CN114657880A - 一种空间索形成的张弦与悬索组合式人行桥及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种空间索形成的张弦与悬索组合式人行桥及其施工方法,该人行桥包括锚碇基础、塔墩基础、纵横梁、主缆、索梁连接件。锚碇基础分布于桥梁两侧;塔墩基础布置于各桥跨之间,当桥跨数量为N时,塔墩基础数量为N‑1;纵横梁在各跨由主横梁、主纵梁、次纵梁和次横梁拼接而成;主缆在桥梁两侧不同高度处平行布置若干根,且沿桥梁纵向布置;主缆中间穿过塔墩基础,两侧锚固于锚碇基础;主缆在任意跨呈悬链线线型,且在远离塔墩基础的跨长范围内位于纵横梁下方,与纵横梁形成张弦结构体系;主缆在靠近塔墩基础的范围内位于纵横梁上方,与纵横梁形成悬索支撑体系。本发明的桥的桥面刚度、抗扭性能和抗风稳定性高。同时该桥布跨灵活、施工快速。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁工程领域,具体涉及一种空间索形成的张弦与悬索组合式人行桥及其施工方法。
背景技术
近年来,随着生态旅游业的蓬勃发展,景区游线扩展以及设施品质提升显得愈发重要。在众多游乐设施中,跨山谷玻璃栈桥以其造型雄伟、观光体验感强的特点成为目前多数旅游景区的重要标志。由于景区地势的独特性,跨山谷桥梁普遍采用跨越能力强的柔性悬索桥。但是这类桥由于其桥面刚度小、跨宽比大的特点,对风荷载的作用十分敏感,需要辅助性的技术措施来保障桥梁的抗风承载力和稳定性;此外,悬索支撑体系不适用于连续布跨的地形条件,而且两侧桥塔和锚碇对场地选址有较高的要求。所以亟待研发抗风性能更好、适用性更广的桥型去适应多样化的景区人行桥设计需求。
张弦结构属于“上梁下索”的非常规索支撑体系,其主体结构由刚性上弦结构、柔性下弦索以及连接两种结构的竖向撑杆组成,这种结构体系将拱结构、刚性梁与柔性拉索巧妙结合,利用索材的高抗拉强度和拱形受力特点,为纵横梁提供较大的附加刚度。张弦结构自诞生以来主要应用于大跨空间网架和屋盖结构,而在桥梁中的应用十分有限,主要原因在于张弦结构的反拱形状会占用一部分的桥下空间,妨碍桥下通航或通车。
发明内容
为了解决传统柔性索桥抗风性能弱、结构布置不灵活的问题,考虑到景区人行桥通常无桥下净空设计需求,本发明将张弦结构体系融入到柔性索桥的设计中,提出一种空间索形成的张弦与悬索组合式人行桥及其施工方法,该桥将主缆设置在桥面宽度两侧形成空间索,既满足了主缆线型受力需求,使主缆布置具有更多的可能,结构体系上形成了张弦结构与悬索结构的组合;又能使桥面平顺提高行走舒适度,且能够实现可装配化施工,为山区人行桥设计提供一种施工便捷、性能优良的结构形式。
本发明的目的通过如下的技术方案来实现:
一种空间索形成的张弦与悬索组合式人行桥,包括锚碇基础、塔墩基础、纵横梁、主缆、索梁连接件五个部分;所述锚碇基础分布于桥梁两侧;所述塔墩基础布置于各桥跨之间,当桥跨数量为N时,塔墩基础数量为N-1;所述纵横梁在各跨由主横梁、主纵梁、次纵梁和次横梁拼接而成;所述主缆在桥梁两侧不同高度处平行布置若干根,且沿桥梁纵向布置;所述主缆中间穿过所述塔墩基础,两侧锚固于所述锚碇基础;所述主缆在任意跨呈悬链线线型,且在远离所述塔墩基础的跨长范围内位于所述纵横梁下方,与所述纵横梁形成张弦结构体系;所述主缆在靠近所述塔墩基础的范围内位于所述纵横梁上方,与所述纵横梁形成悬索支撑体系。
