本技术涉及缆索承重桥梁，特别涉及分散自锚式中央主缆钢桁梁斜拉-悬索协作体系桥及方法。
背景技术：
1、缆索承重桥梁是以主缆、斜拉索等线材作为主要承重构件的一类桥梁，特别适用于大跨度公铁两用桥梁建设中。常见的缆索承重桥梁有斜拉桥和悬索桥，其中斜拉桥具有结构刚度大的优点。但随着跨度增大，因公铁两用桥梁恒载及活载大导致跨中斜拉索超长超重、桥塔处主梁轴向压力巨大进而限制其主跨向一千三百米级迈进。相较于斜拉桥，悬索桥主梁不承受压力，主缆采用集零为整的方法制造，因而具有更强的跨越能力，但其刚度相对较小，较难满足铁路行车对大桥刚度要求。
2、近年来国内外大跨度公铁两用缆索承重桥梁建造过程中提出了斜拉—悬索协作体系桥方案。协作体系桥结合斜拉桥结构刚度大、悬索桥跨越能力强的技术特点，但在应用过程中仍存在如下一些技术问题值得进一步深入研究：
3、(1)协作体系桥近塔侧斜拉区采用与斜拉桥相同的悬臂架设方案，即桥面吊机提升、从桥塔向跨中及梁端逐段刚接悬拼梁段；跨中悬索区采用与悬索桥相同的架设方案，即缆载吊机提升、从跨中向桥塔方向先铰接后刚接梁段。亦即协作体系桥架设需两套不同施工方法和设备，施工成本相对较高且存在相互干扰。此外，斜拉区和悬索区合龙口位置、合龙时机等难以确定或条件较为严苛。
4、(2)协作体系桥为实现斜拉区和悬索区结构刚度顺利过渡，确保桥梁特别是公铁两用桥构件的疲劳应力满足规范要求，需沿纵向设置较长的斜拉、悬索过渡区。为避免过渡区内斜拉索和吊索等相互干扰，钢桁梁协作体桥往往需采取纵横向错位锚固方案：斜拉索和吊索纵向间隔布置在不同主桁节点处以纵向错位，同时斜拉索锚固在上弦杆、吊索锚固在上弦杆外伸牛腿上以横向错位。上述方案斜拉索和吊索布置、锚固点构造均较为复杂，虽可避免斜拉索和吊索锚固点相互干扰，但在风雨等作用引起斜拉索和吊索振动后仍存在相互碰撞的风险。
5、(3)协作体系桥锚碇虽较悬索桥小，但在一些地形地质条件受限情况下，锚碇造价仍可能较高或无设置条件。近年来，虽有学者提出自锚式悬索-斜拉协作体系桥，即主跨采用钢梁以减轻自重、边跨混凝土梁锚固主缆，但相关方案仍未能解决上述(1)、(2)问题，且带来以下几点新问题：一是钢混接头处受力较为复杂难以满足公铁两用桥受力要求；二是主缆缆力大，集中锚固于混凝土梁梁端导致混凝土局部压应力高；三是边跨混凝土梁锚固主梁方案应用于箱梁方案尚可，应用于桁梁时边跨混凝土梁结构难以与钢桁梁连接、钢混接头构造复杂且传力路径不明确。
技术实现思路
1、本技术实施例提供分散自锚式中央主缆钢桁梁斜拉-悬索协作体系桥及方法，以解决相关技术中协作体系桥采用两套不同施工方法和设备、施工成本相对较高、斜拉区和悬索区难以合龙，过渡区斜拉索和吊索相互干扰，仍需设置锚碇或现有自锚式悬索-斜拉协作体系桥方案无法应用于大跨度公铁两用钢桁梁协作体桥的问题。
2、本技术实施例第一方面提供了分散自锚式中央主缆钢桁梁斜拉-悬索协作体系桥，包括：
3、塔梁主体，所述塔梁主体包括沿顺桥向至少两座间隔设置的桥塔，两座所述桥塔的横梁上支承有钢桁主梁，所述钢桁主梁包括位于主跨的主跨梁段，以及位于边跨的边跨梁段；
4、斜拉索系，所述斜拉索系包括双索面斜拉索，所述双索面斜拉索的上端锚固于所述桥塔，所述双索面斜拉索的下端锚固于所述钢桁主梁的两侧；
5、悬吊索系，所述悬吊索系包括支承在所述桥塔顶部的中央主缆和悬吊主跨梁段中央位置的多根吊索，所述中央主缆由塔顶向边跨方向逐渐分开后分散锚固于边跨梁段的中央位置。
