一种新型的开启桥
设计者：任聪 胡星宇 汤晓波 彭平 李妍瑶
指导教师：刘荣
（河海大学土木与交通学院，江苏 南京 210098）
摘要：当陆地运输不甚繁忙，河流上有船舶航行而固定式桥梁不能满足通航净空要求时，就需要建造开启桥，以解决水陆交通冲突问题。
伸缩式开启桥是以增大开启安全度、减小开启机械规模以及营造新式的开启外观为目的而设计的一种新型开启桥。
与传统开启桥相比，它最大的特点是以平移伸缩的方式来实现桥梁的开启。
关键词： 伸缩式 安全度 机械规模 开启外观
1.研究背景
目前国内外目前开启桥主要有三种形式：立传式、升降式和平转式。
在国内，立转桥如天津的万国桥（图1），其开启宽度为47m ；平转桥如天津的金汤桥（图2），桥梁分三孔，全长76．4m ， 中间较大孔径为固定跨，两端边孔为平转式开启跨；升降桥如天津的塘沽海门桥（图3），其开启宽度为64m ，
温州的瓯南大桥，
其开启宽度为64m 。
在国外，立转桥如美国的苏圣玛丽铁路桥（图4），其开启宽度达1 02m ；平转桥如位于埃及的苏伊士运河大桥，其开启宽度达320m ；升降桥如美国的奥
赛基尔桥，其开启宽度达170m 。
而上述既有的开启桥存在一些缺陷:
如立转式开启桥，桥梁开启部分在开启过程中处于大规模的转动之中，因此桥梁的受力情况也在发生着不断的变化，这对桥梁的长期使用有着非常不利的影响；平转式开启桥，对桥墩中的转动开启系统要求很高，这类桥在实际工程应用
图4：苏圣玛丽铁路桥
图1：天津万国桥
图3：天津塘沽海门桥
图2：天津金汤桥
很少；升降式开启桥，需要建造巨大的桥塔来安置大型卷扬设备，而且开启部分直接位于通航船只的正上方，存在一定的安全隐患。
因此，研究一种新型开启桥来解决上述问题具有重大意义。
小组设计伸缩式开启桥开启跨度为30m，是以增大开启安全度、减小开启机械规模以及营造新式的开启外观为目的而设计的一种新型开启桥。
与传统开启桥相比，它最大的特点是以平移伸缩的方式来实现桥梁的开启。
由于开启部分的简支跨度和导梁悬臂长度都较大，故选择自重较轻且承力较强的钢桁架或钢箱梁形式（图中以简单的箱型截面示意）。
2.设计原理
2.1 设计思路
与既有开启方式（立转、平转和升降）不同，设计一种平移伸缩式的开启方式。
设计本开启桥的基本思路如下：
桥梁开启
部分在闭合情况下属于简支梁情形，下部安装滚轮
，在桥面梁下部设置可移动导梁，导梁上部安装千斤顶，在千斤顶上部和固定桥面上部安置对应的轨道，并安装对应的卷扬机（图5）。
桥梁开启时，卷扬机将导梁拉出使导梁处于悬臂状态（图6），千斤顶压杆向上运动;将开启部分提升某一高度（图7），使桥梁开启部分底面与桥梁固定部分顶面齐平。
卷扬机将开启部分以水平平移的方式拉至固定桥面之上（图8），千斤顶压杆回缩;卷扬机将导梁拉回至桥
梁固定部分的下部，开启完成（图
9）。
同理，桥梁闭合时按以上思
路反向运作。
2.2 关键技术
（1）由于导梁在工作过程中
的悬臂长度较大以及开启部分跨
度较大，这两个部分的钢结构设
计尤为重要。
图7：千斤顶顶起状态
图6：导梁伸出状态
图5：桥梁未开启状态
图8：桥面收缩状态
图9：桥梁开启状态
（2）本桥梁的开启闭合过程包含较多的结构运动，因此其运动系统及运动过程中的承载设计要有足够的可靠度。
（3）需要额外设置更多的构件或装置维持桥梁运行的稳定性。
2.3 技术指标
（1）桥梁总长120m，开启跨度30m；
（2）开启桥面宽度10.75m,两端固定桥面宽11.45m，双车道加两侧人行道，单车道宽3.75m，人行道宽1.5；
（3）千斤顶伸展高度1.70m；
（4）卷扬机采用50T的中小吨位卷扬机，型号为JK/JM0；
（5）桥墩采用混合三柱式桥墩，即下边是重力式桥墩，上边是三柱式；
（6）未开启时，桥梁的净高是6.5m。
3. 创新特色
1、本设计是一次针对桥梁开启的全新设计，以往还未有过类似的设计。
2、本开启桥在开启后，开启部分被安置在固定桥面之上，保证了通航船只绝对安全，同时为船只提供了无限的通航高度。
3、本开启桥不需要建造高大的桥塔安置大型卷扬设备，而且开启部分的平移是通过轮子的滚动实现，因此所需的卷扬设备的规模相对其它形式的开启桥而言要求较低。
4. 应用前景(结语)
国内的开启桥并不多见，常见于天津和浙江等地。
另外国内的开启桥设计和施工工艺还处于初级阶段，具有很大的发展空间。
而国外的开启桥技术已趋于成熟，能为我们提供必要的技术参考。
针对上述既有开启桥在开启过程中的某些缺陷，我们小组设计的这种新型的开启桥，使得桥梁在开启过程中拥有更大的安全度，更充分的通航高度等，同时获得一种全新的开启外观造型，为工程界提供一种开启桥设计的新思路。
其适用范围和前景为：
（1）适用范围：由于开启桥未开启时，桥梁净高有限，可以满足河运空闲或者小型船只通航的要求；而开启时通航高度无限，可以满足大型船只的要求。
因此，本开启桥适用于河运较为繁忙而固定桥梁设计净高受一定限制无法满足通航要求的中小型河段。
（2）前景及效益预测：由于此伸缩式开启桥在保证通航安全度及减小卷扬设备规模等方面具有一定的优势，可以满足某些地区对开启桥的一些要求，因此本设计可以在一定程度上替代既有开启桥的市场，预计应有一定的前景及效益。
参考文献
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[2]张显杰，韩振勇，张振学.天津海河开启桥的修复与开启桥的发展趋势【J】.第十八届全国桥梁学术会议论文集，2008
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[4]刘强，赵秀春.销齿传动在开启桥上的应用【J】. 机械研究与应用，2008，02
[5]徐伟炜,吕志涛.轻型立转开启桥设计参数研究【J】.工程力学，2007，11
[6]胡启丽. 大鹏湾活动开启桥结构及设计特性【J】.企业技术开发，2009，7
附：
1、关于伸缩式开启桥的CAD截图如下：
图一：开启桥抬起时断面图
图二：箱梁桥横截面
图四：开启桥未抬起时立面图
图五：开启桥抬起时立面图
图六：开启桥抬起时立面图
2、开启桥的立体图
图七：开启桥闭合状态
图八：开启桥开启状态。