半米字型斜拉桥技术领域
本发明属于一种斜拉桥，特别是一种半米字型斜拉桥。
背景技术
随着桥梁设计建造技术的发展，主跨超过千米的一般为斜拉桥和悬索桥两种桥型。从桥梁整体刚度来比较，同等跨度下斜拉桥优于悬索桥，但是在跨越能力方面，悬索桥要优于斜拉桥，限制斜拉桥跨度进一步增大的关键点在于：随着跨度增大，加劲梁所承受的最大轴向压力过大，现有材料难以承受；随着跨度增大，桥塔高度增大，拉索自由长度增大，振幅较大。
现有技术中，如中国专利CN104264579A设计了一种自锚式悬索—斜拉协作体系钢结构桥梁，其主梁为钢结构箱梁，通过减轻主梁的自重降低主梁轴力，但该结构桥塔较高，主梁承重能力较差；中国专利CN101215819B设计了一种分离式双层桥面斜拉桥，该斜拉桥包括上层主梁、下层主梁，上层桥面与下层桥面采用独立的拉索布置形式，下层桥面所需的斜拉索从上层预留钢套管穿过，该斜拉桥所有拉索自由长度较长，在车辆通行和强风作用下拉索振幅较大，且大跨径此结构斜拉桥的轴力较大；中国专利CN104612032A设计了一种大跨倾斜拱形桥塔斜拉桥，该斜拉桥通过设置曲面桥塔降低桥塔高度，该桥塔受力不均匀，不能将垂直方向的力传递给主梁，长时间受力不均会导致桥塔断裂，降低桥梁使用寿命。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种半米字型斜拉桥，通过在主梁与索塔之间增设斜杆，增大了下部斜拉索在主梁上的锚固索梁角，减小斜拉索在主梁方向上的轴向分力，从而降低主梁的轴力；减小了斜拉索的自由长度，减小了斜拉索的垂度，增加了斜拉索的刚度，并解决了斜拉索的振动问题；上部斜拉索的索梁角减小，可以有效降低塔高。
本发明采取以下技术方案实现上述目的：
半米字型斜拉桥包括索塔(1)、主梁(2)、斜拉索(3)、斜杆(7)，斜杆(7)设置在索塔(1)两侧，与主梁(2)和索塔(1)有一个共同的端点，斜杆(7)把斜拉索(3)分为下部斜拉索(31)和上部斜拉索(32)；斜杆(7)上表面、下表面设置锚孔，主梁(2)上表面两侧和索塔(1)左右两侧设置锚孔，斜杆(7)下表面的锚孔与同侧主梁(2)锚孔依次通过下部斜拉索(31)连接，斜杆(7)上表面的锚孔与同侧索塔(1)锚孔依次通过上部斜拉索(32)连接；下部斜拉索(31)与其邻近上部斜拉索(32)形成的内夹角(8)小于180°。作用于主梁(2)上的荷载遵循以下传力路径：主梁→下部斜拉索→斜杆→上部斜拉索→桥塔→基础；斜杆(7)作为传力过渡构件，将常规斜拉桥的一根通长的斜拉索分为两段索梁角不同的拉索，减小了斜拉索(3)的自由长度，减小了斜拉索的垂度，增加了斜拉索的刚度，并减小了斜拉索的振动问题；锚固于斜杆(7)上的斜拉索水平倾角增大，减小了主梁的压应力。
本发明的进一步技术方案是：索塔(1)两侧设置两根斜杆(7)，索塔与两根斜杆有一个共同的端点，两根斜杆形成“V”字型，且关于索塔(1)对称。
本发明的进一步技术方案是：斜杆(7)上表面、下表面的锚孔关于斜杆(7)对称。
本发明的进一步技术方案是：还包括连系梁(6)，连系梁(6)水平设置在索塔(1)与斜杆(7)之间，连系梁(6)一端与斜杆(7)固定连接，另一端与索塔(1)固定连接；连系梁(6)上表面设置锚孔，位于连系梁(6)、斜杆(7)、索塔(1)和主梁(2)的锚孔连接方法为：
