本发明属于桥梁工程技术领域，更具体地，涉及一种转角索鞍和一种包含转角索鞍的外张式主缆索桥。
背景技术
铁路桥梁是铁路跨越河流、湖泊、海峡、山谷或其他障碍物，以及为实现铁路线路与铁路线路或道路的立体交叉而修建的构筑物。铁路桥梁荷载大，冲击力大，行车密度大，要求能抵抗自然灾害的标准高，特别是结构要求有一定的竖向横向刚度和动力性能。传统悬索桥，多为对称结构，具有完整的桥塔、主缆和锚碇的布置形式，且主梁和桥塔也以桥跨中心为对称结构。参见图1，主梁和桥塔均为对称结构，主缆平行于索面设置，吊杆垂直于主梁设置。但该桥梁结构形式只适用于横向刚度要求不高、两岸地形起伏不大、桥梁两侧不接隧道的情况。
且传统的悬索桥索鞍分为主索鞍和散索鞍，主索鞍搁置于桥塔塔顶，由鞍体、拉杆、隔板、上承板、下承板等构成，可为主缆提供支撑，将主缆的反力均匀的传递给桥塔，并使其线形平顺的改变方向。但其不能发挥散索鞍分散索股锚固的作用；散索鞍搁置于锚碇鞍座顶部，由鞍体、上承板、下承板、底座、底板、地脚螺栓等构成。散索鞍主要起支撑转向和分散主缆索股使之与锚碇锚固系统相连，但其不能发挥主索鞍支撑、传力与线形平顺的改变方向。
在两岸地形高差大或v形峡谷环境下，无桥塔设置条件或山区峡谷地形下修建悬索桥，桥梁上无法分别放置主索鞍和散索鞍，使其不能同时满足主缆的支撑、传力、线形平顺的改变方向、集束、弯折和锚固分散作用。cn107245948a公开了一种多功能索鞍，参见图2，其能集主索鞍支承功能与散索鞍发散功能为一体，但其不能适应两岸地形高差大或v形峡谷环境下外张式主缆不同角偏转的的锚固，以致不能达到消除施工线形误差、降低主缆不平衡水平力，从而对鞍座和桥塔造成的不利影响。
技术实现要素：
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种转角索鞍，鞍体顶部的曲线槽包括分别设于两侧的主缆散索鞍槽和主缆曲线鞍槽，主缆曲线鞍槽设于靠近主梁中心的一侧，主缆散索鞍槽靠近锚固件的一侧，主缆散索鞍槽为从端口向鞍体中心逐渐汇聚的开口状，实现对主缆的支撑、传力和集束；主缆曲线鞍槽和中心线之间设有横向偏角，且其横向偏角匹配外张式主缆的曲线走向，以适应外张式主缆形成三维空间曲线的线形，使其平顺的地改变方向、弯折及拉紧锚固，使得非对称悬索桥、无桥塔悬索桥等复杂悬索桥的修建成为可能。包含转角索鞍的外张式主缆悬索桥，倾斜吊杆梁端一侧的钢锚箱锚固于主梁两侧，倾斜吊杆与梁体的顶面形成的夹角为钝角，且不同位置的倾斜吊杆与梁体的顶面形成的夹角的大小不同，形成不同倾斜角度的斜吊杆，从而达到辅助外张式主缆形成三维空间曲线，使悬索桥能在承受主梁纵向荷载的同时，极大增加其横向冲击的抵抗能力，提高横向刚度，以解决两岸地形高差较大或v形峡谷时，尤其是超过百米时且峡谷风速较大横向刚度要求高的问题。同时还能缩减了主梁宽度和长度，降低了主缆重量和整体成本。
为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种转角索鞍，包括鞍体、鞍槽拉杆和索鞍底座板，所述鞍体的顶部设有沿长度方向的曲线槽；
所述曲线槽包括设于所述鞍体两侧并相互衔接连通的主缆散索鞍槽和主缆曲线鞍槽，所述主缆散索鞍槽设于靠近主缆锚固端的一侧，且由端口向所述鞍体中心逐渐汇聚的开口结构，所述主缆曲线鞍槽设于靠近主梁中心的一侧，并与所述鞍体的中心线之间设有横向偏角，且所述横向偏角与主缆曲线走向相匹配，以起到支撑的同时平顺地改变方向实现锚固。
