一种力学与美学相结合的索塔的制作方法

1.本实用新型涉及斜拉桥技术领域，特别是涉及一种力学与美学相结合的索塔。


背景技术：

2.桥梁是提供通行功能的交通构筑物，往往又是一座城市、一个地区的标志，近年来桥梁景观建设日益受到社会各界的重视。
3.斜拉桥是由塔、梁、索为主要构件组成的一种桥型，主梁通过若干拉索与索塔连接，是一种由索塔受压、主梁受弯、索体受拉的结构体系。索塔是斜拉桥体现景观效果的主要构件，传统索塔常采用h型、a型、钻石型等塔型，随着人类对桥梁建筑景观的追求不断提高，各类在传统塔型基础上变异而成的索塔逐渐出现在不同地区，如曲线塔、花瓶塔等。然而，对于桥下净空不高而跨度需求较大的斜拉桥，由于桥面以下塔柱不高，采用直线形传统造型的索塔时，线形较为生硬，景观效果较差；采用完全曲线形索塔时，由于轴向力作用点与截面几何中心偏距加大，导致塔柱受力分布不平衡，结构不合理，需要加大截面及配筋，技术经济效益较差，可能导致塔柱出现裂缝等病害，进而影响结构耐久性，严重时影响结构安全。
4.常规索塔上塔柱距离较小时，一般采用实体连接或彼此分离的横梁连接，实体连接厚重且不通透，内部检修不便。分离式横梁连接为防止人员坠落，一般在顶面加设栏杆，常规金属材质栏杆存在锈蚀等问题，一旦锈蚀掉落对行人、车辆存在安全隐患。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种力学与美学相结合的索塔，其有利于桥面以下空间较小的斜拉桥的塔柱的整体受力分布平衡，并且有利于取得良好的景观及塔柱防撞效果，从而使得斜拉桥安全、可靠、经济。
6.解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：
7.一种力学与美学相结合的索塔，包括承台、设在承台上的塔座和两个相对设置在塔座上的塔柱，其特征在于：塔柱包括依次相连接成一个整体的上塔柱、中塔柱和下塔柱，下塔柱通过下塔柱连接件与塔座连接，两个塔柱的下塔柱与下塔柱连接件连接成的整体呈半圆弧形状，在下塔柱的外侧设有下塔柱外侧衬板，下塔柱外侧衬板的上部与下塔柱的上部连接，下塔柱外侧衬板的下部逐渐向内侧倾斜并与塔座连接，在两个塔柱的下塔柱之间设有下横梁，下横梁对两个塔柱的下塔柱形成向内侧的拉力，中塔柱直线向上延伸并逐渐向内侧倾斜，上塔柱呈向内侧弯曲的弧形状，两个塔柱的上塔柱之间通过上塔柱连接件相连接，上塔柱、中塔柱和下塔柱之间的连接处顺滑过渡，整体线条流畅。
8.上塔柱连接件的一个实施结构为：上塔柱连接件呈一体的壁板状，在上塔柱连接件内设有与上塔柱连接的上横梁，在相邻的上横梁之间设有通孔，通孔的底边与上横梁之间设有间距。
9.进一步的，通孔为椭圆形。
10.优选的，通孔的底边与上横梁之间的间距为120cm。
11.进一步的，塔柱还包括塔冠，塔冠设在上塔柱的上端，与上塔柱连接成一体，塔冠逐渐向外侧弯曲张开。
12.进一步的，下塔柱外侧衬板的材质为复合材料uhpc或frp。
13.进一步的，下塔柱为变截面柱，其横截面呈d字形状。
14.进一步的，在下塔柱的内腔底部设置一道隔板。
15.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
16.1、本实用新型的塔柱整体从上之下呈先向内凹，再向外凸，最后在底部收拢的流畅的曲线形状，两个向内侧弯曲的上塔柱之间将产生一对方向相反的作用力，荷载作用下可以自平衡，通过下横梁能平衡下塔柱处的横向的作用力，下塔柱还通过下塔柱连接件及下塔柱外侧衬板稳定其结构。
17.其中，下塔柱外侧衬板也起到了良好的防撞作用，能很好的保护塔柱。有了下塔柱外侧衬板后能减小设置下塔柱防撞设施的规模，也就能避免在下塔柱设置过多螺栓或套筒等连接件孔道，减少了对塔柱的损伤及形成腐蚀通道的影响，提高了结构耐久性。
18.本实用新型的塔柱受力合理且节省材料，有效解决了传统曲线索塔因受力不平衡而导致桥梁塔柱开裂等问题。在下塔柱较低情形下，结构依然受力合理，更加简洁、美观，也避免了采用曲线形下塔柱后需要加大截面尺寸等措施，减少了下横梁与下塔柱所形成框架刚度过大的不利影响。
