以滑动模板和/或提升式模板建造。可以避免传统的耗时和耗成本的横梁。所有材料运输和工作者操作都位于塔内，避开了风和天气状况。外部塔起重机不是必需的(这是个重要方面，因为对跨度为1000米的桥，塔将达到大约170米，对跨度为2000米的桥，塔将达到大约300米)。
-桥梁的混凝土悬臂部分的建造，可以在达到正确高度时立即开始，并且很大程度上与塔的进一步上升同时进行。
-对角斜拉部分的建造，可以与由航空旋转操作主悬缆同时进行，
-与传统的在H-塔每侧放置的两个悬缆相比，更有效的是只布置一个中央主悬缆。
-吊桥部分的桥面是预先制造的，并可在更大的单元内装配。
与建造传统吊桥相比，本发明的建造时间短、建造过程受天气影响小，这导致可观的成本节省。对角斜拉索和悬架在桥面内的连接使得容易达到用于检视和维护桥箱的“桥升降机构”。中央主悬缆提供了用于检视和维护悬缆和悬架的大的和安全的平台。
根据本发明，悬臂桥、对角斜拉桥和吊桥的系列组合提供了一种桥结构，其带有柔性和刚性特性的组合，这提供了各部件之间有利的过渡(从接近塔处的刚性到远离塔处的柔性)，并导致了负载较大的垂直和水平负荷的优化的能力。同时，每个桥部分都以其最优化、最节省成本的位置使用。本发明提供了各种构造原理的协同，获得了优化的结构，明显更短的建造时间，明显更低的成本，以及更加容易的维护。

Claims (5)

1.一种桥，其包括塔、桥面、主悬缆、以及悬架和对角斜拉索，其特征在于所述桥包括对角斜拉段(4)和吊桥部分(5)的系列组合，所述主悬缆(2)，其包括至少一中央主悬缆，所述桥面(6)，其包括两个或多个单独的面，所述面以彼此距离恒定或可变地排列，所述两个或多个桥面，其由横梁(7)或其它支撑物连接，所述对角斜拉索(8)和悬杆，其固定于横梁或其它支撑物或桥面，所述悬杆、主悬缆和横梁或其它支撑物形成桥的垂直横断平面中的三角形结构系统。
2.根据权利要求1所述的一种桥，其特征在于它还包括悬臂桥段(3)，所述悬臂段布置在对角斜拉段之前，最接近塔(1)。
3.根据权利要求1或2所述的一种桥，其特征在于塔形成中央单-塔(1)或其它塔建筑物，其中所述至少两个或更多桥面(6)布置在中央单-塔(1)或其它塔结构的外部。
4.根据权利要求3所述的一种桥，其特征在于所述至少一中央主悬缆(2)越过、穿过或伸至中央单-塔(1)或其它塔建筑物的侧边，所述吊桥段(5)由所述至少一中央主悬缆负载。
5.根据权利要求2、3或4所述的一种桥，其特征在于对角斜拉索(8)和悬架(9)优选地固定至所述桥面(6)的内侧。
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