一种提高刚度的高速铁路斜拉桥
阅读说明：本技术 一种提高刚度的高速铁路斜拉桥 (High-speed railway cable-stayed bridge with improved rigidity ) 是由 向律楷 彭福兵 陈列 袁明 艾宗良 陈杨义 刘何亮 罗伟元 周威 顾乡 于 2020-05-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种提高刚度的高速铁路斜拉桥,包括桥塔、边跨混凝土梁和中跨结合梁,所述桥塔塔柱由塔底至塔顶逐渐内收,所述边跨混凝土梁和所述中跨结合梁通过钢混结合段连接,所述桥塔分别与所述边跨混凝土梁和所述中跨结合梁通过斜拉索连接,所述斜拉索在主梁处锚固间距为8-10m。该提高刚度的高速铁路斜拉桥结构简单,建造方便,效果良好,提高大跨斜拉桥的整体竖向刚度和横向刚度,改善桥梁的动力特性,减少列车高速通过时桥梁的振动,确保高速铁路行车的安全性及舒适性,且减少工程投资,极大增强该结构体系在高速铁路大跨斜拉桥领域的广泛适用性。(The invention discloses a high-speed railway cable-stayed bridge with improved rigidity, which comprises a bridge tower, a side span concrete beam and a mid-span combination beam, wherein a tower column of the bridge tower gradually shrinks from the tower bottom to the tower top, the side span concrete beam and the mid-span combination beam are connected through a reinforced concrete combination section, the bridge tower is respectively connected with the side span concrete beam and the mid-span combination beam through stay cables, and the anchoring distance of the stay cables at a main beam is 8-10 m. The high-speed railway cable-stayed bridge with the improved rigidity is simple in structure, convenient to build and good in effect, the integral vertical rigidity and the transverse rigidity of a large-span cable-stayed bridge are improved, the dynamic characteristic of the bridge is improved, the vibration of the bridge when a train passes through at a high speed is reduced, the safety and the comfort of high-speed railway driving are ensured, the engineering investment is reduced, and the wide applicability of the structural system in the field of the high-speed railway large-span cable-stayed bridge is greatly enhanced.)
技术领域
本发明涉及桥梁领域，特别是涉及一种提高刚度的高速铁路斜拉桥。
背景技术
斜拉桥是一种柔性结构体系，随着跨度的增大，刚度逐渐降低。高速铁路对桥梁的竖向刚度、横向刚度要求较高，斜拉桥竖向刚度和横向刚度主要靠拉索、桥塔和主梁来提供，其中拉索对竖向刚度的贡献相对较大，其次是桥塔，主梁对刚度的贡献最小。对于高速铁路大跨斜拉桥，尤其是大跨度无砟轨道斜拉桥，如何有效提高斜拉桥整体竖向刚度和横向刚度，如何确定合适的刚度指标，成为高速铁路大跨斜拉桥设计的关键。
