[发明专利]空间桁架悬索桥

说明书

本发明公开了一种空间桁架悬索桥，主要由主缆（1）、桥塔（2）、主梁（3）和吊杆（6）组成；其中：主缆（1）和主梁（3）间增加若干个倒V结构，倒V型结构主要由两根刚性斜杆（4）组成，刚性斜杆（4）与主梁（3）的夹角Ɵ为30°～60°，使倒V结构分别与主缆段、主梁段构成若干个连续的三角形结构；亦可看作是以主缆为上弦杆、主梁为下弦杆、倒V结构为腹杆并带柔性吊杆的桁式结构。此外，在两侧刚性斜杆（4）与主缆（1）的连接点之间还分别设有主缆横联（5）。本发明可避免涡激振动带来破坏的风险，并且新增用钢量不多，能大幅度减少塔顶不平衡力并提高整体刚度，可有效解决悬索桥“跷跷板”效应及柔性问题，其它力学性能也有所改善。

技术领域

本发明属于悬索结构，具体涉及了一种空间桁架悬索桥。

背景技术

悬索桥是目前跨度超过1000m时最优可选桥型之一，并且认为在600m以上的跨度同其它桥型相比也具有很强竞争力。随着世界经济建设的发展，交通运输在国民经济中的地位和作用日益重要。洲际之间、海峡两岸和陆岛之间迫切需要修建大跨度、特大跨度或超长跨度桥梁。可以说，悬索桥在未来的大跨度桥梁建设中具有极大的优越性，从学术研究来说，大跨度悬索桥的研究是当前桥梁学科中最重要与最活跃的领域之一。

悬索桥是以悬索为主要承重结构的桥梁类型，主要由主缆、桥塔、主梁和吊杆组成。构造简单，受力明确。荷载作用在主梁上，通过吊杆传递到主缆，再经由桥塔和锚碇最终传递到基础。

悬索桥是一种很古老的桥型，早在远古时期，人类就已经学会用藤、竹等材料做简易的吊桥,这种利用拉索支撑建造的人行小桥,也就是现在常说的悬索桥雏形。近现代悬索桥起源于西方国家，1883年建成的跨越纽约东河的Brooklyn Bridge,被大家公认为世界上第一座现代悬索桥，该桥全长1825m，主跨448m，建成之后被称为“世界第八大奇迹”。纽约George Washington Bridge被认为是世界上第一座真正意义上的大跨悬索桥，分跨186m+1067m+198m。如今国外已建成的许多超大跨径的悬索桥中比较著名的有：1937年美国修建的金门大桥主跨1280m；1964年美国修建的维拉扎诺桥，主跨1298m；1998年丹麦修建的大贝尔特桥，主跨1624m；1998年日本修建的明石海峡大桥，跨径达1991m，是目前世界跨径最大的悬索桥。

中国悬索桥已有2000余年的历史,远在公元前250年的四川省就有李冰所建的人行“笮桥”,在汉宣帝甘露四年已建成长百米的铁索桥,唐、宋年间更有著名的都江堰安澜桥。但是我国现代悬索桥的建造起步较迟，在上世纪90年代以前,虽然修建几十座悬索桥,但跨度小、宽度窄、荷载标准低。20世纪90年代后中国现代悬索桥有了很快的发展,建成了许多大跨度各有特色的悬索桥。汕头海湾桥是我国第一座现代化的悬索桥，是一座三跨双铰预应力混凝土箱梁悬索桥，跨度为154m+452m+154m；香港青马大桥是世界上最大跨径的公铁两用桥,双层桥面中上层是6车道公路，下层是双轨轻轨铁路与避风用的双向各单车汽车道，主跨为1377m；建成于2009年的国内最大跨、世界第二大跨悬索桥——西堠门大桥，跨度已达1650m；除此之外，我国还建有主跨为1490m的润扬长江大桥以及主跨1385m的江阴长江大桥。这些悬索桥的建成，表明我国建造悬索桥的技术已位于世界前列。

悬索桥结构具有受力性能好、能最大限度发挥材料强度、跨越能力大、轻巧美观、抗震能力强、结构形式多样及对地形适应能力好等特点，悬索桥因其极强的跨越能力,在跨越大江大河、高山峡谷、海湾港口等交通障碍物时，往往作为首选桥型。现代悬索桥跨度的不断增大与材料科学的进步密不可分。随着工业技术的发展，出现了许多性能优异的新型材料,如纤维增强聚合物复合材料，这类材料强度高、重量轻，如其中的碳纤维增强树脂强度达到3000Mpa，而重量仅为钢材的1/5。这类高强材料如果用到大跨度悬索桥上，由于其自身重量小，重力刚度小，只有通过增加主梁和桥面系的重量，才能使得悬索桥达到一定的刚度，高强材料很难发挥作用，因此需要研究新型的结构体系，充分发挥材料的抗拉性能，而不仅仅是靠重力刚度。由此可知，寻找途径突破悬索桥的现有结构体系，再把高强材料应用在悬索桥上，将有望进一步增大悬索桥跨度并使其获得更好的力学性能。