进一步地，所述鞍体和所述索鞍底座板之间设有转角支座，所述转角支座包括底部设有圆弧形凹槽的转角支座上座板和顶部设有圆弧形凸起的转角支座下座板，且所述圆弧形凹槽和所述圆弧形凸起相匹配。
作为本发明的另一个方面，提供一种包含转角索鞍的外张式主缆索桥，包括主梁，所述主梁的顶部两侧均设有外张式主缆，所述外张式主缆和所述主梁之间设有若干根间隔分布的倾斜吊杆；
所述倾斜吊杆与所述梁体的顶面形成的夹角为钝角，且不同位置的所述倾斜吊杆与所述梁体的顶面形成的夹角的大小不同，以形成不同倾斜角度的倾斜吊杆，且所述倾斜吊杆的长度沿所述梁体的中心向两端长度逐渐增大，依次连接所述倾斜吊杆端部的外张式主缆为三维空间曲线，以增强悬索桥的横向刚度；
所述主梁的两端对应所述外张式主缆设有转角索鞍，所述转角索鞍包括主缆散索鞍槽和主缆曲线鞍槽，所述主缆散索鞍槽设于靠近主缆锚固端的一侧，所述主缆曲线鞍槽设于靠近主梁中心的一侧，并与所述鞍体的中心线之间设有横向偏角，且所述横向偏角与主缆曲线走向相匹配，以起到支撑的同时平顺地改变方向实现锚固。
进一步地，所述主梁与非隧道段连接处设有桥塔，所述桥塔为两个，且分离式设于主梁的两侧。
进一步地，所述桥塔的顶部均设有主缆鞍座。
进一步地，所述外张式主缆的端部均设有固定在两侧隧道的顶部锚固件。
进一步地，所述锚固件均沿所述外张式主缆的曲线走向设置，位于同一隧道侧的所述锚固件呈外张式间隔设置。
进一步地，所述锚固件为钢筋混凝土隧道式锚碇。
进一步地，所述倾斜吊杆的末端设有锚固箱，所述主梁两侧设有风嘴或锚固箱室，所述锚固箱固定在两侧的风嘴或锚固箱室中。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明中的转角索鞍，鞍体顶部的曲线槽包括分别设于两侧的主缆散索鞍槽和主缆曲线鞍槽，主缆曲线鞍槽设于靠近主梁中心的一侧，主缆散索鞍槽靠近锚固件的一侧，主缆散索鞍槽为从端口向鞍体中心逐渐汇聚的开口状，实现对主缆的支撑、传力和集束；主缆曲线鞍槽和中心线之间设有横向偏角，且其横向偏角匹配外张式主缆的曲线走向，以适应外张式主缆形成三维空间曲线的线形，使其平顺的地改变方向、弯折及拉紧锚固，使得非对称悬索桥、无桥塔悬索桥等复杂悬索桥的修建成为可能。
(2)本发明中的转角索鞍，鞍体和索鞍底座板之间的转角支座为圆弧形凸和圆弧形凹槽的匹配转动结构，能实现鞍体转动和滑动的功能，以适应鞍体安装阶段和成桥后的滑移和摆动，使鞍体能够更好地匹配外张式主缆的曲线和角度进行高精度的安装。
(3)本发明的包含转角索鞍的外张式主缆悬索桥，倾斜吊杆梁端一侧的钢锚箱锚固于主梁两侧，倾斜吊杆与梁体的顶面形成的夹角为钝角，且不同位置的倾斜吊杆与梁体的顶面形成的夹角的大小不同，形成不同倾斜角度的斜吊杆，从而达到辅助外张式主缆形成三维空间曲线，使悬索桥能在承受主梁纵向荷载的同时，极大增加其横向冲击的抵抗能力，提高横向刚度，以解决两岸地形高差较大或v形峡谷时，尤其是超过百米时且峡谷风速较大横向刚度要求高的问题。同时还能缩减了主梁宽度和长度，降低了主缆重量和整体成本。
附图说明
图1为现有技术中悬索桥的结构示意图；
图2为现有技术中索鞍的结构示意图；
图3为本发明实施例中包含转角索鞍的外张式主缆悬索桥的主视图；