铁路斜拉桥常用的结构形式有钢桁梁斜拉桥、钢箱梁斜拉桥、混凝土梁斜拉桥等。
混凝土主梁斜拉桥具有刚度大，养护工作量小，经济性好等突出优点。目前我国建设的混凝土主梁斜拉桥较多，最大跨度为乐清港湾区铁路瓯江特大桥，主跨300m的单线铁路斜拉桥行车速度为120km/h。但是混凝土斜拉桥也有突出的缺点，随着跨度的增加，混凝土收缩徐变引起的线型变化将增大，对行车安全及舒适性有很大影响，尤其对于高速铁路，其影响更大。另外，混凝土主梁结构较重，所以将导致拉索的拉力较大，从而引起桥塔处主梁应力较大，且桥塔也将承受较大的压应力。所以跨度超过300米的铁路混凝土梁斜拉桥在技术上可行性不足，经济性也差。
钢箱梁斜拉桥在公路桥上应用较多，在铁路上应用较少，目前仅见川南城际宜宾临港长江大桥及贵广跨穗盐路斜拉桥采用钢箱梁的主梁结构型式。究其原因，钢箱梁斜拉桥的结构刚度较低，难以满足铁路行车对刚度的需求。
钢桁梁为目前采用最多的铁路斜拉桥主梁型式，也是最成熟的主梁结构型式，钢桁梁具有自重较轻，刚度大的特点。由于钢桁梁斜拉桥的用钢量大，所以工程造价高，且后期运营养护的工作量大。
随着我国高速铁路建设的蓬勃发展，越来越多的大跨度斜拉桥成为高铁速铁路建设中的重要工程，斜拉桥型式越来越多样化，跨度也越来越大。目前，国内既有高速铁路斜拉桥运营时速均未达到350km/h，实际运营中在列车通过斜拉桥时采取了限速，这样对铁路运量将会产生较大影响。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种提高刚度的高速铁路斜拉桥。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种提高刚度的高速铁路斜拉桥，包括桥塔、边跨混凝土梁和中跨结合梁，所述桥塔塔柱由塔底至塔顶逐渐内收，所述边跨混凝土梁和所述中跨结合梁通过钢混结合段连接，所述桥塔分别与所述边跨混凝土梁和所述中跨结合梁通过斜拉索连接，所述斜拉索在主梁处锚固间距为8-10m。
采用本发明所述的一种提高刚度的高速铁路斜拉桥，边跨采用自重和刚度较大的混凝土主梁，中跨采用自重相对较轻，且比常规钢箱梁主梁刚度较大的结合梁，通过钢混结合段连接到一起，可以提供较大的竖向刚度，使得边墩及辅助墩位置均不需要进行压重；所述斜拉索采用较小的梁上锚固间距，采用低强度等级的材料，可以增大所述斜拉索总体截面面积，对斜拉桥整体竖向刚度的改善效果十分明显；所述桥塔向塔顶内收，能够降低重心，其横向刚度大、稳定性强，加上空间扇形布置的所述斜拉索对主梁的横向约束较强，两者结合可以有效提升斜拉桥结构体系的横向刚度；所述边跨混凝土梁可以采用支架现浇施工，与所述桥塔的施工没有前后关系，两者可以同时进行，大大缩短了施工工期，减少施工对航道的影响时间；该提高刚度的高速铁路斜拉桥结构简单，建造方便，效果良好，提高大跨斜拉桥的整体竖向刚度和横向刚度，改善桥梁的动力特性，减少列车高速通过时桥梁的振动，确保列车在350km/h的速度下行车的安全性及舒适性，提高铁路运量，且减少工程投资，极大增强该结构体系在高速铁路大跨斜拉桥领域的广泛适用性。
优选地，所述桥塔包括沿桥梁中线对称设置的两个塔柱，所述塔柱包括上塔柱、中塔柱和下塔柱，所述上塔柱通过至少一个桥塔上横梁相连，所述中塔柱通过至少一个桥塔中横梁相连，所述下塔柱通过至少一个桥塔下横梁相连，所述塔柱上设有桥塔斜拉索索孔，所述桥塔斜拉索索孔用于设置所述斜拉索。
采用这种结构设置，两个所述塔柱之间的间距由下至上逐渐减小，所述桥塔上横梁、所述桥塔中横梁和所述桥塔下横梁能够增加两个所述塔柱连接强度，减小所述塔柱计算长度，提高所述桥塔横向稳定性。
进一步优选地，所述上塔柱和所述下塔柱为直线段，所述中塔柱为圆弧段，所述中塔柱分别与所述上塔柱和所述下塔柱相切。
采用这种结构设置，所述塔柱各段之间平滑过渡无折角，受力传递均匀无突变，结构稳定性好。
进一步优选地，所述上塔柱、所述中塔柱、所述下塔柱、所述桥塔上横梁、所述桥塔中横梁和所述桥塔下横梁为钢筋混凝土构件、钢构件、钢-混构件中的一种或者多种组合。
进一步优选地，所述塔柱、所述桥塔上横梁、所述桥塔中横梁和所述桥塔下横梁均为中空构件。
采用这种结构设置，能够减轻所述桥塔自重，降低材料使用量，减小建造成本。
进一步优选地，所述桥塔下横梁上设有竖向支座和纵向阻尼器，所述桥塔下横梁用于设置所述边跨混凝土梁，所述桥塔和所述边跨混凝土梁之间设有横向抗风支座。
优选地，所述边跨混凝土梁端部与所述桥塔之间设有辅助墩，所述辅助墩底部设有辅助墩桩基础，所述辅助墩墩顶设有纵向活动支座。
