[發明專利]一種用于千米級斜拉橋的斜拉索裝置及其安裝方法

有效

• 申請號: 201210566359.6
• 申請日: 2012-12-24
• 公開（公告）號: CN103015320B
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 熊文;葉見曙
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: E01D19/16
• 分類號: E01D19/16;E01D21/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種斜拉索裝置，具體來說，涉及一種用于千米級斜拉橋的斜拉 索裝置，同時，本發明還涉及該斜拉索裝置的安裝方法。

背景技術

自第一座現代斜拉橋于1956年建成以來，斜拉橋取得了飛速發展。由于斜 拉橋具有結構剛度大、施工方便、經濟性好等優點，在600米以下已基本取代了 懸索橋，在600至1000米的跨徑內也極具競爭力。蘇通大橋的建成更是將斜拉 橋跨度帶入超千米時代。研究表明，超千米級斜拉橋在力學性能和經濟性方面與 懸索橋相比仍具有競爭優勢，因此可以預計斜拉橋將在更大跨徑范圍內取代懸索 橋。

申請者開展的超千米級斜拉橋可行性研究表明，利用現有常用鋼材、混凝土 等材料，主跨1000m的斜拉橋方案仍然是成立的，但繼續增大時存在不少問題。 制約跨度繼續增大的因素主要包括如下幾個方面：超長斜拉索的垂度效應過大， 結構整體剛度下降；斜拉索效率低導致主梁在臨近主塔位置承受巨大的軸向力， 受厚鋼板材料及焊接質量限制，鋼箱梁截面面積已經接近極限；隨跨度增大而增 加的結構自重導致基礎結構復雜造價過高，極限靜風荷載將引起過大的結構內 力；結構動力學性能、橫向風振穩定性等均難以得到保證。

隨著我國跨江、跨海工程建設高潮的興起，需要在寬闊的江河入?？谔幒秃? 灣海峽等地修建超千米跨度的橋梁，成熟的解決方案是懸索橋。但這些地區往往 是承載能力差的軟土地基，或地質條件惡劣，超大規模的重力式錨碇建設難度極 大，而且造價非常昂貴，因此并不是最佳方案，在此條件下如果采用斜拉橋將極 具競爭力。

為進一步增大斜拉橋跨徑，傳統鋼拉索斜拉橋結構難度很大；CFRP輕質、 高強、耐腐蝕，用作斜拉索材料可以解決傳統鋼斜拉索自重大、垂度效應明顯且 耐久性能差的缺點，但其彈性模量低，一般來說2000m斜拉索水平跨徑或4000m 主跨斜拉橋范圍內，CFRP斜拉索即使垂度效應小，其等效剛度仍明顯低于傳統 鋼斜拉索，在目前千米級斜拉橋中（1000~3000m主跨）難以直接應用。

發明內容

技術問題：本發明所要解決的技術問題是：提供一種用于千米級斜拉橋的斜 拉索裝置，可以有效提高千米級斜拉橋的力學性能，降低造價成本。同時，本發 明還提供該斜拉索裝置的安裝方法，該安裝方法可以按照兩個斜拉索各自的強度 分別控制張拉索力，以達到大幅度降低混合拉索自重，并減少其垂度效應。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種用于千米級斜拉橋的斜拉索裝置，該斜拉索裝置包括位于同一索位的第 一斜拉索與第二斜拉索，第一斜拉索由鋼制成，第二斜拉索由碳纖維增強復合材 料制成，第一斜拉索和第二斜拉索的兩端分別通過錨固裝置固定連接在橋梁結構 上。

進一步，所述的用于千米級斜拉橋的斜拉索裝置，還包括連接裝置，連接裝 置固定連接在第一斜拉索與第二斜拉索之間。

進一步，所述的連接裝置包括連桿和兩個索夾，連桿位于第一斜拉索與第二 斜拉索之間，連桿兩端分別通過一個索夾固定連接在第一斜拉索和第二斜拉索 上。

進一步，所述的連接裝置至少為三個，連接裝置均勻布置在第一斜拉索與第 二斜拉索之間，且相鄰的連接裝置之間的距離為2～5米。

上述的用于千米級斜拉橋的斜拉索裝置的安裝方法，該安裝方法包括如下步 驟：

步驟10）確定第一斜拉索和第二斜拉索各自所占的斜拉索截面面積比例： 根據第二斜拉索的水平投影跨徑a，確定第二斜拉索所占的斜拉索截面面積比例 p：當a≤800米時，p=0.55；當800米<a<1500米時，p=0.7；當a≥1500米時， p=0.85；然后確定第一斜拉索所占的斜拉索截面面積比例q，q=1-p；

步驟20）對斜拉索進行成橋索力優化，得到優化索力F，然后根據第一斜拉 索和第二斜拉索制成材料的抗拉強度之比，以及步驟10）確定的斜拉索截面面 積比例p，根據式（1）確定第一斜拉索的橫截面積A₁，根據式（2）確定第一斜 拉索的張拉索力F₁，根據式（3）確定第二斜拉索的橫截面積A₂，根據式（4）確 定第二斜拉索的張拉索力F₂，

A₁=F/(pσ₂+(1-p)σ₁)×(1-p)????式（1）