6、在一些实施例中：所述主跨梁段包括位于跨中的协作区梁段，以及位于协作区梁段两端的斜拉区梁段，所述双索面斜拉索覆盖连接于所述斜拉区梁段和协作区梁段；
7、所述吊索的上端与所述中央主缆连接，所述吊索的下端锚固于所述协作区梁段中央位置，连接所述协作区梁段的双索面斜拉索和吊索共同承载所述协作区梁段的恒载和活载。
8、在一些实施例中：所述桥塔由上至下依次包括独柱式的上塔柱、双肢截面的中塔柱和由上至下逐渐内倾的下塔柱，所述横梁连接于所述中塔柱与所述下塔柱的连接位置。
9、在一些实施例中：所述上塔柱的横截面为多边形，所述双索面斜拉索的上端锚固于所述上塔柱，所述中央主缆通过主索鞍支承于所述上塔柱的顶部，并由上塔柱的顶部向主跨和边跨方向转向。
10、在一些实施例中：所述中央主缆由多股平行钢丝索股或多股密封钢丝绳索的成品索股组成，位于主跨侧的所述中央主缆由主缆索夹连成整体，所述吊索的上端连接在所述主缆索夹上，所述桥塔的顶部设有支承所述中央主缆的主索鞍。
11、在一些实施例中：所述钢桁主梁包括上层桥面和下层桥面，所述上层桥面两侧的上弦杆均设有连接所述双索面斜拉索下端的锚固拉板，所述上层桥面的中央隔离带上设有连接所述吊索下端的连接耳板，以及连接所述中央主缆端部的锚固拉板。
12、在一些实施例中：所述上层桥面铺设有上层公路车道，所述下层桥面的中央位置铺设有铁路轨道，所述下层桥面位于铁路轨道的两侧铺设有下层公路车道，所述下层公路车道与铁路轨道之间设有隔离带。
13、在一些实施例中：所述塔梁主体包括位于边跨侧用于支承所述边跨梁段的边墩和辅助墩，所述边墩和辅助墩分别通过竖向支座和横向支座支承所述边跨梁段。
14、本技术实施例第二方面提供了分散自锚式中央主缆钢桁梁斜拉-悬索协作体系桥的施工方法，所述方法使用上述任一实施例所述的分散自锚式中央主缆钢桁梁斜拉-悬索协作体系桥，所述方法包括：
15、在设定位置施工桥塔底部基础、桥塔、边墩和辅助墩；
16、在桥塔上逐段悬臂架设钢桁主梁节段并安装双索面斜拉索，对双索面斜拉索的索力进行初调直至钢桁主梁合龙；
17、利用合龙后的钢桁主梁作为施工平台逐股架设中央主缆，中央主缆支承在桥塔顶部并由塔顶向边跨方向逐渐分开后分散锚固于边跨梁段的中央位置；
18、在中央主缆的主跨侧安装主缆索夹，在主缆索夹上安装悬吊主跨梁段的多根吊索，吊索下端张拉后锚固于主跨梁段的中央位置；
19、在钢桁主梁上施工二期恒载，同步调整双面斜拉索索力和吊索索力改变钢桁主梁的线形至成桥状态。
20、本技术实施例第三方面提供了分散自锚式中央主缆钢桁梁斜拉-悬索协作体系桥的索力确定方法，所述方法使用上述任一实施例所述的分散自锚式中央主缆钢桁梁斜拉-悬索协作体系桥，所述方法包括：
21、按照双索面斜拉桥建模并确定第i斜拉索的恒载索力tih及恒载+活载的最大索力timax；
22、制定全桥斜拉索最大索力限值[tmax]，筛选跨中区域第i斜拉索的最大索力timax超出最大索力限值[tmax]的范围，并作为斜拉悬索协作区；
23、设定索力超限范围内的第i斜拉索分担主梁恒载比例为w，0＜w＜1，估算第i斜拉索的恒载+活载的最大索力t'imax；
24、判断是否满足t'imax≤[tmax]，若否，迭代调整w直至t'imax≤[tmax]，若是进入下一步；
25、根据第i斜拉索分担的主梁恒载比例w，确定由中央主缆及吊索分担的主梁恒载比例为1-w；
26、根据中央主缆及吊索分担的主梁恒载比例1-w确定吊索规格，结合主跨主缆矢跨比确定中央主缆缆力及规格；
