專利名稱：包括塔、橋梁、主/懸纜、懸架、和對角斜拉索的橋結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及跨度超過大約500米的橋，所述橋構成了對常規吊橋和斜拉橋的一個替代選擇。
直到今天，只有吊橋已經用于超過1000米的跨度，且在世界范圍內已經建造了許多跨度范圍為1000-2000米的橋。典型的吊橋包括從兩個平行懸攬懸掛的一個中心橋梁，以及橋梁與懸纜之間的垂直懸架。懸纜由橋跨度各末端的塔支撐，且其繼續越過這些塔，最終在巖石或混凝土地基中錨定。塔通常設計為A字形或H字形，塔在中心線路橋梁的每側有一個支柱，以及在支柱之間的、低于和高于橋梁的橫梁。
對于跨度超過1000米的情況，風成為建筑上主要的負荷，且選擇一種使得橋梁能夠抵抗風力的建造概念是至關緊要的，同時建筑必須制造為在所有的風力作用情況下都空氣動力學地穩定。這些方面最終決定了材料的使用、重量和成本的范圍。
對于長跨度的情況，在風氣候影響橋的動力特性和空氣動力學設計的同時，橋結構的靜重量成為比交通負荷更大的主要的靜載重。隨著跨度增加，傳統吊橋結構達到一種靜重量和質量，其在經濟學上排除了工程的實現。為了說明這個問題，具有兩條車道的1000米橋的橋梁、懸纜和交通負荷之間的負荷比為大約60/20/20％，但對于一個類似的2000米橋，相應的數字是55/35/10％。同時將要負載的總比重從每米橋梁大約12噸，增加到每米橋梁16噸。
由于不可克服的成本，許多跨度超過1000米的、可能的跨接還沒有實現。降低這種結構的成本將是很有好處的。這必須由降低橋的自重而達到，同時保持其空氣動力學穩定性。還需要能夠以可預測和合理的方式建造此結構，所述方式要符合對健康、環境和安全性的嚴格要求。
建造于19th和20th世紀的許多橋使用對角斜拉索和懸桿的組合。最著名的是布魯克林大橋，其完成于1883年，跨度為486米。對角桿和懸架重疊在整個跨度上方，使它成為高度冗余靜態系統。此結構把剛性斜拉橋系統與柔性吊橋系統以并非最佳的方式結合。
挪威專利NO107352教導了對角桿與懸纜的一種組合，但是它帶有分開的車道而并非中心負載的部件。
所謂的混合橋也已經被建造了，其中已經將接近塔的對角桿與跨度中間部分的吊橋相組合。例子是阿爾及利亞的Sidi Me Cid人行橋(164米)和日本的Nagisia橋(110米)。
對角桿單獨地與分開的車道以及中央單-塔組合，用于香港的Stonecutter橋，其跨度為1018米，但是對角桿設置在橋面的外部。如果跨度更大的話，這種結構類型將會更加昂貴并在建造過程中產生穩定性問題。
本發明解決了關于風穩定性的問題，通過使用分離的橋面和在其中間的寬氣隙、以及接近塔的懸臂混凝土橋段，其后有斜拉段和隨后的中心懸跨度，促成更剛性的橋面。橋面之間的距離決定橋的橫向剛性。這個距離是可變的，并有利于減少橋的材料和質量。這種類型的改變原則上對傳統吊橋結構是不可能的。而且，分離的橋面與中央塔、對角桿、中央懸纜和傾斜懸桿組合，將形成三角形結構，其在本質上增加了橋面的扭轉穩定性。扭轉穩定性的增加改善了橋的空氣動力學穩定性。
關于在建造過程中安全性的需要，懸臂橋段(懸臂混凝土橋和對角斜拉橋)在建筑過程中，自一側起將經歷逐漸增大的穩定性問題，其與無支撐的長度的平方成比例，而吊橋產生更穩定的結構，因為懸纜首先由航空旋轉設置到位。懸纜從一個塔跨越至另一個塔，并有助于整體穩定性，而其它部件諸如懸架、桿和橋大梁段是與纜旋轉同時快速裝配的部件。
