本发明属于土木工程领域，涉及一种斜拉桥结构，具体说是一种单叶双曲面独柱塔的双幅四索面斜拉桥及其施工方法。
背景技术：
斜拉桥的塔、墩基础主要承受竖向荷载，一般情况下更经济，更能够适应各种建桥条件，因而，斜拉桥的运用越来越广泛。
随着城市交通建设的发展，斜拉桥结构形式越来越多样化，由于斜拉桥建设环境的日益多样化，对于桥梁自身的结构优化也提出了越来越高的要求，城市斜拉桥的桥面宽度越来越大，城市斜拉桥的景观性要求越来越高。
城市宽幅斜拉桥发展趋势是采用独柱塔的双幅四索面斜拉桥，单个宽幅箱梁桥面改革为双幅分离式箱梁桥面，可减轻吊装施工困难；采用中央独柱塔的斜拉桥结构形式，可避免宽幅斜拉桥的双肢柱桥塔施工难题，独柱塔斜拉桥可提升城市斜拉桥的景观效果；单幅双索面斜拉桥改革为双幅四索面斜拉桥，提高城市斜拉桥的承载力和结构刚度。
单叶双曲面是一种二次直纹曲面，直纹曲面由两族直线构成，二次直纹曲面在建筑上有着重要应用价值，常常用它来构成建筑物的骨架，应用直纹曲面建造的建筑物，具有优良的力学性能，施工工艺简单，其建筑物外观漂亮且结构坚固。
针对城市双幅四索面的独柱塔斜拉桥建设需求，依据单叶双曲面熟悉方程，提出一种单叶双曲面独柱塔的双幅四索面斜拉桥，在基础承台中央，设置空心钢管立柱，在钢管立柱四周，绑扎单叶双曲面空间花篮形状的钢筋网，缠绕螺旋箍筋，形成钢筋骨架，浇筑混凝土，形成单叶双曲面独柱塔。单叶双曲面独柱塔上悬挂斜拉缆索，采用悬臂拼装施工方案，左右两幅吊装扁平钢箱梁，合拢后，钢梁焊接连接左右两幅扁平钢箱梁，铺装桥面沥青混凝土，形成一种单叶双曲面独柱塔的双幅四索面斜拉桥。具有造型漂亮、基础承台面积小、施工简便、结构刚度大、承载力大和造价低等优点，非常适合城市大跨径宽幅斜拉桥的工程项目。
技术实现要素：
技术问题：本发明提供了一种造型漂亮、基础承台面积小、施工简便、结构刚度大、承载力大和造价低的单叶双曲面独柱塔的双幅四索面斜拉桥，依据单叶双曲面熟悉方程，绑扎单叶双曲面空间花篮形状的钢筋骨架，浇筑混凝土，形成单叶双曲面独柱塔，采用悬臂吊装拼装左右两幅扁平钢箱梁，直到桥面合拢。
技术方案：本发明的一种单叶双曲面独柱塔的双幅四索面斜拉桥，包括单叶双曲面状独柱塔、倒喇叭状薄壁支墩、双幅主梁桥面和四索面斜拉缆索，其特征在于：单叶双曲面状独柱塔设置在桩基承台之上，倒喇叭状薄壁支墩设置在单叶双曲面状独柱塔下部的横桥方向，倒喇叭状薄壁支墩和单叶双曲面状独柱塔下部相交呈现十字形塔身，作为斜拉桥桥塔的下半部塔身；双幅主梁桥面搁置在倒喇叭状薄壁支墩之上，四索面斜拉缆索的一端锚固于单叶双曲面状独柱塔之上端，四索面斜拉缆索的另一端斜吊双幅主梁桥面，塔冠设置在单叶双曲面状独柱塔的顶部，扁状椭圆形的单叶双曲面状变截面过渡墩边墩设置在斜拉桥的桥两端。
优选地，所述的单叶双曲面状独柱塔由花篮状单叶双曲面空间钢筋网、焊接椭圆环箍筋、塔身混凝土、内置椭圆形钢管立柱和带孔横隔钢板组成，单叶双曲面状独柱塔的中央位置有内置椭圆形钢管立柱，在内置椭圆形钢管立柱的空腔之内，设置有多道的带孔横隔钢板，在内置椭圆形钢管立柱的四周设置有花篮状单叶双曲面空间钢筋网和焊接椭圆环箍筋两者构成的钢筋骨架，浇筑塔身混凝土，形成单叶双曲面状独柱塔。
