[发明专利]改善大跨径三塔斜拉桥三向受力性能的方法及结构体系

说明书

本发明公开了一种改善大跨径三塔斜拉桥三向受力性能的方法及结构体系，该方法包括通过中塔两侧的辅助索和纵向弹性拉索提高三塔斜拉桥竖向刚度；通过中塔与主梁之间的纵向弹性拉索和第一边塔、第二边塔上的纵向黏滞阻尼器对三塔斜拉桥分别进行温度荷载作用下、静力通最不利荷载工况下以及地震作用工况下的纵向静动力响应三级控制；通过中塔、第一边塔以及第二边塔与主梁之间的新型减震耗能抗风支座对大跨径三塔斜拉桥桥塔横向静动力响应进行三级控制；通过第一桥墩、第二桥墩与主梁之间的摩擦摆减隔震支座对大跨径三塔斜拉桥桥墩横向静动力响应进行两级控制；能够解决大跨径三塔斜拉桥温度效应显著、结构竖向刚度不足、抗震性能差的问题。

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，更具体地，涉及一种改善大跨径三塔斜拉桥三向受力性能的方法及结构体系。

背景技术

斜拉桥是一种现代桥型，经济性好，适应性广，现在已发展成为大跨桥梁的主流桥型。面对深水、软基、多航道通航等复杂的建设条件，多塔斜拉桥具有很强的竞争力。目前，三塔斜拉桥在工程中得到了广泛应用。

三塔斜拉桥的结构体系直接关系桥梁的总体设计、结构安全及功能的实现；三塔斜拉桥与双塔斜拉桥相比，尽管形式上和双塔或单塔斜拉桥相似，但随着塔数的增加，梁长的延长，多塔斜拉桥的受力特点也发生了不同程度的变化；多塔斜拉桥更高、更长、更柔，三塔斜拉桥的中塔两侧缺乏有效的纵向约束，使结构刚度越来越小，自身阻尼越来越低，仅依靠结构自身刚度或阻尼或仅依靠外加刚度或阻尼已不能满足结构安全和功能的要求；另外，对汽车、温度、风和地震等静力和动力作用更为敏感，主梁纵向位移、主梁竖向挠度、斜拉索疲劳应力幅和塔底内力等比双塔斜拉桥要大得多；三塔斜拉桥与常规的两塔斜拉桥相比，最突出的技术难题是温度变形过大和竖向刚度不足，而对于高烈度区的三塔斜拉桥而言，抗震性能差也是普遍存在的技术难题。且目前已建成的多塔斜拉桥跨径不大于650m，结构力学行为、约束体系及装置的研究不系统，因此选择合理的结构体系减缓三塔斜拉桥的温度效应、增强结构竖向刚度、提高抗震性能，做到桥梁总体性能优越、构件规模经济，是设计中的关键问题，也是保证三塔斜拉桥结构安全、合理的关键。

国内外学者针对三塔斜拉桥竖向刚度不足的问题，提出了一些针对性的措施，比如增设辅助墩、增大主塔刚度、设置交叉索等，但推荐的纵向约束体系多为中塔塔梁固结或采用固定支座的形式，同时针对三塔斜拉桥横向约束体系的研究极少。而黄茅海大桥为独柱塔双索面三塔斜拉桥，主梁采用分体钢箱梁，支座设置困难，且塔梁固结处理难度大。因此急需针对三塔斜拉桥的受力特点，兼顾桥梁景观，提出一种改善大跨径三塔斜拉桥三向受力性能的结构体系。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种改善大跨径三塔斜拉桥三向受力性能的方法及结构体系，通过纵向黏滞阻尼器、纵向弹性拉索对大跨径三塔斜拉桥纵向静动力响应进行三级控制，通过新型减震耗能抗风支座对大跨径三塔斜拉桥桥塔横向静动力响应进行三级控制，通过摩擦摆减隔震支座对大跨径三塔斜拉桥桥墩横向静动力响应进行两级控制，使大跨径三塔斜拉桥各级受力明确、合理，提高大跨径三塔斜拉桥结构设计的合理性和经济性，同时兼顾了桥梁景观；能够解决大跨径三塔斜拉桥温度效应显著、结构竖向刚度不足、抗震性能差的问题。

为了实现上述目的，本发明的一个方面提供一种改善大跨径三塔斜拉桥三向受力性能的方法，包括如下步骤：

S1：通过中塔两侧设置的辅助索和纵向弹性拉索提高三塔斜拉桥竖向刚度；

S2：通过沿主梁纵向在中塔与主梁之间设置的纵向弹性拉索和在第一边塔、第二边塔上设置的纵向黏滞阻尼器对三塔斜拉桥分别进行温度荷载作用下、静力最不利荷载工况下以及地震作用工况下的三级纵向控制，共同改善大跨径三塔斜拉桥的纵向静动力响应；

S3：通过沿主梁横向在中塔、第一边塔以及第二边塔与主梁之间分别设置的新型减震耗能抗风支座对大跨径三塔斜拉桥桥塔横向静动力响应进行三级控制，改善大跨径三塔斜拉桥的横向静动力响应；