一种设置隔震基础的三塔悬索桥.pdf

本发明公开了一种设置隔震基础的三塔悬索桥，该桥包括：中塔、边塔、主梁、主缆、吊索、锚碇、中塔基础、边塔基础、边塔基础隔震垫层、减隔震耗能装置、智能视频监控技术装置、地基、附加刚度、附加阻尼。在汽车、温度、大风及常遇地震等静动力荷载作用下，桥梁通过自身刚度和阻尼、以及附加刚度和附加阻尼进行抵御，确保桥梁安全。当发生罕遇大地震时，边塔基础隔震垫层和减隔震耗能装置发生剪切变形、耗散地震动能量，确保桥梁安全。边塔基础隔震垫层为厚400mm～1000mm的沙、沙卵石或素混凝土，在边塔基础隔震垫层内布设减隔震耗能装置及智能监控装置。本发明能够有效隔离罕遇大地震产生的地震动能量，实施方案简单、安全、经济、便于检查维护。

1.  一种设置隔震基础的三塔悬索桥，其特征在于，包括：
中塔(1)；
分布在中塔(1)两边的边塔(2)；
分布在边塔(2)外侧的锚碇(6)；
连接锚碇(6)、边塔(2)和中塔(1)的主梁(3)；
横跨于边塔(2)和中塔(1)，且锚固于锚碇(6)的主缆(4)；
连接主缆(4)与主梁(3)的吊索(5)；
中塔(1)下方用以固定中塔(1)的中塔基础(7)；
边塔(2)下方用以固定边塔(2)的边塔基础(8)；
边塔基础(8)下方用以固定边塔基础(8)的边塔基础隔震垫层(9)；
设置于边塔基础隔震垫层(9)中的减隔震耗能装置(10)和智能监控装置(11)；
地基(12)，其中锚碇(6)、中塔基础(7)和边塔基础隔震垫层(9)的下部均固定于地基(12)之上；
主梁(3)与中塔(1)、边塔(2)之间设置的附加刚度(13)和附加阻尼(14)。

2.  根据权利要求1所述的设置隔震基础的三塔悬索桥，其特征在于，在汽车荷载、温度作用、大风及常遇地震等静动力荷载作用下，桥梁通过自身的刚度和阻尼、以及附加刚度(13)和附件阻尼(14)进行抵御，确保桥梁安全。

3.  根据权利要求1所述的设置隔震基础的三塔悬索桥，其特征在于，当发生罕遇大地震时，除了通过桥梁自身的刚度和阻尼、以及附加刚度(13)和附加阻尼(14)进行抵御外，边塔基础隔震垫层(9)和减隔震耗能装置(10)发生剪切变形、耗散地震动能量，确保桥梁安全。

4.  根据权利要求1所述的设置隔震基础的三塔悬索桥，其特征在于，所述边塔基础隔震垫层(9)的厚度为400mm～1000mm，其材料为沙、沙卵石或素混凝土。

5.  根据权利要求1所述的设置隔震基础的三塔悬索桥，其特征在于， 所述设置于边塔基础隔震垫层(9)中的减隔震耗能装置(10)包括“X”型软钢(15)和双曲面摩擦摆支座(16)，其中“X”型软钢(15)布置在中间区域，双曲面摩擦摆支座(16)布置在“X”型软钢(15)的四周。

6.  根据权利要求5所述的设置隔震基础的三塔悬索桥，其特征在于，所述减隔震耗能装置(10)的上部、下部分别与边塔基础(8)及地基(12)有效连接，其与边塔基础隔震垫层(9)共同承受边塔基础(8)传递下来的竖向轴力、水平剪力、弯矩和扭矩。

7.  根据权利要求6所述的设置隔震基础的三塔悬索桥，其特征在于，地震发生后，减隔震耗能装置(10)具有通过桥梁上部结构的自重使桥梁进行自动复位的能力。

8.  根据权利要求5所述的设置隔震基础的三塔悬索桥，其特征在于，所述设置于边塔基础隔震垫层(9)中的智能监控装置(11)是设置于双曲面摩擦摆支座(16)外侧，通过电缆连接于外部的通过应变监测系统(17)、应力监测系统(18)、自动信息识别系统(19)、远程智能视频监控系统(20)和监控PC终端(21)，以实时监测边塔基础(8)、边塔基础隔震垫层(9)和减隔震耗能装置(10)的变形和受力状况，据此可以对大地震引起的大桥基础的动力效应和损伤进行评估。