进一步地,所述锚碇基础由现浇混凝土结构和预应力锚索组成,所述现浇钢筋混凝土结构中预埋主缆导管和锚固装置;所述预应力锚索的一侧嵌于现浇混凝土结构内部,另一侧嵌于岩石上;位于中间的所述塔墩基础采用现浇混凝土结构,内部预埋主缆导管;所述锚碇基础中的主缆导管和所述塔墩基础中的主缆导管均用于供所述主缆穿过;所述主缆导管在所述主缆张拉完毕后进行压浆封锚处理。
进一步地,所述纵横梁由工字钢拼接而成,包括主横梁、主纵梁、次横梁、次纵梁;纵横梁各构件之间的相对主次性及搭接方式为:所述主纵梁搭接在所述主横梁上,所述次横梁搭接在所述主纵梁上,所述次纵梁搭接在次横梁上;被搭接构件在搭接处连续,而搭接构件在搭接处断开。
进一步地,所述主缆采用截面为六边形的钢绞线束,桥梁每侧的主缆数量以及每根主缆的钢绞线束数根据受力特点进行调节,单根钢绞线带有独立的防腐套管。
进一步地,所述索梁连接件由伸臂、索夹和螺杆组成;所述伸臂为异型工字钢,与所述纵横梁的主横梁拼接;所述伸臂朝向取决于所述纵横梁和所述主缆的位置关系:所述纵横梁的截面形心高度在所述主缆的截面形心高度之下时,所述伸臂朝上;所述纵横梁的截面形心高度在所述主缆的截面形心高度之上时,所述伸臂朝下;单个索夹由朝向相反的两片异型钢板拼接而成,拼接后中间形成六边形孔,所述主缆穿过所述六边形孔,并通过螺栓将所述主缆紧固;所述索夹的两端分别安装在一根所述螺杆上,所述螺杆的端部固定在所述伸臂上;在同一伸臂上,所述索夹的数量与所述主缆的数量相同,沿高度方向均匀布置。
一种上述的空间索形成的张弦与悬索组合式人行桥的施工方法,该方法包括如下步骤:
步骤一:基础施工;
开挖基础位置的覆盖层和岩石,平整表面,露出完好岩石表面;在岩层内预埋所述预应力锚索并灌浆,待灌浆强度达到设计值后对所述预应力锚索做抗拔试验,保证强度符合规范要求;绑扎所述锚碇基础和所述塔墩基础的钢筋,布置预埋件,浇筑混凝土;待所述锚碇基础混凝土的强度达到95%以后,对所述预应力锚索进行张拉、锚固、灌浆和封锚;
步骤二:主缆安装;
测量锚碇基础之间的距离,确定所述主缆的长度;牵引导索并固定在两岸岩石;应用导索引渡主缆至对岸,张拉所述主缆至施工阶段索力设计值,调整主缆位置,并锚固在所述锚碇基础上;
步骤三:索梁连接件及主横梁安装;
提前预制所述索梁连接件和所述纵横梁的各部分钢构件并运送至施工现场;在所述主缆各吊点位置安装所述索夹;将所述伸臂与所述主横梁进行拼接,然后通过所述螺杆固定到所述索夹上;
步骤四:主纵梁、次横梁及次纵梁安装;
以所述塔墩基础为轴,逐个对称安装所述纵横梁各节段的所述主纵梁、所述次横梁和所述次纵梁;
步骤五:线形调整及主缆封锚施工;
在桥面附属工程施工完成后,通过所述主缆的二次张拉调节结构线形使其达到设计状态,最后对所述主缆在锚碇基础和塔墩基础中的主缆导管内的部分进行封锚处理。
进一步地,步骤三和步骤四中所有预制钢构件之间的连接采用螺栓连接或焊接。
本发明的有益效果如下:
本发明的将空间索形成的张弦结构和悬索结构组合体系融入到柔性索桥设计中,提出一种可装配化施工的新型组合索支撑体系桥型,从而将缆索分布空间扩大,能有效增大索桥的桥面刚度和抗扭性能,提高抗风稳定性;其次,该结构体系具有布跨更为灵活的优点,可以适应多样化的场地设计条件;最后,本发明针对该桥型提供的装配式施工方法,可以有效降低山区桥梁施工难度,加快施工进度,节约工程造价。
附图说明
图1为本发明的空间索形成的张弦与悬索组合式人行桥的立面图。
