[发明专利]自平衡式阿基米德桥

说明书

技术领域

本发明涉及一种悬浮在水中的隧道，即阿基米德桥。

背景技术

阿基米德桥自从十九世纪八十年代提出以来，作为一种新的交通概念早已经被接受，世界上有许多国家都投入巨资进行研究，并已经取得大量的科研成果，当年的科学幻想在逐渐变成现实。但是，由于阿基米德桥这一交通概念涉及领域广泛，需要解决的问题众多，因此，到目前为止世界上还未建成一座实用的阿基米德桥。

已经提出的用于车辆交通问题的阿基米德桥结构形式如下：阿基米德桥的顶面位于水面以下20-40米；主要由分段管体、管体之间连接部分、管体与两岸的连接部分以及锚固系统组成；管体通过锚固在水域(海、河、湖)底床锚桩上的缆索来约束定位。此种结构为保持波浪作用下桥体的稳定性，必须确保管体浮力总是大于重力，浮重比一般在1.2至1.5之间，甚至超过1.5，造成在不利工况下负荷较大，提高了建造成本。也有提出水底立柱支承的，立柱在管体下方，仅对管体起向上支承的作用。此种结构管体重力大于浮力，浮重比一般小于0.8，同样在不利工况下负荷较大，建造成本较高。还有完全自由式、浮筒锚固式和浮托式的，因稳定性较差，不适宜用于解决大流量交通运输问题(如铁路运输)。

发明内容

一、要解决的技术问题：

1、在桥段所受浮力和重力接近平衡的情况下，保证桥段在动力载荷作用下的稳定性。

2、出现意外事故时，方便逃生和救援。

3、损坏或性能下降时便于维修和更换零部件。

二、采用的技术方案：

本发明是水中悬浮隧道(即阿基米德桥)的一种新的结构形式，由于浮力与重力接近相等，故称为自平衡式阿基米德桥。总体结构由正桥、引桥及监控管理系统组成，正桥如图1所示，由约束平台1、桥段2、约束环3、轮胎式密封圈4、隔振装置5及其它装置(如安全逃生装置等)组成。为便于桥段安装，约束平台上设有辅助支墩6，并用隔振装置7隔离支墩与桥段之间的动力响应。

该技术方案的主要特征是：

1、每两个桥段的连接处设有一个能提供上、下、左、右四个方向刚性约束的约束平台。

2、约束平台与桥段之间通过约束环连接。

3、约束平台上设有两个以上约束卡槽8。

4、约束环上设有两个以上凸缘9，这些凸缘可插入约束平台上的卡槽内。

5、约束平台的卡槽内装有隔振装置。

6、桥段两端各有3至9个环形槽10，槽内装有轮胎式密封圈。

7、约束平台可采用钢筋混凝土空心结构，用绷紧索锚固于水底或岸边。如图2。

8、约束平台可采用钢筋混凝土空心结构，用建造于水底的钢筋混凝土桁架结构支撑。如图3。

9、约束平台可采用直接建筑在水底基础上的钢筋混凝土空心结构。如图4。

三、有益效果：

1、降低成本。

2、提高安全性能。

3、提高维修性能。

四、对该技术方案如何解决技术问题及实现有益效果的说明：

与锚索不能有效约束桥段下沉及立柱支承不能有效约束桥段上浮的约束特点不同，约束平台可通过约束卡槽同时对桥段提供除轴向外上、下、左、右四个方向的约束力。由于约束平台体积大，抗弯刚度大，这种双向约束可以确保桥段工作时的稳定性，克服了锚索及立柱支承为单向约束的不足。由于交通、洋流、波浪等可变因素作用在桥段上的荷载远小于重力及浮力，此种结构可将桥段的浮重比控制在0.9至1.1甚至0.95至1.05之内而仍保持稳定。由于保证了稳定性，设计桥段时就可在接近于1的范围内确定浮重比。这样设计的桥段浮力和重力接近平衡，可以大大降低不利工况时的负荷峰值，从而可以降低成本、增加跨距。而跨距的增加，不但可以进一步降低成本，还可以减少对水底交通的影响，减少撞击事故等。

因为约束平台面积大，内部为空心结构，对基础的压力大为减轻，甚至可低于无桥时的水压。一般可使桥段浮重比大于1.0，约束平台浮重比小于1.0，将整个结构的浮重比控制在0.9至1.0之间，接近自平衡状态。就整体来说，约束平台主要提供横向约束，竖向约束的重要性有所降低，不再处于支配地位。这样一来，即使个别约束平台因意外原因失效，也不会立即导致全桥崩溃，可获得宝贵的救援时间，减少损失。

约束环套装在桥段上，内孔与桥段外形相适应，外形可为方形、圆形或长圆形，两边有凸缘。约束环可在监控管理系统的控制下沿轴向移动，使约束环同时套住两个桥段，凸缘进入约束平台上相应的约束卡槽，从而实现桥段与桥段、桥段与约束平台的联结，分离过程则与之相反。