一种Y型塔拉索桥及其设计方法

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，具体涉及一种Y型塔拉索桥及其设计方法。

背景技术

随着桥梁的快速发展，大量跨越江河、峡谷的各种桥梁作为道路交通的重要组成部分，正在被频繁地修建。目前，国内外缆索支撑桥梁塔的结构形式有多种，其中，纵桥向有独柱形、A型、和倒Y型等几种，横桥向有单柱型、双柱型、门型、H型、A型、宝石型或倒Y型等。对于缆索支撑桥这种柔性体系的桥梁，提高结构的整体刚度是桥梁设计施工建造的关键因素。

对于中小跨度的斜拉桥，由于航空净高受限，在建造时桥塔高度无法达到正常高度，导致斜拉索水平倾角较小，斜拉索的索力较大。若采用常规Y型塔设计，则需要对上塔柱的左右斜腿之间增设横向连接系才能平衡索力，不仅增加了施工周期，且施工成本较高。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种Y型塔拉索桥及其设计方法，以解决现有技术中，小跨度矮塔拉索桥施工不便且成本较高的问题。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一方面，本申请提供一种Y型塔斜拉索桥，包括桥梁主体及沿纵桥向间隔设置的至少一组塔柱组，每组上述塔柱组均包括两个横桥向间隔设置的Y型塔柱，上述Y型塔柱包括：

下塔柱，其用于支撑上述桥梁主体；

纵桥向对称连接在上述下塔柱顶部两侧的左塔肢和右塔肢，上述左塔肢和右塔肢上均设有多根向小里程延伸的第一斜拉索和向大里程延伸的第二斜拉索，且上述第一斜拉索和上述第二斜拉索均与上述桥梁主体呈设定角度；

其中，上述左塔肢上的第二斜拉索穿过上述右塔肢与上述桥梁主体连接，上述右塔肢上的第一斜拉索穿过上述左塔肢与上述桥梁主体连接。

在一些可选的实施例中，上述左塔肢上的第一斜拉索与第二斜拉索的锚固点交错设置，上述右塔肢上的第一斜拉索与第二斜拉索的锚固点交错设置。

在一些可选的实施例中，与上述左塔肢连接且位于最外侧的第一斜拉索在上述桥梁主体上的锚固点，与上述右塔肢连接且位于最外侧的第一斜拉索在上述桥梁主体上的锚固点之间的距离，等于上述左塔肢与上述右塔肢顶部之间的距离。

另一方面，本申请还提供一种Y型塔斜拉索桥的设计方法，用于设计任一上述的Y型塔斜拉索桥，包括以下步骤：

根据桥梁主体的主梁跨径及节间距，确定分别连接在左塔肢及右塔肢上的第一斜拉索的根数和第二斜拉索的根数；

根据上述第一斜拉索的根数，结合节间距，确定左塔肢和右塔肢顶部之间的距离；

根据左塔肢和右塔肢顶部之间的距离，确定第一斜拉索和第二斜拉索与桥梁主体的设定角度。

在一些可选的实施例中，根据桥梁主体的主梁跨径及节间距，确定分别连接于左塔肢和右塔肢上的第一斜拉索的根数和第二斜拉索的根数，包括：

根据桥梁主体的主梁跨径及节间距，确定每一塔肢上第一斜拉索和第二斜拉索的总根数n；

根据每一塔肢上第一斜拉索和第二斜拉索的总根数n，结合第一斜拉索和第二斜拉索根数的差值小于设定值，确定每一塔肢上第一斜拉索的根数和第二斜拉索的根数。

在一些可选的实施例中，根据桥梁主体的主梁跨径及节间距，确定每一塔肢上第一斜拉索和第二斜拉索的总根数n，包括：

根据n＝L2/L3确定第一斜拉索和第二斜拉索的总根数n，其中L为主梁跨径，L为节间距；

根据

在一些可选的实施例中，上述设定值为2。

在一些可选的实施例中，根据第一斜拉索的根数，结合节间距，确定两个塔肢顶部之间的距离，包括：

根据L1＝n2*L3确定左塔肢和右塔肢顶部之间的距离L1，其中n2为第一斜拉索的根数。

在一些可选的实施例中，根据左塔肢和右塔肢顶部之间的距离，确定第一斜拉索和第二斜拉索与桥梁主体的设定角度，包括：

根据左塔肢和右塔肢顶部之间的距离L1，确定连接于左塔肢顶部的第一斜拉索，和连接于右塔肢顶部的第一斜拉索在桥梁主体上锚固点的间距；

根据连接于左塔肢顶部的第一斜拉索，和连接于右塔肢顶部的第一斜拉索在桥梁主体上锚固点的间距，结合连接于上述左塔肢顶部的第一斜拉索距离桥面的高度及节间距，确定第一斜拉索和第二斜拉索与桥梁主体的设定角度。