图2为本发明的空间索形成的张弦与悬索组合式人行桥的平面图。
图3为本发明的空间索形成的张弦与悬索组合式人行桥的锚碇基础构造立面图。
图4为本发明的空间索形成的张弦与悬索组合式人行桥的塔墩基础构造立面图。
图5为本发明的空间索形成的张弦与悬索组合式人行桥的伸臂向上节段纵横梁构造三维示意图。
图6为本发明的空间索形成的张弦与悬索组合式人行桥的伸臂向下节段纵横梁构造三维示意图。
图7为本发明的空间索形成的张弦与悬索组合式人行桥的一般索梁连接件局部构造图。
图8为本发明的空间索形成的张弦与悬索组合式人行桥的特殊索梁连接件局部构造图。
图9为本发明的空间索形成的张弦与悬索组合式人行桥的施工步骤图。
附图中编号释义:1、锚碇基础;2、塔墩基础;3、纵横梁;4、主缆;5、索梁连接件;101、现浇混凝土结构;102、锚索;301、主横梁;302、主纵梁;303、次横梁;304、次纵梁;501、伸臂;502、索夹;503、螺杆。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明,本发明的目的和效果将变得更加明白,应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
在本发明实施例的描述中,如果涉及到方位描述,例如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等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元件必须具有特定的方位、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。
如图1和图2所示,本发明的空间索形成的张弦与悬索组合式人行桥,包括锚碇基础1、塔墩基础2、纵横梁3、主缆4、索梁连接件5五个部分。锚碇基础1分布于桥梁两侧,塔墩基础2位于桥梁左跨和右跨中间;纵横梁3在各跨由若根等间距的主横梁后拼接纵梁和次横梁而成,左跨纵梁长度为n1×L,右跨纵梁长度为n2×L;主缆4在桥梁两侧不同截面高度处平行布置若干根,主缆根据垂跨比设计值,在锚碇基础1和塔墩基础2处固定锚固点,并在任意跨呈悬链线形;主缆4沿桥梁通长布置,即主缆4中间穿过塔墩基础2,两侧锚固于锚碇基础1;主缆4除在塔墩基础2左侧d1范围和塔右侧d2范围内位于纵横梁3之上外,其余跨度范围主缆位于纵横梁3之下。
如图3所示,两侧锚碇基础1由现浇混凝土结构101和锚索102组成,现浇混凝土结构101中预埋主缆导管和锚固装置;锚索102的一侧嵌于现浇混凝土结构101内部,另一侧嵌于岩石上。如图4所示,中间的塔柱基础2采用现浇混凝土结构,内部也预埋主缆导管。主缆导管用于供主缆4穿过;当主缆4张拉完毕后,主缆导管内进行压浆封锚处理。
图5展示的是伸臂向上节段纵横梁三维构造,表现为纵横梁3水平高度位于索梁连接件5和主缆4之下,该结构适用于近塔墩基础纵横梁;图6展示的是伸臂向下节段纵横梁三维构造,表现为纵横梁3水平高度位于索梁连接件5和主缆4之上,该结构适用于远塔墩基础纵横梁。在每个节段中,纵横梁3由工字钢拼接而成,包括主横梁301、主纵梁302、次横梁303和次纵梁304。纵横梁各构件之间的相对主次性及搭接方式为:主纵梁302搭接在主横梁301上,次横梁303搭接在主纵梁304上,次纵梁304搭接在次横梁上303。上述被搭接构件在搭接处连续,而搭接构件在搭接处断开。