對于最接近塔的橋部分，懸臂混凝土結構是最廉價的選擇，但是這種方法僅僅能夠提供非常有限的跨度(由成本決定的最大跨度為400米)。對角斜拉方法對較小跨度是有些昂貴的，但能用于相當長的跨度(由成本決定的最大跨度為1000-1200米)。吊橋方法對于較小跨度需要相對高的每米價格，但能用于非常長的跨度。曾經建造的最長跨度為1998年的1991米(Akashi-Kaikyo)。吊橋的成本率隨著跨度的增加而大大增加，主要是由于主纜噸位的增加和風穩定性問題的增加。
本發明通過使用懸臂、對角斜拉索和吊橋的系列組合，顯著降低了對于長跨度橋的建造成本。與純粹的吊橋或對角斜拉橋比較，這種組合導致了材料的顯著減少。
本發明的目的可通過在權利要求1特征條款中所描述的特征來達到。進一步的有利特征和特性描述于相關的權利要求中。
以下是本發明的非限制性描述和實例，參考附圖，其中
圖1顯示了根據本發明的一種橋的側視圖，圖2顯示了根據本發明的吊橋段的截面圖，圖3顯示了根據本發明的對角斜拉段的截面圖，圖4顯示了根據本發明的懸臂混凝土段的截面圖，圖5和圖6顯示了根據本發明的，帶有不同纜錨的橋的透視圖。
圖1顯示了根據本發明的一種橋，其包括兩個單-塔1、一根中央主懸纜2、懸臂混凝土橋段3、對角斜拉段4和吊橋段5。懸臂混凝土橋段3可以伸出如50米至最大200米，對角斜拉段4接著懸臂混凝土橋段3，可以伸出直到大約500米，而吊橋段5跨越余下的缺口直到達到本實例中的大約2000米。對于總跨度為大約1300米的橋，相應的長度可以計算為大約100米、250米和600米(即，2×100米+2×250米+600米＝1300米)。跨度為2700米的橋相應的參數可以是例如100米、450米和1600米(＝2700米)。懸臂橋段3形成剛性部件，其延伸進入有些柔韌性的對角斜拉段4，而吊橋段5形成對角斜拉段4之間最柔韌的部分。懸臂橋、對角斜拉橋和吊橋的這種組合，其中減少了吊橋部分，可導致明顯較輕和較薄的主懸纜，大大減少了橋的總成本。
圖2顯示了根據本發明一個實例的橋的截面，其中截面是在橋的吊橋部分截取的。兩個橋面6以變化的橫向距離延伸，并通過橋面6內側的橫梁7裝置彼此連接。懸架9固定于主懸纜2，向下延伸至橋面6內側的橫梁7的各末端。由于懸架9(以及對角斜拉索8)固定于橋面6的內側，帶有長的、柔性臂的檢視車輛將能易于達到橋面7下面，并易于沿著橋面6的方向傳送，而不遇到障礙物諸如懸架9(或對角斜拉索8)，其需要固定地收回或推出所述臂至橋面6下方的位置。
圖3顯示了根據本發明一個實例的橋的截面，其中截面是在橋的對角斜拉段4截取的。橋面6由橫梁7裝置連接。橋面之間的距離比圖2中的大。對角斜拉索從橫梁7延伸直到單-塔1。
圖4顯示了根據本發明一個實例的橋的截面，其中截面是在橋的懸臂部分3截取的。橋面6進一步分離，因為它們必須在單-塔1的每側延伸(橋面6之間的距離對應于單-塔1在此高度處的外尺寸)。橋面6由堅固的橫梁7裝置固定于單-塔。根據本發明，橋面6在單-塔1的一側或兩側向內彎曲，從而控制橫梁7的長度和重量。此外，這種設計趨于給出美學上悅人和雅致的外觀。
除了單塔，還可以使用根據本發明其它實例的可選的塔設計。可能的設計是A-形塔、H-形塔、X-形塔或V-形塔。此外，其它的塔設計也是可能的。