优选地，所述的倒喇叭状薄壁支墩底部面积小，倒喇叭状薄壁支墩上部面积大，倒喇叭状薄壁支墩采用单叶双曲面构形，其横断面为一系列相同离心率的同心扁状椭圆截面，倒喇叭状薄壁支墩与单叶双曲面状独柱塔的下半部塔身两者十字形相交，两者混凝土一次性整体浇筑成型。
所述的单叶双曲面独柱塔的双幅四索面斜拉桥的施工方法，包括以下步骤：
步骤一：进行双幅四索面斜拉桥的桥位选择，进行桩基承台施工，进行引桥施工，进行单叶双曲面状变截面过渡墩边墩施工；
步骤二：在桩基承台之上，安装内置椭圆形钢管立柱及其带孔横隔钢板，绑扎花篮状单叶双曲面空间钢筋网和焊接椭圆环箍筋，形成单叶双曲面状独柱塔的钢筋骨架，同时，绑扎倒喇叭状薄壁支墩的钢筋骨架；
步骤三：在双幅主梁桥面标高以下，浇筑单叶双曲面状独柱塔下半部的塔身混凝土，同时也浇筑倒喇叭状薄壁支墩的墩身混凝土，完成斜拉桥柱塔结构的十字形下半部柱塔节段；
步骤四：继续浇筑单叶双曲面状独柱塔的浇筑塔身混凝土，完成单叶双曲面状独柱塔，安装塔冠；
步骤五：在倒喇叭状薄壁支墩之上，安装盆式支座，安装四索面斜拉缆索，悬臂施工吊装双幅主梁桥面，直到全桥合拢；
步骤六：安装栏杆，摊铺沥青混凝土铺装层，通车运行。
有益效果：本发明和现有技术相比，具有以下优点：
随时城市交通建设的发展，城市斜拉桥的宽度越来越大，城市宽幅斜拉桥的景观性要求越来越高。
由于双索面宽幅城市斜拉桥钢箱梁加劲梁宽度较大，其横向内力和变形显著增加，导致扁平钢箱梁的横向几何尺寸增加，导致宽幅城市斜拉桥的扁平钢箱梁加劲梁吊装施工难度增加。
宽幅城市斜拉桥如果采用传统的双肢柱桥塔，将导致斜拉桥基础面积增加，双肢柱桥塔宽幅斜拉桥的景观效果也不佳。
针对城市宽幅斜拉桥，本发明提出一种单叶双曲面独柱塔的双幅四索面斜拉桥，双肢柱桥塔改革为单叶双曲面独柱桥塔，宽幅箱梁桥面改革为双幅分离式箱梁桥面，单幅桥面的双索面斜拉桥改革为双幅桥面的四索面斜拉桥。
单叶双曲面独柱塔由花篮状单叶双曲面空间钢筋网、焊接椭圆环箍筋、塔身混凝土、内置椭圆形钢管立柱和带孔横隔钢板组成，单叶双曲面状独柱塔的中央位置有内置椭圆形钢管立柱，在内置椭圆形钢管立柱的空腔之内，设置有多道的带孔横隔钢板，在内置椭圆形钢管立柱的四周设置有花篮状单叶双曲面空间钢筋网和焊接椭圆环箍筋两者构成的钢筋骨架，浇筑塔身混凝土，形成单叶双曲面状独柱塔。
与现有矩形截面独柱塔相比，单叶双曲面独柱塔先收后放是小蛮腰的身材，漂亮美观。单叶双曲面高墩细小的腰部，开阔了司机的视野。
与现有矩形截面独柱塔相比，单叶双曲面独柱塔腰部细小，桥塔底部厚实，附合桥塔弯矩图形状，可保证独柱塔桥塔抗弯抗剪承载力。
与现有矩形截面独柱塔相比，单叶双曲面独柱塔塔顶处喇叭状散开，较宽的桥塔顶部，可方便斜拉索分散锚固。
单叶双曲面独柱塔利用单叶双曲面的直纹特性，将受力钢筋布置成空间筒网状，直线布置受力钢筋，绑扎钢筋施工方便快捷，然后螺旋状缠绕椭圆箍筋，可形成牢固钢筋骨架。
单叶双曲面独柱塔采用扁平椭圆墩身，且塔身腰部细小，单叶双曲面独柱塔的变截面腰部与双幅分离式箱梁桥面的隔离带相配套，两者自然和谐。
单叶双曲面独柱塔中心位置设置椭圆形钢管，提高了独柱塔桥塔结构的抗压承载力，提高了桥塔地抗震延性和耗能能力，可满足大震不到的要求。
单叶双曲面独柱塔的内置椭圆形钢管可作为施工临时操作平台的支撑柱，方便施工人员浇筑振捣混凝土，有利于保证单叶双曲面独柱塔塔身混凝土的质量。