一种设置隔震基础的三塔悬索桥
技术领域
本发明涉及桥梁工程技术领域，具体涉及一种设置隔震基础的三塔悬索桥。
背景技术
悬索桥是以主缆受拉为主要承重构件的柔性缆索桥梁结构。主梁自重、二期恒载、汽车活载等荷载均通过吊索传递给主缆，最终由主缆将全部荷载由主塔和锚碇传递给基础。随着跨度的增大，双塔悬索桥需要建造庞大的锚碇，经济性降低，尤其是覆盖层厚、基岩埋藏深的大桥。三塔悬索桥相比单跨悬索桥可显著减小主缆拉力和锚碇规模，尤其当中塔的建设条件相对较好，双主跨布置能够满足通航要求时，三塔悬索桥将成为较为合理的设计方案。我国相继建成了两座主跨超千米的三塔悬索桥：主跨1080m的泰州长江大桥和马鞍山大桥。目前，我国琼州海峡大桥、智利查考大桥、直布罗陀海峡大桥等跨海大桥，在规划中都提出了三塔或多塔悬索桥的设计方案。
在海峡上修建的三塔悬索桥，通常面临基础覆盖层厚、基岩埋藏深、地震强度大等恶劣的建设条件，有些海峡还将跨越断裂带，如正在规划建设的智力查考大桥，大桥的抗震安全面临巨大的考验。
研究表明，通过桥梁结构的自身刚度和阻尼、以及索塔和附加刚度或(和)附加阻尼的方式无法有效地抵御面巨大的地震动。因此，需要研究能够有效隔离罕遇大地震产生的地震动能量，保障大桥安全的新型结构方案。同时，新型结构方案能够对大桥基础的安全状况进行实时监控，并对大地震引起的大桥基础的损伤进行评估。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的是针对三塔悬索桥在巨大地震作用下的抗震安全问题，提供一种设置隔震基础的三塔悬索桥。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种设置隔震基础的三塔悬索桥，包括：中塔1；分布在中塔1两边的边塔2；分布在边塔2外侧的锚碇6；连接锚碇6、边塔2和中塔1的主梁3；横跨于边塔2和中塔1，且锚固于锚碇6的主缆4；连接主缆4与主梁3的吊索5；中塔1下方用以固定中塔1的中塔基础7；边塔2下方用以固定边塔2的边塔基础8；边塔基础8下方用以固定边塔基础8的边塔基础隔震垫层9；设置于边塔基础隔震垫层9中的减隔震耗能装置10和智能监控装置11；地基12，其中锚碇6、中塔基础7和边塔基础隔震垫层9的下部均固定于地基12之上；主梁3与中塔1、边塔2之间设置的附加刚度13和附加阻尼14。
上述方案中，在汽车荷载、温度作用、大风及常遇地震等静动力荷载作用下，桥梁通过自身的刚度和阻尼、以及附加刚度13和附件阻尼14进行抵御，确保桥梁安全。
上述方案中，当发生罕遇大地震时，除了通过桥梁自身的刚度和阻尼、以及附加刚度13和附加阻尼14进行抵御外，边塔基础隔震垫层9和减隔震耗能装置10发生剪切变形、耗散地震动能量，确保桥梁安全。
上述方案中，所述边塔基础隔震垫层9的厚度为400mm～1000mm，其材料为一定级配的沙、沙卵石或素混凝土。
上述方案中，所述设置于边塔基础隔震垫层9中的减隔震耗能装置10包括“X”型软钢15和双曲面摩擦摆支座16，其中“X”型软钢15布置在中间区域，双曲面摩擦摆支座16布置在“X”型软钢15的四周。
上述方案中，所述减隔震耗能装置10的上部、下部分别与边塔基础8及地基12有效连接，其与边塔基础隔震垫层9共同承受边塔基础8传递下来的竖向轴力、水平剪力、弯矩和扭矩。地震发生后，减隔震耗能装置10具有通过桥梁上部结构的自重使桥梁进行自动复位的能力。
