[实用新型]一种单叶双曲面空间索网主缆的特大跨径悬索桥

说明书

技术领域

本实用新型属于土木工程领域，涉及一种大跨径悬索桥的建造技术，尤其涉及一种单叶双曲面空间索网主缆的特大跨径悬索桥。

背景技术

悬索桥是世界上跨越能力最强的桥型，1000米以上跨度的桥梁基本上都是悬索桥。1998年，日本已经建成了跨径1991米的明石海峡悬索桥，世界排名第一。2009年，我国已经建成了跨径1650米的舟山西堠门悬索桥，世界排名第二。2010年，意大利政府计划耗资117亿美元，建造主跨径为3300米的墨西拿海峡悬索桥，以便连接意大利大陆和西西里岛的交通。修建琼州海峡大桥是中国人多年的梦想，2012年，中国政府计划耗资1400亿人民币，建造主跨径为3500左右米的琼州海峡公铁两用大跨径悬索桥，以便连接中国大陆和海南岛屿的交通。目前，世界上掀起了一股跨海连岛大桥的建设热潮，为了满足2艘50万吨级的轮船通航要求，为了避免修建花费巨大的深海深水基础，需要修建3000～5000米跨径的海峡大桥。

悬索桥最常见的缆索布置形式是平行缆索体系，即具有两个由主缆和吊杆形成的竖向平行索面体系。传统的竖向平行的缆索体系悬索桥具有竖向承载力强的特点，能担负跨径3000～5000米悬索桥的上部结构重量和车辆荷载，但是，由于竖向平行的缆索体系侧向刚度差，抗扭刚度差，不能满足3000～5000米大跨径海峡悬索桥的抗风稳定性要求。

随着悬索桥桥梁设计和施工水平的不断提高，现代悬索桥的跨径纪录不断刷新，悬索桥结构日趋轻柔化。悬索桥跨度大幅度增长带来的主要问题是悬索桥结构空间刚度的急剧下降，竖向平行的缆索体系悬索桥对风荷载的作用非常敏感，抗风问题日益突出，这使得风致振动对大跨径悬索桥安全性的影响更加重要，而影响大跨径悬索桥风振性能最为关键的因素就是抗风稳定性，即悬索桥的颤振稳定性，改善抗风稳定性能是大跨径悬索桥设计中的一个重要课题，风作用下的结构颤振稳定性已经成为影响大跨径悬索桥建设的重要因素。

改善大跨度悬索桥抗风稳定性能应以提高悬索桥结构系统整体刚度为主，以控制悬索桥结构振动特性和改善断面气动性能等手段为辅。大跨度悬索桥的结构刚度主要来自于主缆，提高悬索桥结构整体刚度的着眼点应放在增加主缆空间刚度上。因此，在桥梁工程界，为了建造3000～5000米的特大跨径跨海连岛悬索桥，亟需一种抗风稳定性强的新型空间缆索体系的特大跨径悬索桥结构形式。

单叶双曲面和双曲抛物面是典型的二次直纹曲面，其曲面可以由两族直线构成，二次直纹曲面在建筑上有着重要应用价值，常常用它来构成建筑物的骨架，应用直纹曲面建造的建筑物，具有优良的力学性能，施工工艺简单，张拉直线预应力钢丝较为方便，其建筑物外观漂亮且结构坚固。许多大型仓库、音乐厅，体育馆建筑的屋面外形就是采用双曲抛物面马鞍形的，通过直线张拉预应力钢丝，达到大跨屋面结构承载力要求。利用单叶双曲面的直纹性，将两族直线的交叉点牢固连接在一起，就会得到一个非常轻巧而非常坚固的建筑物，发电厂的巨大冷却塔常用的外形就是单叶双曲面，藤条花篮也常常应用单叶双曲面外形，600米高的广州电视塔“小蛮腰”就是利用单叶双曲面的直纹性原理建造的。

借鉴中国西藏墨脱滕网桥的结构构造，依据张拉整体大跨结构设计理念，利用单叶双曲面的直纹特性，构建空间索网，形成单叶双曲面形式的空间缆索体系，固定空间索网主缆的交叉节点，设置椭圆形钢结构加强环圈梁，提高缆索体系的空间刚度，采用门式钢结构刚性中央扣，加强空间缆索与加劲梁的藕合性作用，最后安装吊杆和加劲梁桥面系，建造一种单叶双曲面空间索网主缆的特大跨径悬索桥。

实用新型内容

技术问题：本实用新型提供一种结构空间刚度大、跨越能力强、抗风稳定性好的单叶双曲面空间索网主缆的特大跨径悬索桥。依据单叶双曲面的直纹特性，改革传统悬索桥的竖向平行缆索体系，将粗重的集中缆索改为分散的空间钢丝缆索，多股钢丝缆索空间交叉布置，以便建造3000～5000米的特大跨径海峡悬索桥。