优选地，所述边跨混凝土梁端部设有边墩，所述边墩底部设有边墩桩基础，所述边墩墩顶设有纵向活动支座。
进一步优选地，所述辅助墩和所述边墩均为矩形空心截面混凝土桥墩。
优选地，所述中跨结合梁包括钢箱梁和预制混凝土桥面板，所述钢箱梁上设有剪力钉，所述预制混凝土桥面板上设有桥面板现浇湿接缝，所述桥面板现浇湿接缝连接所述剪力钉。
进一步优选地，所述钢箱梁两侧分别设有钢锚箱。
优选地，所述桥塔底部设有桥塔承台，所述桥塔承台底部设有桥塔桩基础。
进一步优选地，所述桥塔承台上设有承台垫块，所述承台垫块连接所述桥塔。
采用这种结构设置，所述承台垫块和所述桥塔承台一起共同支撑所述桥塔的竖向力及弯矩。
进一步优选地，所述桥塔承台包括左塔柱承台和右塔柱承台，所述左塔柱承台和所述右塔柱承台通过承台系梁连接。
优选地，所述边跨混凝土梁为单箱三室的等高截面箱梁。
优选地，所述钢混结合段采用插入式钢混接头，所述钢混接头设有前后承压板，所述钢混接头包括钢混结合段和刚度过渡段。
优选地，所述斜拉索为空间双索面扇形布置的平行钢丝拉索。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明所述的一种提高刚度的高速铁路斜拉桥，边跨采用自重和刚度较大的混凝土主梁，中跨采用自重相对较轻，且比常规钢箱梁主梁刚度较大的结合梁，通过钢混结合段连接到一起，可以提供较大的竖向刚度，使得边墩及辅助墩位置均不需要进行压重；
2、本发明所述的一种提高刚度的高速铁路斜拉桥，所述斜拉索采用较小的梁上锚固间距，能够采用低强度等级的材料，可以增大所述斜拉索总体截面面积，对斜拉桥整体竖向刚度的改善效果十分明显；
3、本发明所述的一种提高刚度的高速铁路斜拉桥，所述桥塔向塔顶内收，能够降低重心，其横向刚度大、稳定性强，加上空间扇形布置的所述斜拉索对主梁的横向约束较强，两者结合可以有效提升斜拉桥结构体系的横向刚度；
4、本发明所述的一种提高刚度的高速铁路斜拉桥，所述边跨混凝土梁可以采用支架现浇施工，与所述桥塔的施工没有前后关系，两者可以同时进行，大大缩短了施工工期，减少施工对航道的影响时间；
5、本发明所述的一种提高刚度的高速铁路斜拉桥，结构简单，建造方便，效果良好，提高大跨斜拉桥的整体竖向刚度和横向刚度，改善桥梁的动力特性，减少列车高速通过时桥梁的振动，确保列车在350km/h的速度下行车的安全性及舒适性，提高铁路运量，极大增强该结构体系在高速铁路大跨斜拉桥领域的广泛适用性。
附图说明
图1是本发明所述高速铁路斜拉桥的立面示意图；
图2是所述中跨结合梁断面示意图；
图3是所述桥塔立面示意图；
图4是所述桥塔承台构造示意图。
图标：1-桥塔，2-斜拉索，3-边跨混凝土梁，4-中跨结合梁，5-钢混结合段， 6-边墩，7-辅助墩，8-桥塔承台，9-边墩桩基础，10-桥塔桩基础，11-辅助墩桩基础，12-桥面板现浇湿接缝，13-钢锚箱，14-剪力钉，15-预制混凝土桥面板， 16-钢箱梁，17-桥塔上横梁，18-上塔柱，19-桥塔斜拉索索孔，20-桥塔中横梁， 21-桥塔下横梁，22-中塔柱，23-下塔柱，24-承台垫块，25-承台系梁，26-左塔柱承台，27-右塔柱承台。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
如图1-4所示，本发明所述的一种提高刚度的高速铁路斜拉桥，包括桥塔1、斜拉索2、边跨混凝土梁3、中跨结合梁4和钢混结合段5。
所述边跨混凝土梁3和所述中跨结合梁4通过所述钢混结合段5连接，所述桥塔1分别与所述边跨混凝土梁3和所述中跨结合梁4通过所述斜拉索2连接成一体，形成半漂浮体系结构，所述斜拉索2在主梁处锚固间距为8-10m，本实施例中采用9m。
如图1和3所示，所述桥塔1包括沿桥梁中线对称设置的两个塔柱，所述塔柱由塔底至塔顶逐渐内收，所述塔柱包括上塔柱18、中塔柱22和下塔柱24，所述上塔柱18通过至少一个桥塔上横梁17相连，所述中塔柱22通过至少一个桥塔中横梁20相连，所述下塔柱24通过至少一个桥塔下横梁21相连，所述塔柱上设有桥塔斜拉索索孔19，所述桥塔斜拉索索孔19用于设置所述斜拉索2，采用这种结构设置，两个所述塔柱之间的间距由下至上逐渐减小，所述桥塔上横梁17、所述桥塔中横梁20和所述桥塔下横梁21能够增加两个所述塔柱连接强度，减小所述塔柱计算长度，提高所述桥塔1横向稳定性；具体地，本实施例中，设置一个所述桥塔上横梁17、一个所述桥塔中横梁20和一个所述桥塔下横梁21，所述桥塔斜拉索索孔19设于所述桥塔上横梁17和所述桥塔中横梁20 之间。