27、根据中央主缆缆力及边跨梁段的中央单点最大主缆锚固力确定中央主缆在边跨分散锚固点数量；
28、对建立的双索面斜拉桥模型进行调整得到分散自锚式中央主缆的大跨度钢桁梁协作体系桥；
29、分析斜拉索最大索力、中央主缆及吊索拉力是否满足预期要求，若否，返回对应位置对相关参数做适当调整直至达到预期要求。
30、本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：
31、本技术实施例提供了分散自锚式中央主缆钢桁梁斜拉-悬索协作体系桥及方法，由于本技术的分散自锚式中央主缆钢桁梁斜拉-悬索协作体系桥的塔梁主体包括沿顺桥向至少两座间隔设置的桥塔，两座桥塔的横梁上支承有钢桁主梁，钢桁主梁包括位于主跨的主跨梁段，以及位于边跨的边跨梁段；斜拉索系，该斜拉索系包括双索面斜拉索，双索面斜拉索的上端锚固于桥塔，双索面斜拉索的下端锚固于钢桁主梁的两侧；悬吊索系，该悬吊索系包括支承在桥塔顶部的中央主缆和悬吊主跨梁段中央位置的多根吊索，中央主缆由塔顶向边跨方向逐渐分开后分散锚固于边跨梁段的中央位置。
32、因此，本技术的分散自锚式中央主缆钢桁梁斜拉-悬索协作体系桥以斜拉索系受力为主，以悬吊索系利用中央主缆及吊索承担部分恒载及活载为辅，在确保斜拉索最大索力控制在限值内以便制造安装的同时，最大限度发挥钢桁主梁、斜拉索系桥梁结构刚度大的优点。斜拉索系覆盖整个主跨梁段范围，可采用悬臂架设主梁直至合龙，随后利用贯通的钢桁主梁作为施工平台施工分散自锚式中央主缆及其吊索。本发明中钢桁主梁施工方法与斜拉桥的基本相同，避免了常规协作体系桥采用两套不同施工方法和设备导致施工成本相对较高、斜拉区和悬索区难以合龙等问题。
33、此外，本技术的分散自锚式中央主缆钢桁梁斜拉-悬索协作体系桥的双索面斜拉索的上端锚固于桥塔，双索面斜拉索的下端锚固于钢桁主梁的两侧；分散自锚式中央主缆及其吊索位于钢桁主梁的中央分隔带处。吊索的下端铰接于主跨梁段中央位置、吊索的上端通过主缆索夹与中央主缆连接。中央主缆支承于桥塔的塔顶、中央主缆的两端分别锚固于边跨梁段中央位置的锚固拉板。双索面斜拉索和分散自锚式中央主缆及其吊索横向空间位置完全错开，可有效避免斜拉-悬索协作区范围内斜拉索和吊索两者的相互干扰的问题。
1.分散自锚式中央主缆钢桁梁斜拉-悬索协作体系桥，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的分散自锚式中央主缆钢桁梁斜拉-悬索协作体系桥，其特征在于：
3.如权利要求1所述的分散自锚式中央主缆钢桁梁斜拉-悬索协作体系桥，其特征在于：
4.如权利要求3所述的分散自锚式中央主缆钢桁梁斜拉-悬索协作体系桥，其特征在于：
5.如权利要求1或3所述的分散自锚式中央主缆钢桁梁斜拉-悬索协作体系桥，其特征在于：
6.如权利要求1所述的分散自锚式中央主缆钢桁梁斜拉-悬索协作体系桥，其特征在于：
7.如权利要求6所述的分散自锚式中央主缆钢桁梁斜拉-悬索协作体系桥，其特征在于：
8.如权利要求1所述的分散自锚式中央主缆钢桁梁斜拉-悬索协作体系桥，其特征在于：
9.分散自锚式中央主缆钢桁梁斜拉-悬索协作体系桥的施工方法，其特征在于，所述方法使用权利要求1至8任一项所述的分散自锚式中央主缆钢桁梁斜拉-悬索协作体系桥，所述方法包括：
10.分散自锚式中央主缆钢桁梁斜拉-悬索协作体系桥的索力确定方法，其特征在于，所述方法使用权利要求1至8任一项所述的分散自锚式中央主缆钢桁梁斜拉-悬索协作体系桥，所述方法包括：
