双层钢桁架-摩天轮组合式桥梁的制作方法

专利名称：：双层钢桁架-摩天轮组合式桥梁的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种桥梁，特别涉及一种双层钢桁架-摩天轮组合式桥梁。
背景技术：
：摩天轮一般是对100米以上超大型观览车的称呼，英文为GiantWheel,是圆盘带动载客的轿厢绕水平轴慢速回转的游乐设备。乘客坐在摩天轮慢慢的往上转，可以从高处俯瞰四周景色。作为一种游乐场机动游戏，与云霄飞车、旋转木马合称有"乐园三宝"的美誉。由于设备车轮般的造型和庞大的占空面积、因此摩天轮一直成为游乐园和城市标志性的景观。目前，摩天轮越来越多地受到各大城市青睐，成为创造特殊景观、具有地标意义的建筑设计。表1中列出了目前世界上高度超过100m的摩天轮。表l世界依直径排名的摩天轮一览表<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>摩天轮主要由支架、主轴、转盘、轿厢几部分组成。支架是支承整个摩天轮的主要受力构件，通常采用矩形或圆形钢管，多对称设置，也有根据地势及施工工艺单面设置的，如"伦敦眼"；主轴即摩天轮的旋转主轴，同时转盘也通过主轴与支架相连；转盘是摩天轮最重要的、也是最能体现摩天轮特色和技术含量的部分；轿厢又称观缆车座舱，均匀布置在转盘四周，供游人乘坐在高空观景之用，它的稳定和平衡与观景游客的舒适性直接相关。根据转盘结构型式的不同摩天轮分为以下三种柔性(全钢索结构，以伦敦眼为代表)、半刚性(桁架钢索混合型结构，以上海锦江乐园摩天轮为代表)和全刚性(全桁架结构，以南昌之星和日本多座摩天轮为代表)三种。钢桁架是主要承受横向荷载的空腹式受弯构件。同实腹梁相比，当跨径较大时，它具有用钢量省，刚度大，制造、运输、拼装方便，能够根据荷载情况和使用条件制成各种不同的外形等特点。钢桁架的应用范围十分广泛，尤其是下承式钢桁架梁桥；此外悬索桥的加劲梁、斜拉桥的主梁、拱桥的拱肋等结构也常采用钢桁架。到二十世纪初期，随着人类活动范围的不断扩大和铁路运输的需求，对于跨越大江大河处，建造了大量的铁路和公、铁两用钢桁架桥梁。目前，我国钢桁架桥基本上是铁路或者是公、铁两用桥，但在城市桥梁建设方面应用钢桁架桥是非常有限的，因此，如何提高钢桁架桥在城市桥梁方面的设计水平是促进我国公路建设发展面临的一个具有现实意义的课题。公开号为CN101158143，公开日是2008年4月9日的中国发明专利申请中公开了一种双层桥面组合桁梁桥，由上层混凝土桥面板、钢结构腹杆和下层混凝土桥面板组成。其上下层桥面均采用混凝土桥面板，上下层桥面均主要承受车辆荷载；上下层混凝土桥面板既作为承受车辆荷载的桥面板板使用，同时作为桁梁的上、下弦部件参与结构的整体受力。钢结构腹杆由斜腹杆和竖腹杆组成，将上、下层混凝土桥面板连成整体，用于抵抗桁梁桥的剪力。由上述技术方案实现的双层桥面组合桁梁桥存在的不足之处是桥梁的上下层混凝土桥面板不仅仅在横向受力体系中承担行车道板的作用，也是纵向受力体系中主桁架的上、下弦杆，即结构主桁仅剩钢腹杆承担剪力，上、下弦杆都用混凝土板代替，钢腹板与混凝土板交接处受力复杂，由于其传力路径不清晰、不明确，从而不能获得高的安全系数，而且施工难度较大。