[发明专利]一种蝴蝶式斜拉桥体系

说明书

本发明公开了一种蝴蝶式斜拉桥体系，包括桥塔、主梁、边墩、斜拉索和不对称曲线拱。在主跨内设置不对称曲线拱，该区域内，斜拉索两端分别与桥塔和不对称曲线拱的拱肋相连；在拱肋上的该锚固点设置与斜拉索位于同一直线上的斜吊杆，并与主梁相连接，同时使斜吊杆的拉力大于斜拉索的索力以使拱肋受压，此时荷载由斜拉索和拱—梁体系共同承担。不对称曲线拱对其区域内的斜拉索具有加劲作用，主梁、不对称曲线拱、拱内斜吊杆共同形成空间框架结构，提高了斜拉桥主跨的空间刚度，有利于抵抗风荷载的作用；同时主梁向下挠曲变形减小，斜拉索变形减小，从而主跨拉索索力减小，改善了桥塔的受力状态。

技术领域

本发明属于桥梁工程领域，特别涉及一种蝴蝶式斜拉桥体系。

背景技术

随着我国公路和铁路建设的持续发展，大跨度桥梁的建造发展迅猛，而斜拉桥以其独特的造型及优越的跨越能力在我国得到了迅速推广。目前所修建的斜拉桥由于通航等需求使得主跨跨径较大，因此与边跨相比刚度较小。在主跨作用车辆等活载时，主梁向下挠曲，导致主跨斜拉索索力增加，塔柱有向主跨弯曲的趋势，导致塔顶变位增大，塔底弯矩明显增加，因此桥塔的设计中所用材料耗费量大，经济性不高。设计人员往往通过设置端锚索来减少桥塔变位、主跨挠度，因此此种情况下端锚索的设计刚度与跨内其他斜拉索相比大很多，从而端锚索中索力增幅明显，在活载的循环往复下，端锚索应力幅较大，易产生疲劳问题。同时，由于主梁向下挠曲导致拉索索力增加，此时拉索在桥面上的水平分力给桥面系造成的纵向压力也越大。斜拉索承受的的巨大拉力以及桥面系承受的巨大压屈力问题，再加上材料自身固有特性的局限、环境因素的影响，要实现斜拉桥更为大跨径的跨越难度较大。除此之外，随着社会经济文化发展水平的不断提高，人们更加重视桥梁建筑的艺术造型，重视桥梁的景观设计，桥梁建筑的美学因素将对斜拉桥的建设产生愈来愈重要的影响。

因此需要对现行的斜拉桥体系进行改进以提高斜拉桥主跨的刚度从而减小主梁的下挠，同时尽可能减小主梁所受的压力和斜拉索索力，亦使桥梁结构具有独特优美的外形。

发明内容

本发明的目的是提供一种蝴蝶式斜拉桥体系，通过在主跨设置一种不对称曲线拱，提高斜拉桥的整体刚度，减小主梁下挠变形和所受压力以及斜拉索索力，同时不对称曲线拱独特优美的造型使得该体系具有较高的美感。

本发明提出的一种蝴蝶式斜拉桥体系，包括桥塔1、边墩2、主梁3、不对称曲线拱4、斜拉索5和斜吊杆6，拉索5及斜吊杆6沿纵向分布于主梁3的主跨上，斜拉索5及斜吊杆6对主梁3起到弹性支承的作用，不对称曲线拱4对称分布于主跨的主梁3上，其中：在不对称曲线拱4区域内，斜拉索5一端与桥塔1一侧相连，另一端锚固在不对称曲线拱4的拱肋上；同时在不对称曲线拱4拱肋上的该锚固点设置与斜拉索5位于同一直线上的拱内斜吊杆6，所述斜吊杆6一端与该锚固点连接，另一端与主梁3相连接，将主梁3所受的荷载传递给不对称曲线拱4拱肋上。同时在设计中，使斜吊杆6的拉力大于斜拉索5的索力，以使不对称曲线拱4受压，此时荷载由斜拉索、不对称曲线拱和主梁共同承担；在斜吊杆6作用下不对称曲线拱4承担斜向荷载，但仍可以基于不对称曲线拱4的自重以及受到的斜向荷载推导出合适的不对称曲线拱４的拱轴线，使不对称曲线拱4只受压力而不受弯矩的作用（合理拱轴线）。

本发明中，斜吊杆6以及斜拉索5所用的材料、具体的尺寸、不同的调整斜吊杆6拉力以及拉索5索力的方式可根据实际情况变化。

本发明中，基于不对称曲线拱4的自重以及受到的斜向荷载推导合适的不对称曲线拱４的拱轴线使不对称曲线拱４的拱肋只受压力而不受弯矩的作用，斜吊杆6的角度、不对称曲线拱4的跨径及矢跨比、拱4面外的倾斜角度可根据实际情况变化。

本发明中，桥塔1为独塔或多塔形式，桥塔1为全漂浮体系、半漂浮体系、塔梁固接体系或刚构体系等中任一种，可根据实际情况变化。

本发明的有益效果在于：