所述上塔柱18和所述下塔柱24为直线段，所述中塔柱22为圆弧段，所述中塔柱22分别与所述上塔柱18和所述下塔柱24相切，采用这种结构设置，所述塔柱各段之间平滑过渡无折角，受力传递均匀无突变，结构稳定性好；所述上塔柱18、所述中塔柱22、所述下塔柱24、所述桥塔上横梁17、所述桥塔中横梁20和所述桥塔下横梁21为钢筋混凝土构件、钢构件、钢-混构件中的一种或者多种组合；所述塔柱、所述桥塔上横梁17、所述桥塔中横梁20和所述桥塔下横梁21均为中空构件，采用这种结构设置，能够减轻所述桥塔1自重，降低材料使用量，减小建造成本。
所述桥塔下横梁21上设有竖向支座和纵向阻尼器，所述桥塔下横梁21用于设置所述边跨混凝土梁3，所述桥塔1和所述边跨混凝土梁3之间设有横向抗风支座；如图1所示，所述边跨混凝土梁3端部与所述桥塔1之间设有辅助墩7，所述辅助墩7底部设有辅助墩桩基础11，所述辅助墩7墩顶设有纵向活动支座；所述边跨混凝土梁3端部设有边墩6，所述边墩6底部设有边墩桩基础9，所述边墩6墩顶设有纵向活动支座；所述辅助墩7和所述边墩6均为矩形空心截面混凝土桥墩；所述边墩6两侧各设一个，所述辅助墩7两侧各设两个。
如图2所示，所述中跨结合梁4包括钢箱梁16和预制混凝土桥面板15，所述钢箱梁16上设有剪力钉14，所述预制混凝土桥面板15上设有桥面板现浇湿接缝12，所述桥面板现浇湿接缝12连接所述剪力钉14，所述钢箱梁16两侧分别设有钢锚箱13。
如图3所示，所述桥塔1底部设有桥塔承台8，所述桥塔承台8底部设有桥塔桩基础10，所述桥塔承台8上设有承台垫块24，所述承台垫块24连接所述桥塔1，采用这种结构设置，所述承台垫块24和所述桥塔承台8一起共同支撑所述桥塔1的竖向力及弯矩，如图4所示，所述桥塔承台8包括左塔柱承台26 和右塔柱承台27，所述左塔柱承台26和所述右塔柱承台27通过承台系梁25连接形成整体受力的基础，相较于常规的整体式基础，这种具有所述承台系梁25 的分离式基础更节省混凝土和桩基用量，降低工程造价。
所述边跨混凝土梁3为单箱三室的等高截面箱梁；所述钢混结合段5采用插入式钢混接头，所述钢混接头设有前后承压板，所述钢混接头包括5m长钢混结合段和5m长刚度过渡段；所述斜拉索2为空间双索面扇形布置的平行钢丝拉索，全桥共设置72对所述斜拉索2，其强度等级为1670Mpa。
所述边跨混凝土梁3分段支架现浇实施，可与所述桥塔1施工同步进行，与所述中跨结合梁4通过所述钢混结合段5形成整体，所述钢混结合段5中设置刚度过渡段，从刚度较大的所述边跨混凝土梁3到所述中跨结合梁4实现刚度的平滑过渡；所述中跨结合梁4下部开口的所述钢箱梁16通过桥面吊机分段吊装安装，每安装一段所述钢箱梁16后，就安装前一段所述钢箱梁16上的所述预制混凝土桥面板15，然后现浇所述桥面板现浇湿接缝12，每安装一个节段，便安装一对所述斜拉索2，直至全桥合龙。
常规的斜拉桥竖向刚度为1/400～1/700，本发明所述的一种提高刚度的高速铁路斜拉桥的竖向刚度为1/840，通过车桥耦合分析，列车以160～420km/h运行时，本桥的动力性能均满足要求，列车的运行安全性有保证，乘坐舒适性均达到“优”。
运用本发明所述的一种提高刚度的高速铁路斜拉桥，边跨采用自重和刚度较大的混凝土主梁，中跨采用自重相对较轻，且比常规钢箱梁主梁刚度较大的结合梁，通过钢混结合段5连接到一起，可以提供较大的竖向刚度，使得边墩6 及辅助墩7位置均不需要进行压重；所述斜拉索2采用较小的梁上锚固间距，能够采用低强度等级的材料，可以增大所述斜拉索2总体截面面积，对斜拉桥整体竖向刚度的改善效果十分明显；所述桥塔1向塔顶内收，能够降低重心，其横向刚度大、稳定性强，加上空间扇形布置的所述斜拉索2对主梁的横向约束较强，两者结合可以有效提升斜拉桥结构体系的横向刚度；所述边跨混凝土梁3可以采用支架现浇施工，与所述桥塔1的施工没有前后关系，两者可以同时进行，大大缩短了施工工期，减少施工对航道的影响时间；该提高刚度的高速铁路斜拉桥结构简单，建造方便，效果良好，提高大跨斜拉桥的整体竖向刚度和横向刚度，改善桥梁的动力特性，减少列车高速通过时桥梁的振动，确保列车在350km/h的速度下行车的安全性及舒适性，提高铁路运量，且减少工程投资，极大增强该结构体系在高速铁路大跨斜拉桥领域的广泛适用性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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