19.2、本实用新型的上塔柱连接件将上横梁设在内部，整体设计成一体的壁板状，更有利于改善横梁与塔柱之间的应力集中问题，且通过开设通孔，能使得上塔柱连接件更加轻盈通透。
20.另外，通孔的底边与上横梁之间设有间距，位于上横梁上面的部分能对上横梁形成物理防护，无需额外设置横梁顶面栏杆，能避免设置栏杆时存在锈蚀、掉落引起的安全隐患。
附图说明
21.图1是本实用新型的索塔的主视示意图；
22.图2是本实用新型的索塔的侧视示意图；
23.图3是本实用新型的索塔的上塔柱连接件的结构示意图；
24.图4是本实用新型的索塔的上塔柱连接件的剖面示意图；
25.图5是本实用新型的索塔的下塔柱处的剖面示意图；
26.图6是本实用新型的索塔在使用中的立体示意图。
27.图中附图标记含义：
28.100
‑
索塔；101
‑
塔冠；102
‑
上塔柱；103
‑
中塔柱；104
‑
下塔柱；105
‑
下塔柱外侧衬板；106
‑
塔座；107
‑
承台；108
‑
上塔柱连接件；109
‑
下横梁；110
‑
下塔柱连接件；111
‑
上横梁；112
‑
通孔；200
‑
主梁；300
‑
斜拉索。
具体实施方式
29.为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实
施方式，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本实用新型，并不限定本实用新型的保护范围。
30.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
31.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
32.本实用新型中“上”、“中”、“下”不代表具体的方位及顺序，仅仅是用于相对位置及名称的区分。
33.在一个实施例中，请参考图1，索塔100包括承台107、设在承台107上的塔座106和两个相对设置在塔座106上的塔柱，其中，塔柱包括依次相连接成一个整体的塔冠101、上塔柱102、中塔柱103和下塔柱104。
34.下塔柱104通过下塔柱连接件110与塔座106连接，下塔柱104与塔座106呈夹角设置，两个塔柱的下塔柱104与下塔柱连接件110连接成的整体呈半圆弧形状，半圆弧开口向上，在下塔柱104的外侧设有下塔柱外侧衬板105，下塔柱外侧衬板105的上部与下塔柱104的上部连接，下塔柱外侧衬板105的下部逐渐向内侧倾斜并与塔座106连接。在两个塔柱的下塔柱104之间设有下横梁109，下横梁109对两个下塔柱104形成向内侧的拉力。
35.在一个实施例中，请参考图1，中塔柱103直线向上延伸并逐渐向内侧倾斜，上塔柱102呈向内侧弯曲的弧形状，两个塔柱的上塔柱102之间通过上塔柱连接件108相连接。从图1中可知，上塔柱102为向内凹进，通过上塔柱连接件108形成互相倚靠的圆弧结构，从而使得同一索塔两个上塔柱102横向之间更容易产生一对方向相反的作用力，荷载作用下可以自平衡，因此，使得索塔100在受力方面更加平衡、稳固。
36.进一步地，本实施例中，请参考图1和图3，上塔柱连接件108呈一体的壁板状，在上塔柱连接件108内设有与上塔柱连接的上横梁111，在相邻的上横梁111之间设有椭圆形的通孔112，上塔柱连接件108与上塔柱102相接处为圆弧过渡衔接。
37.本实施例的上塔柱连接件108相比常规实体连接更加轻盈通透，相比常规分离的上横梁连接更有利于改善上横梁与塔柱之间的应力集中。此外，连接件箱室可达可检。
38.通孔112的底边与上横梁111之间设有间距，该间距为120cm，位于上横梁111上面的部分可作为物理防护设施，无需额外设置横梁顶面栏杆，避免设置栏杆时存在锈蚀、掉落引起的安全隐患。如此，使得上塔柱102之间连接牢固可靠，使得索塔100的稳定性更高，安全性更好，景观效果更优。
39.更进一步地，请参考图3，由于中塔柱103与下塔柱104为反向倾斜设置，中塔柱103与下塔柱104会对下横梁109产生一个较大的横向作用力，本实施例通过对下横梁109施加预应力以平衡上述横向作用力。