在一些可选的实施例中，根据分别连接于左塔肢和右塔肢顶部的两个第一斜拉索在桥梁主体上锚固点的间距，结合连接于上述左塔肢顶部的第一斜拉索距离桥面的高度及节间距，确定第一斜拉索和第二斜拉索与桥梁主体的设定角度，包括：

根据

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过将上述左塔肢上的第二斜拉索穿过上述右塔肢与上述桥梁主体连接，上述右塔肢上的第一斜拉索穿过上述左塔肢与上述桥梁主体连接，从而使得左塔肢和右塔肢之间无需再设置横向联系以平衡索力，且施工工艺更简便，整体外形更简洁整齐；Y型的塔柱，可以解决塔柱限高问题的同时，增加斜拉索的角度，减小单根索的索力。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种Y型塔拉索桥的结构示意图；

图2为图1中Y型塔柱与第一斜拉索和第二斜拉索的布置示意图；

图3为图1的A-A截面示意图；

图4为图1中B-B截面示意图；

图5为图4中“A”的局部放大示意图；

图6为图1中B-B截面示意图；

图7为图6中“B”的局部放大示意图。

图中：1、Y型塔柱；11、下塔柱；12、左塔肢；13、右塔肢；2、第一斜拉索；3、第二斜拉索。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

一方面，如图1-7所示，本申请提供一种Y型塔斜拉索桥，包括桥梁主体及沿纵桥向间隔设置的至少一组塔柱组，每组上述塔柱组均包括两个横桥向间隔设置的Y型塔柱1，在Y型塔柱1的塔肢上设有多跟与桥梁主体连接的斜拉索。

具体的，上述Y型塔柱1包括下塔柱11和连接在下塔柱11上，并位于桥梁主体上方的左塔肢12和右塔肢13。下塔柱11用于支撑上述桥梁主体；左塔肢12和右塔肢13纵桥向对称连接在上述下塔柱11顶部两侧，在上述左塔肢12和右塔肢13上均设有多根向小里程延伸的第一斜拉索2和向大里程延伸的第二斜拉索3，且上述第一斜拉索2和上述第二斜拉索3均与上述桥梁主体呈设定角度。其中，上述左塔肢12上的第二斜拉索3穿过上述右塔肢13与上述桥梁主体连接，上述右塔肢13上的第一斜拉索2穿过上述左塔肢12与上述桥梁主体连接。

以本实施例为例，沿纵桥向间隔设有两组塔柱组，此时小里程为塔肢位于边跨的一侧，大里程为塔肢位于中跨的一侧。第一斜拉索2和第二斜拉索3分别位于左塔肢12和右塔肢13沿纵桥向的两侧。由于上述左塔肢12上的第二斜拉索3穿过上述右塔肢13与上述桥梁主体连接，上述右塔肢13上的第一斜拉索2穿过上述左塔肢12与上述桥梁主体连接，从而使得左塔肢12和右塔肢13之间无需再设置横向联系以平衡索力，且施工工艺更简便，整体外形更简洁整齐。Y型的塔柱，可以解决塔柱限高问题的同时，增加斜拉索的角度，减小单根索的索力。

在一些可选的实施例中，如图所示，上述左塔肢12上的第一斜拉索2与第二斜拉索3的锚固点交错设置，上述右塔肢13上的第一斜拉索2与第二斜拉索3的锚固点交错设置。

可以理解，斜拉索在塔肢上错开锚固，增加了斜拉索的张拉空间。

需要说明的是，左塔肢12上的第一斜拉索2和第二斜拉索3与右塔肢13上的第一斜拉索2和第二斜拉索3的布置为以下塔柱11为轴镜像对称布置，从而保证每一斜拉索的受力平衡。同时，将第一斜拉索2和第二斜拉索3按照从外侧向内侧依次编号，例如最靠近塔肢顶部的第一斜拉索2和第二斜拉索3均为编号001，与它相邻的斜拉索为编号002，随着斜拉索与塔肢连接高度的降低依次编号。相同编号的第一斜拉索2和第二斜拉索3可能具有相同的高程，但无论高程是否相同，均需要使第一斜拉索2和第二斜拉索3在水平方向上交错设置。