a，位于连系梁(6)上方的索塔锚孔与同侧连系梁上方的斜杆(7)上表面锚孔和所述连系梁上表面锚孔通过上部斜拉索(32)依次连接；
b，位于连系梁(6)下方的锚孔与同侧所述连系梁下方的斜杆(7)上表面锚孔通过上部斜拉索(32)依次连接；
c，位于两个连系梁之间的锚孔与同侧两个连系梁之间的锚孔和底部连系梁上表面锚孔依次连接；
d，斜杆(7)下表面的锚孔与同侧主梁(2)锚孔依次通过下部斜拉索(31)连接；
e，下部斜拉索(31)与其邻近上部斜拉索(32)形成的内夹角(8)小于180°。
本发明的进一步技术方案是：位于底端连系梁(6)上方的斜杆(7)下表面锚孔与另一侧的主梁(2)锚孔依次通过下部斜拉索(31)连接。
本发明的有益效果是：
1、通过斜杆的支撑作用，增大下部斜拉索在主梁上的锚固索梁角，减小斜拉索在主梁方向上的轴向分力，从而降低主梁的轴力；
2、斜杆上部斜拉索的索梁角减小，可以有效降低塔高；
3、斜杆将斜拉索分为两段，减小了斜拉索的自由长度，减小了斜拉索的垂度，增加了斜拉索的刚度，并减小了斜拉索的振动问题。
4、斜杆张拉斜拉索，省去了索塔上张拉所需的工作平台或梁底张拉的所需的挂篮，降低了施工措施费，加快了施工进度。
5、部分斜拉索交叉斜向锚固于斜杆上，增加了主梁的抗扭刚度和整桥的抗风能力。
6、可以通过斜杆对拉索拉力进行二次调整分配，缩短调索施工周期和实践。
附图说明
图1为半米字型斜拉桥的平面图；
图2为带有连系梁的半米字型斜拉桥平面图；
图3为下部斜拉索与其邻近上部斜拉索形成内夹角示意图；
图4为半米字型斜拉桥的立体图；
图5为半米字型斜拉桥主梁锚点处受力分析图；
图6为半米字型斜拉桥与现有技术角度对比图。
图中：1，索塔；2，主梁；3，斜拉索；31，下部斜拉索；32，上部斜拉索；4，墩台；5，支座；6，连系梁；7，斜杆；8，下部斜拉索与其邻近上部斜拉索形成内夹角。
具体实施方式
下面结合附图1-6和实施例1-4对本发明进行说明。
结合图1-6对本发明的受力原理进行说明：
受力原理：
半米字型斜拉桥主梁的受力与常规斜拉桥的主梁受力性质类似，其受力图示如图5所示，m2g为主梁传递至拉索的竖向荷载，H2为下部斜拉索的索力，α2为下部斜拉索的索梁角，其值大于常规斜拉桥对应拉索的索梁角α，F轴2为单根斜拉索传递给主梁的轴向力，而主梁的控制轴力Fmax，2为主梁节段轴力的叠加。其中：
![]()
H
2
=
m
2
g
sinα
2
]]>
Fmax，2＝∑F轴2
与常规斜拉桥相比，由于索梁角α2的增大，拉索传递给主梁的轴向压力F轴2减小，进而主梁的控制轴力Fmax，2也会减小，能够有效解决斜拉桥控制轴力过大的问题。
实施例1：
实施例1为一种半米字型斜拉桥，如图1所示，包含2个索塔(1)、1个主梁(2)、320条斜拉索(3)、4个斜杆(7)、1个墩台(4)、2个支座(5)，跨度800米。把斜杆(7)设置在索塔(1)两侧，与主梁(2)和索塔(1)有一个共同的端点，斜杆(7)把斜拉索(3)分为下部斜拉索(31)和上部斜拉索(32)；斜杆(7)为空心截面，空心部分满足斜拉索对称张拉操作所需的空间，斜杆(7)上下表面非对称分布了80个锚孔，同侧的主梁(2)和索塔(1)两侧对应分布了160个锚孔，斜杆(7)上表面的锚孔和索塔(1)通过上部斜拉索(32)依次连接，斜杆(7)下表面的锚孔和主梁(2)通过下部斜拉索(31)依次连接，下部斜拉索(31)与其邻近上部斜拉索(32)形成的内夹角(8)小于180°；下部斜拉索的索梁角增加11°以上，拉索(3)传递给主梁(2)的轴向压力减小，进而主梁(2)的控制轴力也会减小，有效解决了斜拉桥控制轴力过大的问题。