40.本实施例将下塔柱104与塔座106的角度θ设计为76
°
，不仅满足了人类对斜拉桥景观的追求，也同时保证了斜拉桥安全可靠。在实现景观需求的同时，下塔柱104保持力线顺
直，有效避免一般曲线下塔柱线形不顺直，在荷载作用下产生力矩的不利作用。使得本实施例受力合理，无需额外增大塔柱的尺寸，节省了材料，这样使得索塔100整体结构更加稳定、美观。从而有效解决了传统曲线索塔因受力不平衡而导致桥梁塔柱开裂等问题，进而使得斜拉桥安全可靠。使得在下塔柱104较低情形下，斜拉桥结构受力合理，更加简洁、美观，也避免了采用曲线形下塔柱后需要加大截面尺寸等措施，减少了下横梁109与下塔柱104所形成的框架的刚度过大的不利影响。
41.在一个具体实施例中，下塔柱104与下塔柱连接件110在靠近塔座106区域连接，如此，使得下塔柱104与下塔柱外侧衬板105、下塔柱连接件110连接成一个整体，从而使得索塔100整体结构更加稳定。下塔柱外侧衬板105从中塔柱103与下塔柱104交点至靠近塔座106顶面的一端，下塔柱外侧衬板105的边线与塔座顶面边线所成角度逐渐变小，也即本实施例将下塔柱外侧衬板105设计为向外凸出，下塔柱104、下塔柱外侧衬板105、下塔柱连接件110均为钢筋混凝土结构，下塔柱104力线保持顺直流畅，下塔柱连接件110顶部从上到下沿曲线连续设置50
×
50cm倒角。如图5所示，下塔柱外侧衬板105为顺桥向凸出下塔柱标准截面范围各100cm的薄壁混凝土结构，通过上述100cm范围的薄壁结构，从上到下沿曲线连续设置50
×
100cm倒角。通过设置下塔柱连接件110与下塔柱外侧衬板105相搭配，与塔柱截面内侧倒角形成连续的视线诱导，实现连续、流畅的曲线构型，形成类似玉净瓶形的底座。
42.进一步地，塔冠101逐渐向外侧弯曲张开，设计为向塔柱外侧各扩展200cm，渐变率1:10，塔冠作为整个索塔线形延伸的终点，微微外扩的线形使塔身景观更加生动，亦似一朵花蕊的抽象形态，与玉净瓶形的塔身相得益彰，上下呼应，景观效果更佳。
43.在一个具体实施例中，下塔柱104为变截面柱，其横截面呈d字形状，下塔柱104截面内腔底部增设一道隔板，使其上部截面为单箱单室钢筋混凝土箱结构，其下部截面为单箱双室钢筋混凝土箱结构，其目的在于，利用圆润的轮廓减小水流冲击，设置隔板增强下塔柱104的防撞性能。此外，设置下塔柱连接件110与下塔柱104相连，以使两侧塔柱共同承担船撞力。
44.更进一步地，下塔柱外侧衬板105采用uhpc或frp等复合材料，施工过程中下塔柱外侧衬板105作为下塔柱的外模板，运营过程中作为下塔柱的防撞结构，利用uhpc或frp强度高、耐久性好等特点，减小设置下塔柱防撞设施的规模，避免在下塔柱设置过多螺栓或套筒等连接件孔道，减少对塔柱的损伤及形成腐蚀通道的影响，提高结构耐久性。
45.在一个实施例中，通过设置后浇段的施工工艺，即在桥梁主体结构与桥面附属结构施工完毕、索力调整完成后，进行下塔柱连接件110施工，避免下塔柱连接件110参与施工期受力。
46.请参考图1，在本实施例运用在斜拉桥中时，主梁200架设在索塔100上，支承在下横梁的上面，斜拉索300的一端与主梁200连接，斜拉索300的另一端与上塔柱102连接。
47.在一个实施例中，在采用独塔时，索塔100与主梁200的高跨比h/l为1：2；在采用双塔时，索塔100与主梁200的高跨比h/l为1:4，如此，使得整体更加协调。主梁200采用预应力混凝土梁、正交异性桥面板钢箱梁结构或钢混组合结构。
48.具体地，用于固定斜拉索300的拉索固定件可选为钢锚梁或者钢锚箱，本实施例采用钢锚梁对斜拉索300进行锚固。
49.本实用新型的索塔整体呈玉净瓶状。
50.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
51.以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。