可以通過以下方式進行建造-形成為具有可變寬度和壁厚的中空盒子的塔，以滑動模板和/或提升式模板建造。可以避免傳統的耗時和耗成本的橫梁。所有材料運輸和工作者操作都位于塔內，避開了風和天氣狀況。外部塔起重機不是必需的(這是個重要方面，因為對跨度為1000米的橋，塔將達到大約170米，對跨度為2000米的橋，塔將達到大約300米)。
-橋梁的混凝土懸臂部分的建造，可以在達到正確高度時立即開始，并且很大程度上與塔的進一步上升同時進行。
-對角斜拉部分的建造，可以與由航空旋轉操作主懸纜同時進行，-與傳統的在H-塔每側放置的兩個懸纜相比，更有效的是只布置一個中央主懸纜。
-吊橋部分的橋面是預先制造的，并可在更大的單元內裝配。
與建造傳統吊橋相比，本發明的建造時間短、建造過程受天氣影響小，這導致可觀的成本節省。對角斜拉索和懸架在橋面內的連接使得容易達到用于檢視和維護橋箱的“橋升降機構”。中央主懸纜提供了用于檢視和維護懸纜和懸架的大的和安全的平臺。
根據本發明，懸臂橋、對角斜拉橋和吊橋的系列組合提供了一種橋結構，其帶有柔性和剛性特性的組合，這提供了各部件之間有利的過渡(從接近塔處的剛性到遠離塔處的柔性)，并導致了負載較大的垂直和水平負荷的優化的能力。同時，每個橋部分都以其最優化、最節省成本的位置使用。本發明提供了各種構造原理的協同，獲得了優化的結構，明顯更短的建造時間，明顯更低的成本，以及更加容易的維護。
權利要求
1.一種橋，其包括塔、橋面、主懸纜、以及懸架和對角斜拉索，其特征在于所述橋包括對角斜拉段(4)和吊橋部分(5)的系列組合，所述主懸纜(2)，其包括至少一中央主懸纜，所述橋面(6)，其包括兩個或多個單獨的面，所述面以彼此距離恒定或可變地排列，所述兩個或多個橋面，其由橫梁(7)或其它支撐物連接，所述對角斜拉索(8)和懸桿，其固定于橫梁或其它支撐物或橋面，所述懸桿、主懸纜和橫梁或其它支撐物形成橋的垂直橫斷平面中的三角形結構系統。
2.根據權利要求1所述的一種橋，其特征在于它還包括懸臂橋段(3)，所述懸臂段布置在對角斜拉段之前，最接近塔(1)。
3.根據權利要求1或2所述的一種橋，其特征在于塔形成中央單-塔(1)或其它塔建筑物，其中所述至少兩個或更多橋面(6)布置在中央單-塔(1)或其它塔結構的外部。
4.根據權利要求3所述的一種橋，其特征在于所述至少一中央主懸纜(2)越過、穿過或伸至中央單-塔(1)或其它塔建筑物的側邊，所述吊橋段(5)由所述至少一中央主懸纜負載。
5.根據權利要求2、3或4所述的一種橋，其特征在于對角斜拉索(8)和懸架(9)優選地固定至所述橋面(6)的內側。
全文摘要
本發明涉及包括塔、橋面、主懸纜、以及懸架和對角斜拉索的一種橋。本發明的特征在于所述橋包括對角斜拉段(4)和吊橋部分(5)的系列組合，所述主懸纜(2)包括至少一中央主懸纜，所述橋面(6)包括兩個或多個單獨的面，所述面以彼此距離恒定或可變地排列，所述兩個或多個橋面由橫梁(7)或其它支撐物連接，所述對角斜拉索(8)和懸架固定于橫梁或其它支撐物或橋面，所述懸架、主懸纜和橫梁或其它支撐物形成橋的垂直橫斷平面中的三角形結構系統。
文檔編號E01D11/00GK1867736SQ200480029922
公開日2006年11月22日 申請日期2004年10月8日 優先權日2003年10月14日
發明者斯坦·佛杰斯太, 伊利加恩·A·佐太德 申請人:Aas-杰克博森公司