图4为本发明实施例中包含转角索鞍的外张式主缆悬索桥的俯视图；
图5为本发明实施例中主梁和外张式主缆横断面的结构示意图；
图6为本发明实施例中转角索鞍的主视图；
图7为本发明实施例中转角索鞍的俯视图；
图8为图7的a-a面剖视图。
所有附图中，同一标记表示相同的结构或零件，其中：1-隧道、2-桥隧相接梁段、3-主梁、4-桥塔、5-外张式主缆、6-外张式边跨主缆、7-倾斜吊杆、8-锚固件、9-基础；401-鞍体、402-鞍槽拉杆、403-主缆散索鞍槽、404-主缆曲线鞍槽、405-索鞍底座板、406-转角支座上座板、407-转角支座下座板、408-锌填块、409-隔板、410-主缆索股单元。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图3为本发明实施例中包含转角索鞍的外张式主缆悬索桥的主视图。
图4为本发明实施例中包含转角索鞍的外张式主缆悬索桥的俯视图。如图3和图4所示。图5为本发明实施例中主梁和外张式主缆横断面的结构示意图。如图3、图4和图5所示，外张式主缆悬索桥结构包括主梁3、外张式主缆5、倾斜吊杆7和锚固件8，主梁3设于两端基地之间，用于形成连接两端的走形面，本实施例中主梁3设于一端为隧道另一端为非隧道的两岸地形高差大或v形峡谷环境之间，本发明的主梁还可设于两端均为隧道的地形时间，或没有隧道仅地形高差大或v形峡谷环境之间，此种地形条件下传统的桥塔设置不能很好的适应。
外张式主缆5包括两根，分别设于主梁3顶部的两侧，且外张式主缆5和主梁3的外侧之间均设有倾斜吊杆7，倾斜吊杆7的一端固定于主梁3的梁体内，另一端与外张式主缆5连接，以将主梁3的荷载通过倾斜吊杆7传递给外张式主缆5。且倾斜吊杆7为若干根，沿外张式主缆5和主梁3的长度方向间隔分布。
其中，倾斜吊杆7与梁体3的顶面形成的夹角为钝角，且不同位置的倾斜吊杆7与梁体3的顶面形成的夹角的大小不同，以形成不同倾斜角度的倾斜吊杆7；另外倾斜吊杆7的长度不同，从梁体3的中心向两侧倾斜吊杆7的长度逐渐增大。
外张式主缆5依次连接间隔设置的若干跟长度和倾斜角不同的倾斜吊杆7，外张式主缆5形成三维空间曲线，区别于传统的在主缆在垂直主梁的平面内形成的平面曲线，外张式主缆5形成的三维空间曲线，能在承受主梁纵向荷载的同时，极大增加其横向冲击的抵抗能力，提高横向刚度，以解决两岸地形高差较大或v形峡谷时，尤其是超过百米时且峡谷风速较大横向刚度要求高的问题。同时还能缩减了主梁宽度和长度，降低了主缆重量，成本降低40％。
优选地，倾斜吊杆7的末端设有锚固箱，主梁3两侧设有风嘴或锚固箱室，倾斜吊杆7通过末端的锚固箱固定在主梁3两侧的风嘴或锚固箱室中，从而使得用于传递荷载的倾斜吊杆7能够牢固地固定在主梁3上。
外张式主缆5的两端对应设于两端的隧道1中，外张式主缆5的端部均设有锚固件8，并通过锚固件8固定在两侧隧道1的顶部，以通过外张式主缆5和锚固件8将荷载最终传递到两端的隧道1的结构上，实现对整个主梁3的承拉。进一步地，如图4所示，锚固件8对应设有4个，每个锚固件8均沿外张式主缆5的曲线走向设置，位于同一隧道1侧的锚固件8呈外张式间隔设置，用于更好地实现对主梁3的承拉，保证悬索桥整体结构的稳定性增强横向刚度。
当一端为非隧道结构的地基时，主梁3靠近另一侧的地基设有桥塔4；进一步地，桥塔4为两个，且为分离式桥塔，两个桥塔4分开设于主梁3的两侧，均垂直主梁3，分离式桥塔为适应主缆的外张式的结构进行设置，两侧的外张式主缆5末端之间的间隔远大于主梁3的宽度，分离式桥塔的设置能够实现对两侧的外张式主缆5的支撑。
