[发明专利]超大跨径悬索桥的碳纤维索网抗风加固结构体系及其施工方法

说明书

针对超大跨径海峡悬索桥，提出空间缆索加固体系和临时性抗风缆索加固体系，形成一种超大跨径悬索桥的碳纤维索网抗风加固结构体系。将桥塔结构改造为带有抛物线拱形塔帽的四肢柱桥塔，在平行钢丝缆索体系上，增加双曲抛物面碳纤维缆空间索网和抛物线形钢结构曲梁，采用夹具将三者牢固连接在一起，平行钢丝缆索承担竖向荷载，双曲抛物面碳纤维空间索网提高其扭转刚度，大幅度提高其颤振临界风速。在海底，设置多个海底地锚桩，碳纤维抗风缆索下端与海底地锚桩相连，碳纤维抗风缆索上端与悬索桥加劲梁相连，形成临时性抗风缆索加固体系，当气象卫星预报罕遇特大超级强台风后，封闭航道交通，启用临时性抗风缆索体系，抵御超级强台风灾害。

技术领域

本发明属于桥梁工程领域，涉及一种超大跨径悬索桥结构的加固技术，具体涉及一种超大跨径悬索桥的碳纤维索网抗风加固结构体系及其施工方法。

背景技术

随着平行缆索悬索桥跨径的不断增加，其抗扭刚度明显下降，超大跨径悬索桥结构日趋轻柔化，其颤振抗风稳定性问题日益严重。

对于平行缆索悬索桥，随着跨度的增大，竖向频率与扭转频率都下降，逐渐趋向于接近，其结果在较低风速下将发生颤振失稳。因此，如何在提高悬索桥跨越能力的同时，保证超大跨径悬索桥具有足够的抗风稳定性，是今后超大跨径悬索桥面临的重大难题。

超大跨径悬索桥有三类改善结构抗风性能的方法：改善断面气动性能、控制结构振动特性和改变结构体系，对于超大跨径悬索桥，前两种方法改进超大跨径悬索桥抗风稳定性的效果非常有限，然而，采用空间缆网对平行缆索悬索桥结构进行抗风加固处理，仅仅只需增加一些施工工序，就可从大幅度提高超大跨径悬索桥结构的抗扭刚度和抗侧刚度，从而获得很好的抗风稳定性，可望实现建造4000m～5000m超大跨径海峡悬索桥。

在平行钢丝缆索体系悬索桥的基础上，将原有的桥塔结构修改为带有抛物线拱形塔帽的四肢柱桥塔，在平行钢丝缆索体系上增加双曲抛物面碳纤维缆空间索网，形成超大跨径空间混合缆索海峡悬索桥，平行钢丝缆索体系承担竖向荷载，双曲抛物面碳纤维缆空间索网增加抗扭刚度，提高抗扭频率和扭弯频率比，可大幅度提高超大跨径空间缆索海峡悬索桥的抗风稳定性。

全球厄尔尼诺现象加剧，台风强度不断增加，超大跨径海峡悬索桥需要采用超大跨径空间混合缆索海峡悬索桥的设计方案，同时，也需要做好备用的罕遇超级强台风的临时加固方案。

在桥梁设计基准内，超大跨径海峡悬索桥遭遇超级强台风也就有仅仅数次，将超大跨径空间缆索海峡悬索桥的抗风设计标准确定为能够抵御罕遇超级强台风，在技术上和经济性上是不切合实际的，也是没有必要性的。

如今，气象卫星技术非常发达，完全能够做到提前数天精确预报超级强台风，在罕遇超级强台风达到之前，封闭航道交通，超大跨径海峡悬索桥启用临时性抗风缆索加固体系，进行超大跨径空间缆索海峡悬索桥的临时抗风缆索加固处理，如此，就可以保护超大跨径悬索桥平稳安全地渡过短短数日的罕遇超级强台风灾害。

借鉴大轮船的锚链缆索方法，在获悉罕遇超级强台风预报后，将锚固于海底地锚桩上并深埋在海床沟槽中的临时性碳纤维抗风加固缆索牵引到桥面处，临时性碳纤维抗风加固缆索牢牢固定于加劲梁桥面之上，抵御超级强台风灾害，技术可行，方案经济合理。

发明内容

技术问题：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种超大跨径悬索桥的碳纤维索网抗风加固结构体系及其施工方法，在平行钢丝缆索体系悬索桥的基础上，增加双曲抛物面碳纤维缆空间索网，大幅度提高超大跨径悬索桥的抗风稳定性，启用锚固于海底地锚桩上临时性碳纤维抗风加固缆索，抵御罕遇超级强台风灾害。