公开号为JP2005139834(A)，公开日为2003年11月10日的曰本专利中公开了一种摩天轮桥，该摩天轮桥包括跨越河流的桥梁结构、摩天轮和塔架，其桥轮结构为一体。其中，桥梁结构中的主桥采用门式刚架体系的斜拉桥结构形式，所述主桥包括主跨与引桥之间有跨钢桥，摩天轮位于主桥主跨中央，摩天轮包括辐射状拉索与轮缘桁架，其轮盘为钢桁架结构，由预应力索与中心轮轴的轮毂拉结成整体；斜拉桥主塔为倒Y字形钢结构刚架(即通常所称的倒Y架)，倒Y架根部为铰接，所述斜拉桥主塔由相互成120度的三条直线箱型结构组成，每个倒Y架的交点处设置六对呈放射状的吊索(即桥面斜拉索在两侧倒Y架的交点处汇集)，该吊索吊起主桥主跨结构。所述摩天轮的中心轮轴(旋转轴)设置在上述的倒Y架顶部的刚架横梁上。上述技术方案是利用桥梁结构支承摩天轮的荷载，实现了在桥上建摩天轮，以有效地利用河流上的空间及桥梁结构。上述技术方案中的门式刚架体系横向刚度较弱；倒Y架根部铰接，对于横向刚度不利；倒Y架对两端的推力靠桥面平衡，增加了桥面的负担；倒Y架的刚架横梁既是桥梁的主要受力构件，又是摩天轮的中心转轴的支承，存在结构受力不明确的隐患，而且桥梁和摩天轮之间的相互影响较大，另外，由于该刚架横梁的双重受力，不但摩天轮旋转主轴的直径很大，而且轴承外径会更大，给摩天轮桥的加工和装配均带来巨大风险。
发明内容针对上述现有技术，本发明提供了一种双层钢桁架-摩天轮组合式桥梁，本发明在保持桁架主桥上设有摩天轮的整体建筑风格，但采取轮、桥建筑主体结构分离的技术方案，从而可以克服现有技术中所存在的轮桥结构受力不明确、桥梁和摩天轮之间的相互影响较大、摩天轮旋转主轴及轴承直径大、摩天轮桥的加工和装配风险大的缺陷。为了解决上述技术问题，本发明双层钢桁架-摩天轮组合式桥梁予以实现的技术方案是包括主桥、支承塔架和摩天轮，所述主桥采用双层钢桁架梁的结构型式，所述主桥设置有至少两道纵向主桁架，所述主桁架采用钢箱型断面杆件；所述主桁架之间采用纵、横梁连接，位于所述主桥的上层桥的上、下行车道之间的桥面设置有一开口；所述主桥的基础为第一基础；所述支承塔架为两个人字形钢结构塔架，每个人字形钢结构塔架由互成120度的三条直线型钢箱体构成；所述两个人字形钢结构塔架的基础为第二基础，所述两个人字形钢结构塔架的顶部连接有支承塔架横梁;所述第一基础和第二基础为一复合式轮桥基础；所述摩天轮包括轮盘、中心转轴和轮盘外周上的轿厢，所述轮盘设置在上述上层桥桥面的开口中；所述中心转轴与所述支承塔架横梁为同一构件。本发明双层钢桁架-摩天轮组合式桥梁，其中，所述主桥的上层桥采用钢纤维混凝土桥面板，所述主桥的下层桥采用钢桥面板。所述主桁架的腹杆采用V字型斜腹杆。所述主桁架采用全焊接、螺栓连接或铆接。所述主桥的下层桥设置有摩天轮的登舱站台。所述摩天轮轮盘为全钢索结构、桁架钢索混合型结构或全桁架结构。所述全钢索结构轮盘由在主桥中央河面上竖立起的全柔性辐射状拉索和钢管桁架轮箍构成。所述摩天轮轮盘外周上的轿厢为沿该轮盘外周等分悬挂的48只轿厢。所述轿厢采用重力式摩天轮轿厢或观景摩天轮轿厢。所述重力式摩天轮轿厢采用伺服电机控制。