在本例中，最靠近塔肢顶部的第一斜拉索2和第二斜拉索3的高程相同。当然，考虑到结构强度，因此需要在塔肢顶部预留一定的锚固距离。

在一些可选的实施例中，与上述左塔肢12连接且位于最外侧的第一斜拉索2在上述桥梁主体上的锚固点，与上述右塔肢13连接且位于最外侧的第一斜拉索2在上述桥梁主体上的锚固点之间的距离，等于上述左塔肢12与上述右塔肢13顶部之间的距离。

也就是说，左塔肢12和右塔肢13顶部的连线，编号001的两个第一斜拉索2，以及上述编号001的两个第一斜拉索2位于桥梁主体锚固点的连线，组成了一个平行四边形，这样可以提高桥梁的稳定性。

另一方面，本申请还提供一种Y型塔斜拉索桥的设计方法，用于设计任一上述的Y型塔斜拉索桥，包括以下步骤：

S1：根据桥梁主体的主梁跨径及节间距，确定分别连接在左塔肢12及右塔肢13上的第一斜拉索2的根数和第二斜拉索3的根数。

在一些可选的实施例中，上述步骤S1包括：

S11：根据桥梁主体的主梁跨径及节间距，确定每一塔肢上第一斜拉索2和第二斜拉索3的总根数n1。

具体的，根据n＝L2/L3确定第一斜拉索2和第二斜拉索3的总根数n，其中L2为桥梁主体的主跨径，L3为节间距。

然后根据

S12：根据每一塔肢上第一斜拉索2和第二斜拉索3的总根数n，结合第一斜拉索2和第二斜拉索3根数的差值小于设定值，确定每一塔肢上第一斜拉索2的根数和第二斜拉索3的根数。

可以理解，由于左塔肢12上的第一斜拉索2和第二斜拉索3与右塔肢13上的第一斜拉索2和第二斜拉索3的布置为以塔柱11为轴镜像对称布置，因此连接在每一塔肢上的第一斜拉索2和第二斜拉索3的数量相同。

在本例中，上述设定值取值为2，即每一塔肢上连接的第一斜拉索2和第二斜拉索3的差值小于2，以此计算出每一塔肢上第一斜拉索2的根数n2和第二斜拉索3的根数n3。

S2：根据第一斜拉索2的根数，结合节间距，确定左塔肢12和右塔肢13顶部之间的距离。

在一些可选的实施例中，根据L1＝n2*L3确定左塔肢12和右塔肢13顶部之间的距离L1，其中n2为第一斜拉索2的根数。

S3：根据左塔肢12和右塔肢13顶部之间的距离，确定第一斜拉索2和第二斜拉索3与桥梁主体的设定角度。

在一些可选的实施例中，上述步骤S3包括：

S31：根据左塔肢12和右塔肢13顶部之间的距离L1，确定连接在左塔肢12顶部的第一斜拉索2，和连接在右塔肢13顶部的第一斜拉索2在桥梁主体上锚点的间距。

也就是说，左塔肢12和右塔肢13顶部之间的距离L1，与连接在每一上述塔肢顶部的第一斜拉索2在桥梁主体上锚点的间距相等。

S32：根据连接于左塔肢12顶部的第一斜拉索2，和连接在右塔肢13顶部的第一斜拉索2在桥梁主体上锚点的间距，结合连接在上述左塔肢12顶部的第一斜拉索2距离桥面的高度及节间距，确定第一斜拉索2和第二斜拉索3与桥梁主体的设定角度。

在一些可选的实施例中，根据

需要说明的是，左塔肢12顶部第一斜拉索2距离桥面的高度与右塔肢13顶部的第一斜拉索2距离桥面的高度均相同，且第一斜拉索2和第二斜拉索3距离桥面的高程相同，本领域技术人员可以根据施工要求和受力强度选择合适的高程。在本例中，可以使第一斜拉索2和第二斜拉索3距离左塔肢12、右塔肢13顶部的高度为3.5～4m。

在一些可选的实施例中，待第一斜拉索2和第二斜拉索3的数量及平面位置初步确定后，通过迭代计算，结合Y型塔柱的纵横向刚度、强度及稳定性要求，确定塔肢的截面尺寸。

本发明的一种Y型塔拉索桥及其设计方法，通过将上述左塔肢12上的第二斜拉索3穿过上述右塔肢13与上述桥梁主体连接，上述右塔肢13上的第一斜拉索2穿过上述左塔肢12与上述桥梁主体连接，从而使得左塔肢12和右塔肢13之间无需再设置横向联系以平衡索力，且施工工艺更简便，整体外形更简洁整齐；Y型的塔柱，可以解决塔柱限高问题的同时，增加斜拉索的角度，减小单根索的索力；斜拉索在塔肢上错开锚固，增加了斜拉索的张拉空间。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。