若采用常规设计，增大下层斜拉索的索梁角会使塔高变大，如图6所示，其中H为常规斜拉桥的塔高，H1为半米字型斜拉桥的塔高，半米字型斜拉桥对应的上部斜拉索在辅助梁上的索梁角会减小(α1＜α)，从而使塔高减小，塔高降低为常规斜拉桥的73％。主梁抗扭能力提高了12％，抗风稳定性提高了16％，拉索最大振幅由14cm降低为8cm，节约张拉施工平台和挂篮200余万元，缩短工期2个月。
实施例2：
实施例2为一种半米字型斜拉桥，如图1所示，包含2个索塔(1)、1个主梁(2)、320条斜拉索(3)、4个斜杆(7)、1个墩台(4)、2个支座(5)，跨度800米。把斜杆(7)设置在索塔(1)两侧，与主梁(2)和索塔(1)有一个共同的端点，斜杆(7)把斜拉索(3)分为下部斜拉索(31)和上部斜拉索(32)，斜杆(7)关于索塔对称；斜杆(7)为空心截面，空心部分满足斜拉索对称张拉操作所需的空间，斜杆(7)上下表面对称分布了80个锚孔，同侧的主梁(2)和索塔(1)两侧对应分布了160个锚孔，斜杆(7)上表面的锚孔和索塔(1)通过上部斜拉索(32)依次连接，斜杆(7)下表面的锚孔和主梁(2)通过下部斜拉索(31)依次连接，下部斜拉索(31)与其邻近上部斜拉索(32)形成的内夹角(8)小于180°；下部斜拉索的索梁角增加12°以上，拉索(3)传递给主梁(2)的轴向压力减小，进而主梁(2)的控制轴力也会减小，有效解决了斜拉桥控制轴力过大的问题。
若采用常规设计，增大下层斜拉索的索梁角会使塔高变大，如图6所示，其中H为常规斜拉桥的塔高，H1为半米字型斜拉桥的塔高，半米字型斜拉桥对应的上部斜拉索在辅助梁上的索梁角会减小(α1＜α)，从而使塔高减小，塔高降低为常规斜拉桥的73％。主梁抗扭能力提高了14％，抗风稳定性提高了16％，拉索最大振幅由14cm降低为7cm，节约张拉施工平台和挂篮200余万元，缩短工期2个月。
实施例3：
实施例3为一种半米字型斜拉桥，如图2所示，包含2个索塔(1)、1个主梁(2)、600条斜拉索(3)、4个斜杆(7)、8个连系梁(6)、1个墩台(4)、两个支座(5)，跨度1500米。把斜杆(7)设置在索塔(1)两侧，与主梁(2)和索塔(1)有一个共同的端点，斜杆(7)把斜拉索(3)分为下部斜拉索(31)和上部斜拉索(32)；索塔(1)与斜杆(7)之间设置2个连系梁(6)，连系梁(6)一端与斜杆(7)固定连接，另一端与索塔(1)固定连接；连系梁(6)和斜杆(7)均为空心截面，空心部分满足斜拉索对称张拉操作所需的空间，斜杆(7)上、下表面分布了150个锚孔，索塔(1)与斜杆(7)之间的两个连系梁(6)上表面分布了30个锚孔，同侧的主梁(2)和索塔(1)两侧对应分布了360个锚孔，位于连系梁(6)上方的索塔锚孔与同侧连系梁上方的斜杆(7)上表面锚孔和所述连系梁上表面锚孔通过上部斜拉索(32)依次连接；位于连系梁(6)下方的锚孔与同侧连系梁(6)下方的斜杆(7)上表面锚孔通过上部斜拉索(32)依次连接；位于两个连系梁