图7为一般索梁连接件局部构造图,适用于一般伸臂向上节段和伸臂向下节段纵横梁的索梁连接件;图8为特殊索梁连接件局部构造图,适用于纵横梁和主缆截面高度相交的索梁连接件。主横梁通过可调节高度的索梁连接件5与主缆4连接。索梁连接件5由伸臂501、索夹502和螺杆503组成。伸臂501为异型工字钢,与主横梁301拼接。索夹502由铸钢制作而成,单个索夹502由朝向相反的两片异型钢板拼接而成,中间形成六边形孔;主缆4采用六边形截面的钢绞线束,其截面略小于索夹502的孔径;索夹502通过螺栓将主缆4紧固,并通过4根Q235热轧带螺纹圆钢制作的螺杆503固定在伸臂501上;在同一伸臂上,索夹502的数量与主缆4的数量相同,沿高度方向均匀布置。
参照图9,本发明提供的一种空间索形成的张弦与悬索组合式人行桥施工方法步骤如下:
步骤一:基础施工。开挖基础位置的覆盖层和岩石,平整表面,露出完好岩石表面;在岩层内预埋预应力锚索102并灌浆,待灌浆强度达到设计值后对预应力锚索102做抗拔试验,保证强度符合规范要求;绑扎锚碇基础1和塔墩基础2的钢筋,布置预埋件,浇筑混凝土;待锚碇基础1混凝土的强度达到95%以后,对预应力锚索102进行张拉、锚固、灌浆和封锚。
步骤二:主缆安装。测量锚碇之间的距离,确定主缆4的长度;牵引导索并固定在两岸岩石;应用导索引渡主缆4至对岸,张拉主缆4至施工阶段索力设计值,调整主缆4位置,并锚固在锚碇基础1上。
步骤三:索梁连接件及主横梁安装。提前预制索梁连接件5和纵横梁3的各部分钢构件并运送至施工现场;在主缆4各吊点位置安装索夹502;将伸臂501与横梁301进行拼接,然后通过螺杆503固定到索夹502上。
步骤四:主纵梁、次横梁及次纵梁安装。以塔墩基础为中轴,逐个对称安装纵横梁各节段的主纵梁302、次横梁303和次纵梁304。
步骤五:线形调整及主缆封锚施工。在桥面附属工程施工完成后,通过主缆4的二次张拉调节结构线形使其达到设计状态,最后对主缆4在基础导管内的部分进行封锚处理。
上述步骤三和步骤四中所有预制钢构件之间的连接可采用螺栓连接,也可采用焊接。
本发明提供的空间索形成的张弦与悬索组合式人行桥丰富了索支撑桥梁的结构形式,为复杂山区场地条件下的人行桥设计和建造提供了有效的解决方案。
本领域普通技术人员可以理解,以上所述仅为发明的优选实例而已,并不用于限制发明,尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内,所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种空间索形成的张弦与悬索组合式人行桥,其特征在于,包括锚碇基础、塔墩基础、纵横梁、主缆、索梁连接件五个部分;所述锚碇基础分布于桥梁两侧;所述塔墩基础布置于各桥跨之间,当桥跨数量为N时,塔墩基础数量为N-1;所述纵横梁在各跨由主横梁、主纵梁、次纵梁和次横梁拼接而成;所述主缆在桥梁两侧不同高度处平行布置若干根,且沿桥梁纵向布置;所述主缆中间穿过所述塔墩基础,两侧锚固于所述锚碇基础;所述主缆在任意跨呈悬链线线型,且在远离所述塔墩基础的跨长范围内位于所述纵横梁下方,与所述纵横梁形成张弦结构体系;所述主缆在靠近所述塔墩基础的范围内位于所述纵横梁上方,与所述纵横梁形成悬索支撑体系。