与现有技术相比，本发明双层钢桁架-摩天轮组合式桥梁的有益效果是本发明在保持桥梁上方具有一摩天轮的建筑造型的前提下，将双层桁架桥和摩天轮设置为^桥合一的建筑物，并采用桥轮主体结构分离，使摩天轮位于上、下行桥之间，但将摩天轮支承基础与桥梁主桁架基础结合为一复合式的轮桥基础。因此，本发明双层钢桁架-摩夭轮组合式桥梁可以消除轮桥结构一体化所存在的结构受力不明确的隐患；降低桥梁和摩天轮之间的相互影响；缩小摩天轮中心旋转轴轴承的直径，大幅度降低了摩天轮桥加工和装配的风险。图1是本发明双层钢桁架-摩天轮组合式桥梁的端向视图；图2是图l所示桥梁的侧视图；图3是图1所示桥梁的俯视图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。本发明主要零部件及细节说明IO.主桥，20.支承塔架，30.摩天轮，40.复合式轮桥基础，ll.上层桥，12.下层桥，13.主桁架，16.开口，17.第一基础，22.第二基础，23.支承塔架横梁(中心转轴)，31.轮盘，32.轿厢，33.拉索，34.轮箍。如图1、图2和图3所示，本发明双层钢桁架-摩天轮组合式桥梁予以实现的技术方案是包括主桥10、支承塔架20、摩天轮30和复合式轮桥基础40;所述主桥10采用双层钢桁架梁的结构型式，所述主桥的上层桥11采用钢纤维混凝土桥面板，所述主桥的下层桥12采用钢桥面板，所述主桥的下层桥12设置有摩天轮30的登舱站台；所述主桥设置有至少两道纵向主桁架13，所述主桁架13采用钢箱型断面杆件，本发明实施例中采用了四道纵向主桁架13,通常该纵向主桁架13的腹杆大多由斜杆和竖杆组成，为了便于行人在下层桥面上通行以增强桥梁的通行能力，并尽可能地获得较大的桥面面积，本发明桥梁中的主桁架13的腹杆最好全部采用V字型斜腹杆，所述主桁架13可以采用全焊接、螺栓连接或铆接工艺连接，每两个相邻的主桁架13之间采用纵、横梁连接，位于所述主桥10的上层桥11的上、下行车道之间的桥面设置有一开口16;所述主桥10的基础为第一基础17;所述摩天轮30的支承塔架20为两个人字形钢结构塔架，每个人字形钢结构塔架由互成120度的三条直线型钢箱体构成；所述每个人字形钢结构塔架的基础为第二基础22，所述两个人字形钢结构塔架的顶部连接有支承塔架横梁23;位于两个人字形钢结构塔架四条塔腿根部处的基础为复合式轮桥基础，该复合式轮桥基础40由一第一基础17和一第二基础22结合而成。所述摩天轮30包括轮盘31、中心转轴和轮盘31外周上的轿厢32，所述轮盘31可以采用全钢索结构、桁架钢索混合型结构或全桁架结构，如图1所示，本发明实施例中的摩天轮的轮盘最好采用由在主桥中央河面上竖立起的全柔性辐射状拉索33和钢管桁架轮箍34构成的轮盘，所述轮盘31设置在上述上层桥桥面的开口16中；所述中心转轴与所述支承塔架横梁23为同一构件。摩天轮轿厢32又称观缆车座舱，供游人乘坐在高空观景之用，它的稳定和平衡与观景游客的舒适性直接相关。根据运作机构的差异，摩天轮轿厢可分为重力式摩天轮(FerrisWheel)和观景摩天轮(ObservationWheel)两种。观景摩天轮上的座舱则是悬在轮的外面，需要较复杂的连杆类机械结构，随着车厢绕转的位置来同步调整其保持水平。