上述方案中，所述设置于边塔基础隔震垫层9中的智能监控装置11是设置于双曲面摩擦摆支座16外侧，通过电缆连接于外部的通过应变监测系统17、应力监测系统18、自动信息识别系统19、远程智能视频监控 系统20和监控PC终端21，以实时监测边塔基础8、边塔基础隔震垫层9和减隔震耗能装置10的变形和受力状况，据此可以对大地震引起的大桥基础的动力效应和损伤进行评估。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1本发明提供的这种设置隔震基础的三塔悬索桥，当发生罕遇大地震时，除了通过桥梁自身的刚度和阻尼、以及附加刚度13和附加阻尼14进行抵御外，边塔基础隔震垫层9和减隔震耗能装置10发生剪切变形、耗散地震动能量，确保桥梁安全。地震发生后，具有通过桥梁上部结构的自重进行自动复位的能力。
2本发明提供的这种设置隔震基础的三塔悬索桥，在边塔基础隔震垫层内布设的智能监控装置11能够对大桥基础的安全状况进行实时监控，据此可以对大地震引起的大桥基础的动力效应和损伤进行评估。
3本发明提供的这种设置隔震基础的三塔悬索桥，实施方案简单、安全、经济、便于检查维护。
附图说明
图1是本发明提供的设置隔震基础的三塔悬索桥的结构示意图。
图2是本发明提供的减隔震耗能装置和智能监控装置的平面布置示意图。
图3是与本发明提供的智能监控装置连接的外部设备的示意图。
附图标记：中塔1；边塔2；主梁3；主缆4；吊索5；锚碇6；中塔基础7；边塔基础8；边塔基础隔震垫层9；减隔震耗能装置10；智能监控装置11；地基12；附加刚度13；附加阻尼14；“X”型软钢15；双曲面摩擦摆支座16；应变监测系统17；应力监测系统18；自动信息识别系统19；远程智能视频监控系统20；监控PC终端21。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明自，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的设置隔震基础的三塔悬索桥包括：中塔1；分布在中塔1两边的边塔2；分布在边塔2外侧的锚碇6；连接锚碇6、边塔2和中塔1的主梁3；横跨于边塔2和中塔1，且锚固于锚碇6的主缆4；连接主缆4与主梁3的吊索5；中塔1下方用以固定中塔1的中塔基础7；边塔2下方用以固定边塔2的边塔基础8；边塔基础8下方用以固定边塔基础8的边塔基础隔震垫层9；设置于边塔基础隔震垫层9中的减隔震耗能装置10和智能监控装置11；地基12，其中锚碇6、中塔基础7和边塔基础隔震垫层9的下部均固定于地基12之上；主梁3与中塔1、边塔2之间设置的附加刚度13和附加阻尼14。
在汽车荷载、温度作用、大风及常遇地震等静动力荷载作用下，桥梁通过自身的刚度和阻尼、以及附加刚度13和附件阻尼14进行抵御，确保桥梁安全。当发生罕遇大地震时，除了通过桥梁自身的刚度和阻尼、以及附加刚度13和附加阻尼14进行抵御外，边塔基础隔震垫层9和减隔震耗能装置10发生剪切变形、耗散地震动能量，确保桥梁安全。
所述边塔基础隔震垫层9的厚度为400mm～1000mm，其材料为一定级配的沙、沙卵石或素混凝土。
如图2所示，在边塔基础隔震垫层9内布设减隔震耗能装置10及智能监控装置11，智能监控装置11设置于减隔震耗能装置10的外侧。减隔震耗能装置10包括“X”型软钢15和双曲面摩擦摆支座16。“X”型软钢15布置在中间区域，双曲面摩擦摆支座16布置在“X”型软钢15的四周。地震发生后，减隔震耗能装置10具有通过桥梁上部结构的自重使桥梁进行自动复位的能力。减隔震耗能装置10的上部、下部分别与边塔基础8及地基12有效连接，其与边塔基础隔震垫层9共同承受边塔基础8传递下来的竖向轴力、水平剪力、弯矩和扭矩。
如图3所示，通过电缆连接智能监控装置11的应变监测系统17、应力监测系统18、自动信息识别系统19、远程智能视频监控系统20和监控PC终端21，它们可以实时监测边塔基础8、边塔基础隔震垫层9和减隔震耗能装置10的变形和受力状况，据此可以对大地震引起的大桥基础的动力效应和损伤进行评估。
本发明的隔震基础可以推广应用于多塔斜拉桥和多塔悬索桥。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。