2.根据权利1所述的空间索形成的张弦与悬索组合式人行桥,其特征在于,所述锚碇基础由现浇混凝土结构和预应力锚索组成,所述现浇钢筋混凝土结构中预埋主缆导管和锚固装置;所述预应力锚索的一侧嵌于现浇混凝土结构内部,另一侧嵌于岩石上;位于中间的所述塔墩基础采用现浇混凝土结构,内部预埋主缆导管;所述锚碇基础中的主缆导管和所述塔墩基础中的主缆导管均用于供所述主缆穿过;所述主缆导管在所述主缆张拉完毕后进行压浆封锚处理。
3.根据权利2所述的空间索形成的张弦与悬索组合式人行桥,其特征在于,所述纵横梁由工字钢拼接而成,包括主横梁、主纵梁、次横梁、次纵梁;纵横梁各构件之间的相对主次性及搭接方式为:所述主纵梁搭接在所述主横梁上,所述次横梁搭接在所述主纵梁上,所述次纵梁搭接在次横梁上;被搭接构件在搭接处连续,而搭接构件在搭接处断开。
4.根据权利3所述的空间索形成的张弦与悬索组合式人行桥,其特征在于,所述主缆采用截面为六边形的钢绞线束,桥梁每侧的主缆数量以及每根主缆的钢绞线束数根据受力特点进行调节,单根钢绞线带有独立的防腐套管。
5.根据权利4所述的空间索形成的张弦与悬索组合式人行桥,其特征在于,所述索梁连接件由伸臂、索夹和螺杆组成;所述伸臂为异型工字钢,与所述纵横梁的主横梁拼接;所述伸臂朝向取决于所述纵横梁和所述主缆的位置关系:所述纵横梁的截面形心高度在所述主缆的截面形心高度之下时,所述伸臂朝上;所述纵横梁的截面形心高度在所述主缆的截面形心高度之上时,所述伸臂朝下;单个索夹由朝向相反的两片异型钢板拼接而成,拼接后中间形成六边形孔,所述主缆穿过所述六边形孔,并通过螺栓将所述主缆紧固;所述索夹的两端分别安装在一根所述螺杆上,所述螺杆的端部固定在所述伸臂上;在同一伸臂上,所述索夹的数量与所述主缆的数量相同,沿高度方向均匀布置。
6.一种如权利要求5所述的空间索形成的张弦与悬索组合式人行桥的施工方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:
步骤一:基础施工;
开挖基础位置的覆盖层和岩石,平整表面,露出完好岩石表面;在岩层内预埋所述预应力锚索并灌浆,待灌浆强度达到设计值后对所述预应力锚索做抗拔试验,保证强度符合规范要求;绑扎所述锚碇基础和所述塔墩基础的钢筋,布置预埋件,浇筑混凝土;待所述锚碇基础混凝土的强度达到95%以后,对所述预应力锚索进行张拉、锚固、灌浆和封锚;
步骤二:主缆安装;
测量锚碇基础之间的距离,确定所述主缆的长度;牵引导索并固定在两岸岩石;应用导索引渡主缆至对岸,张拉所述主缆至施工阶段索力设计值,调整主缆位置,并锚固在所述锚碇基础上;
步骤三:索梁连接件及主横梁安装;
提前预制所述索梁连接件和所述纵横梁的各部分钢构件并运送至施工现场;在所述主缆各吊点位置安装所述索夹;将所述伸臂与所述主横梁进行拼接,然后通过所述螺杆固定到所述索夹上;
步骤四:主纵梁、次横梁及次纵梁安装;
以所述塔墩基础为轴,逐个对称安装所述纵横梁各节段的所述主纵梁、所述次横梁和所述次纵梁;
步骤五:线形调整及主缆封锚施工;
在桥面附属工程施工完成后,通过所述主缆的二次张拉调节结构线形使其达到设计状态,最后对所述主缆在锚碇基础和塔墩基础中的主缆导管内的部分进行封锚处理。
7.根据权利6所述的空间索形成的张弦与悬索组合式人行桥施工方法,其特征在于,步骤三和步骤四中所有预制钢构件之间的连接采用螺栓连接或焊接。
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2022
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