(6)之间的锚孔与同侧两个连系梁(6)之间的锚孔和底部连系梁(6)上表面锚孔依次连接；斜杆(7)下表面的锚孔与同侧主梁(2)锚孔依次通过下部斜拉索(31)连接，下部斜拉索(31)与其邻近上部斜拉索(32)形成的内夹角(8)小于180°；由于斜杆的作用可以进一步增大主梁(2)上的拉索锚固索梁角，每根斜拉索的索梁角增加9°以上，拉索传递给主梁的轴向压力减小，进而主梁(2)的控制轴力也会减小，有效解决了斜拉桥控制轴力过大的问题。
若采用常规设计，增大下层斜拉索的索梁角会使塔高变大，如图6所示，其中H为常规斜拉桥的塔高，H1为半米字型斜拉桥的塔高，半米字型斜拉桥对应的上部斜拉索在辅助梁上的索梁角会减小(α1＜α)，从而使塔高减小，塔高降低为常规斜拉桥的81％。主梁抗扭能力提高了10％，抗风稳定性提高了13％，拉索最大振幅由20cm降低为13cm，节约张拉施工平台和挂篮500余万元，缩短工期4个月。
实施例4：
实施例4为一种半米字型斜拉桥，如图4所示，包含2个索塔(1)、1个主梁(2)、600条斜拉索(3)、4个斜杆(7)、8个连系梁(6)、1个墩台(4)、两个支座(5)，跨度1500米。把斜杆(7)设置在索塔(1)两侧，与主梁(2)和索塔(1)有一个共同的端点，斜杆(7)把斜拉索(3)分为下部斜拉索(31)和上部斜拉索(32)；索塔(1)与斜杆(7)之间设置2个连系梁(6)，连系梁(6)一端与斜杆(7)固定连接，另一端与索塔(1)固定连接；连系梁(6)和斜杆(7)均为空心截面，空心部分满足斜拉索对称张拉操作所需的空间，斜杆(7)上、下表面分布了150个锚孔，索塔(1)与斜杆(7)之间的两个连系梁(6)上表面分布了30个锚孔，同侧的主梁(2)和索塔(1)两侧对应分布了360个锚孔，位于连系梁(6)上方的索塔锚孔与同侧连系梁上方的斜杆(7)上表面锚孔和所述连系梁上表面锚孔通过上部斜拉索(32)依次连接；位于连系梁(6)下方的锚孔与同侧连系梁(6)下方的斜杆(7)上表面锚孔通过上部斜拉索(32)依次连接；位于两个连系梁(6)之间的锚孔与同侧两个连系梁(6)之间的锚孔和底部连系梁(6)上表面锚孔依次连接；位于底端连系梁(6)下方的斜杆(7)下表面锚孔与同侧主梁(2)锚孔依次通过下部斜拉索(31)连接；位于底端连系梁(6)上方的斜杆(7)下表面锚孔与另一侧的主梁(2)锚孔依次通过下部斜拉索(31)连接，下部斜拉索(31)与其邻近上部斜拉索(32)形成的内夹角(8)小于180°；由于斜杆的作用可以进一步增大主梁(2)上的拉索锚固索梁角，每根斜拉索的索梁角增加8°以上，拉索传递给主梁的轴向压力减小，进而主梁(2)的控制轴力也会减小，有效解决了斜拉桥控制轴力过大的问题。
若采用常规设计，增大下层斜拉索的索梁角会使塔高变大，如图6所示，其中H为常规斜拉桥的塔高，H1为半米字型斜拉桥的塔高，半米字型斜拉桥对应的上部斜拉索在辅助梁上的索梁角会减小(α1＜α)，从而使塔高减小，塔高降低为常规斜拉桥的81％。主梁抗扭能力提高了10％，抗风稳定性提高了15％，拉索最大振幅由20cm降低为14cm，节约张拉施工平台和挂篮500余万元，缩短工期4个月。
实施例1-4与现有技术的参数对比如下表：
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