桥塔4的顶部设有主缆鞍座，优选地，其底部设有基础9，进一步地，基础9为扩大基础结构，增加结构的稳定性。桥塔4与另一侧的基地之间的主缆为外张式边跨主缆6。
图6为本发明实施例中转角索鞍的主视图。如图6所示，转角索鞍设于桥塔4的顶部或设于锚固件8上，用于外张式主缆5的支撑、传力、线形平顺的改变方向、集束、弯折和锚固分散，转角索鞍包括鞍体401、鞍槽拉杆402、主缆散索鞍槽403、主缆曲线鞍槽404和索鞍底座板405，索鞍底座板405埋设于固定在桥塔、隧道或一般地基上，索鞍底座板405顶部之上设有鞍体401，鞍体401和索鞍底座板405之间设有转角支座，转角支座包括转角支座上座板406和转角支座下座板407，转角支座上座板406与鞍体401底部固定连接，转角支座下座板407与索鞍底座板405连接，转角支座上座板406的底部设有圆弧形凹槽，转角支座下座板407的顶部设有圆弧形凸起，圆弧形凸起设于圆弧形凹槽内，并于圆弧形凹槽相匹配，从而实现鞍体401转动和滑动的功能，以适应鞍体安装阶段和成桥后的滑移和摆动，使鞍体401能够更好地匹配外张式主缆的曲线和角度进行高精度的安装。
优选地，转角支座上座板406和转角支座下座板407为不锈钢-改性超高分子聚乙烯制成。
鞍体401的顶部为弧形结构，且其顶部设有沿长度方向的曲线槽，曲线槽顶部的两侧板之间设有横向的鞍槽拉杆402，鞍槽拉杆402为若干个，且鞍槽拉杆402沿弧线结构设置，且由鞍体顶部中间向两端高度逐渐降低，鞍槽拉杆402用于将外张式主缆5压紧在曲线槽内。
图7为本发明实施例中转角索鞍的俯视图。如图7所示，曲线槽包括主缆散索鞍槽403和主缆曲线鞍槽404，主缆散索鞍槽403和主缆曲线鞍槽404分别设于两侧，且主缆曲线鞍槽404设于靠近主梁3中心的一侧，主缆散索鞍槽403设于靠近锚固件8的一侧。主缆散索鞍槽403和主缆曲线鞍槽404均包括若干槽道，且主缆散索鞍槽403和主缆曲线鞍槽404均包括若干槽道向对接，于鞍体401形成若干从一端延伸至另一端的若干槽道。主缆散索鞍槽403为开口状，从端口向鞍体401中心逐渐汇聚，实现对主缆的支撑、传力和集束。
不同于现有技术中的与中心线平行的鞍槽设置，主缆曲线鞍槽404和中心线之间设有横向偏角，即主缆曲线鞍槽404向一侧侧偏；进一步地，主缆曲线鞍槽404的侧偏匹配外张式主缆5的曲线走向，以适应外张式主缆5形成三维空间曲线的线形，使其平顺的地改变方向、弯折及拉紧锚固，使得非对称悬索桥、无桥塔悬索桥等复杂悬索桥的修建成为可能。
优选地，主梁两侧的外张式主缆分别向两侧侧偏，转角索鞍包括分别向两侧偏转的类型，且主缆曲线鞍槽404和中心线之间设有横向偏角与外张式主缆位于转角鞍槽处的横向偏角相同。
图8为图7的a-a面剖视图。如图8所示，优选地，鞍体401顶部的曲线槽内设有锌填块408、隔板409和主缆索股单元410，主缆索股单元410设于曲线槽的底部，隔板409铺设于主缆索股单元410的顶部，并形成顶部高度不同结构，隔板409的顶部设有锌填块408便于主缆放置。
优选地，转角索鞍鞍体为全铸造钢结构。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。