本发明实施例中的轿厢32采用重力式摩天轮的座舱，包括沿轮盘31外周等分悬挂的48只轿厢，采用伺服电机控制，并以重力维持水平。本发明双层钢桁架-摩天轮组合式桥梁的一种实施例如下本发明双层钢桁架-摩天轮组合式桥梁中的双层钢桁架桥，其上层桥ll为机动车道，其下层桥12为非机动车和步行通道以及商业空间。主桁架的跨径布置为24.47m+45m+24.47m，并采用三跨连续桁架，共设置四道纵向"V"型主受力桁架，其纵向受力体系为四榀全钢桁架，主桁架的上、下弦杆及腹杆均采用全焊接的钢箱形断面结构的杆件，该主桁架的传力路径清晰、明确，安全系数高。设计参数为主桁之间的中心距为10.5m+8m+10.5m，桁高为4.06.0m，并通过上平联、下平联连接成以整体；布置若干道与主桁上、下弦杆正交的上、下横梁，横梁之间再设置若干顺桥向的工字形小纵梁，从而形成了上下层桥面的格子梁体系。下层桥面主要荷载为人群，相对较小，可以在上述形成的格子梁上焊接12mm厚的钢板作为桥面板；上层桥面为机动车道，荷载较大，且局部效应明显，因此，在上述格子梁上布置20cm厚的钢纤维混凝土板，通过剪力钉连接，形成组合结构。本发明双层钢桁架-摩天轮组合式桥梁中的摩天轮，其顶点高度为119.8m,轮盘31直径为110m。摩天轮由两个高度为67m的人字形支承塔架20支承(即该人字形支承塔架包括塔柱和两条塔腿)，塔架顶部通过横梁23连接，形成门式刚架受力体系，该支承塔架横梁23同时也作为摩天轮的中心转轴；塔腿中轴线沿顺桥向间距101.200m，沿横桥向间距40.500m;塔腿和塔柱的三叉交点呈120。塔腿和塔柱的三肢构件在同一个与竖平面夹角9.624的倾斜空间平面内。塔柱顶端的支承塔架横梁23(即摩天轮的中心转轴)沿横桥向水平放置，塔柱顶端在主轴中心所在的标高上，中心间距21m。支承摩天轮的两个大型回转支承中心间距14m。摩天轮的轮盘31共设有48根径向索和16根切向索，并在塔柱顶端和塔腿底端设稳定索，对塔柱以至于整个塔架起平面内的稳定作用。为平衡塔腿向外的水平推力，在四个塔脚之间，沿顺桥向设置预应力水平平衡索，该水平索隐藏于桥外侧悬挑的水平梁内。摩天轮共设置48只轿厢，每只轿厢定员8人，转速为每转30分钟。摩天轮在轮盘最外圈的轿厢支架端部布置航空障碍灯，航空障碍灯共八组，沿轮盘周圈等间隔对称布置。每个轿箱设置接闪器(避雷针)。摩天轮轮盘31从上层桥11中部的开中16穿过，机动车道从开口16的两边通过，行车路线呈曲线形.下层桥面12为一个整体，中部为摩天轮的登轮站台区，两侧为行人和非机动车过桥通道，其他部分作为布置商业空间、控制机房等的功能区。摩天轮的驱动装置安放在桥的上下层之间。摩天轮的控制机房和其他设备安放于下层桥空间，动力电源和其他电气线缆都从下层桥引入。本发明双层钢桁架-摩天轮组合式桥梁中的摩天轮与双层钢桁架桥采用主体结构分离的技术方案，即摩天轮不是架设在双层钢桁架桥的桥面上，而是采用将摩天轮支承基础与桥梁基础结合为一复合式的轮桥基础，因此，既保持了桥梁上方具有一摩天轮的建筑造型，又可以消除轮桥结构一体化所存在的结构受力不明确的隐患，从而縮小了桥梁和摩天轮之间的相互影响；并可以相应减小摩天轮中心转轴的轴承直径，从而不但可以大幅度降低摩天轮桥加工和装配的风险，同时也降低了建设成本。尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。权利要求1.一种双层钢桁架-摩天轮组合式桥梁，包括主桥、支承塔架和摩天轮，其特征在于所述主桥采用双层钢桁架梁的结构型式，所述主桥设置有至少两道纵向主桁架，所述主桁架采用钢箱型断面杆件；所述主桁架之间采用纵、横梁连接，位于所述主桥的上层桥的上、下行车道之间的桥面设置有一开口；所述主桥的基础为第一基础；所述支承塔架为两个人字形钢结构塔架，每个人字形钢结构塔架由互成120度的三条直线型钢箱体构成；所述两个人字形钢结构塔架的基础为第二基础，所述两个人字形钢结构塔架的顶部连接有支承塔架横梁；所述第一基础和第二基础为一复合式轮桥基础；所述摩天轮包括轮盘、中心转轴和轮盘外周上的轿厢，所述轮盘设置在上述上层桥桥面的开口中；所述中心转轴与所述支承塔架横梁为同一构件。2.根据权利要求1所述的双层钢桁架-摩天轮组合式桥梁，其特征在于所述主桥的上层桥采用钢纤维混凝土桥面板，所述主桥的下层桥采用钢桥面板。3.根据权利要求l所述的双层钢桁架-摩天轮组合式桥梁，其特征在于所述主桁架的腹杆采用V字型斜腹杆。4.根据权利要求1所述的双层钢桁架-摩天轮组合式桥梁，其特征在于所述主桁架采用全焊接、螺栓连接或铆接。5.根据权利要求1所述的双层钢桁架-摩天轮组合式桥梁，其特征在于所述主桥的下层桥设置有摩天轮的登舱站台。6.根据权利要求1所述的双层钢桁架-摩天轮组合式桥梁，其特征在于所述摩天轮轮盘为全钢索结构、桁架钢索混合型结构或全桁架结构。7.根据权利要求6所述的双层钢桁架-摩天轮组合式桥梁，其特征在于所述全钢索结构轮盘由在主桥中央河面上竖立起的全柔性辐射状拉索和钢管桁架轮箍构成。8.根据权利要求1所述的双层钢桁架-摩天轮组合式桥梁，其特征在于所述摩天轮轮盘外周上的轿厢为沿该轮盘外周等分悬挂的48只轿厢。9.根据权利要求1所述的双层钢桁架-摩天轮组合式桥梁，其特征在于所述轿厢采用重力式摩天轮轿厢或观景摩天轮轿厢。10.根据权利要求9所述的双层钢桁架-摩天轮组合式桥梁，其特征在于所述重力式摩天轮轿厢采用伺服电机控制。全文摘要本发明公开了一种双层钢桁架-摩天轮组合式桥梁，包括主桥、支承塔架和摩天轮，主桥采用双层钢桁架梁的结构型式，设有至少两道纵向主桁架，主桁架采用钢箱型断面杆件；主桁架之间采用纵、横梁连接，位于主桥的上层桥面设置有一开口；主桥基础为第一基础；支承塔架为两个人字形钢结构塔架，该塔架基础为第二基础，两个人字形钢结构塔架的顶部有支承塔架横梁；第一、二基础为一复合式轮桥基础；摩天轮轮盘设置在上述上层桥桥面的开口中，其中心转轴与支承塔架横梁为同一构件。本发明桥梁可以消除轮桥结构一体化所存在的结构受力不明确的隐患；降低了桥梁和摩天轮之间的相互影响；缩小了中心转轴轴承的直径，大幅度降低了摩天轮桥加工和装配的风险。文档编号E01D6/00GK101555679SQ200910068788公开日2009年10月14日申请日期2009年5月11日优先权日2009年5月11日发明者俞荣斐,刘宇光,刘文江,刘旭锴,颖唐,涛宋,张玉林,伟李,李冬兰,李宏祥,明林,王卫东,明马申请人:天津市市政工程设计研究院