单叶双曲面独柱塔的内置椭圆形钢管，并在椭圆形钢管内配置了多道带孔横隔钢板，提高了椭圆形钢管的稳定性。
双幅四索面斜拉桥的空间缆索锚固在单叶双曲面独柱塔的椭圆形钢管内侧，外围预应力环索受力为主，椭圆形钢管以及多道带孔横隔钢板辅助锚固受力，可确保单叶双曲面独柱塔索塔锚固区的空间缆索环向锚固效果，提高索塔锚固区的抗裂安全系数。
为了搁置双幅分离式箱梁桥面，形成半漂浮斜拉桥结构体系，单叶双曲面独柱塔的双幅四索面斜拉桥设置了倒喇叭状薄壁支墩，单叶双曲面独柱塔底部节段和倒喇叭状薄壁支墩两者相交构成十字形下半部塔柱节段，在倒喇叭状薄壁支墩之上搁置双幅主梁桥面。
与传统的柱塔十字形双悬臂梁结构相比，单叶双曲面的倒喇叭状薄壁支墩造型漂亮，单叶双曲面的倒喇叭状薄壁支墩的结构刚度和承载力较高，墩塔两者二合一，安全可靠。
与传统的单幅宽幅斜拉桥相比，双幅四索面斜拉桥结构增加了100％缆索数量，大幅度提高了城市宽幅斜拉桥结构的承载力和结构刚度，双幅四索面斜拉桥结构降低了扁平钢箱梁的横向内力和变形，减少了扁平钢箱梁的横向几何尺寸，节约了扁平钢箱梁的造价。
与传统的单幅宽幅斜拉桥相比，双幅四索面斜拉桥结构改为双幅分离式箱梁桥面，左右两幅扁平钢箱梁桥面同时吊装，减轻了吊装重量，降低了施工难度，加快了施工速度。
与传统的单幅宽幅斜拉桥相比，双肢柱桥塔改革为单叶双曲面独柱桥塔，其纵桥方向的桥塔结构刚度和承载力并没有降低，由于纵桥方向桥塔的总宽度和截面高度有所增加，反而，独柱塔的双幅四索面斜拉桥的纵桥方向的桥塔结构刚度和承载力有所增加。
与传统的a字形或者钻石形桥塔斜拉桥相比，单叶双曲面独柱塔的双幅四索面斜拉桥也同样是将所有的斜拉缆索集中锚固到桥塔的中央位置，在单叶双曲面独柱塔处，双幅四索面斜拉桥设置了倒喇叭状薄壁支墩，双幅四索面斜拉桥的扁平钢箱梁加劲梁的受力边界条件没有本质性的变化，因而，单叶双曲面独柱塔的双幅四索面斜拉桥抗风稳定性不会降低。
与传统的a字形或者钻石形桥塔斜拉桥相比，单叶双曲面独柱塔的抗侧刚度和侧向承载力有所降低，其侧向抗震承载力下降，因此，对于通常的7度抗震区，单叶双曲面独柱塔的双幅四索面斜拉桥可能是不适合800～1000米级超大跨径斜拉桥，但是，对于300～500米的中等跨径斜拉桥而言，仍可以满足抗震规范要求。
本发明的单叶双曲面独柱塔小蛮腰造型漂亮，单叶双曲面独柱塔桥塔底厚实，可保证独柱桥塔结构承载力，桥塔腰部细小，与双幅分离式箱梁桥面的隔离带相匹配，桥塔腰部细小，司机视野开阔，顶部较宽的椭圆形塔帽，可方便斜拉索分散锚固，单叶双曲面独柱塔塔顶悬挂空间斜拉索，四索面斜拉双幅分离式箱梁桥面，具有造型漂亮、基础承台面积小、施工方便、承载力大和造价低等优点，适合300～500米跨径的城市宽幅斜拉桥，其运用前景良好。
附图说明
图1一种单叶双曲面独柱塔的双幅四索面斜拉桥的三维示意图；
图2是图1中的单叶双曲面独柱塔的三维示意图；
图3是图1中的单叶双曲面独柱塔的钢筋骨架的三维示意图；
图4是图1中的单叶双曲面独柱塔的平面配筋示意图；
图5是图1中的单叶双曲面状变截面边墩的三维示意图。
图中有：桩基承台1；单叶双曲面状独柱塔2；花篮状单叶双曲面空间钢筋网21；焊接椭圆环箍筋22；塔身混凝土23；内置椭圆形钢管立柱24；带孔横隔钢板25；倒喇叭状薄壁支墩3；双幅主梁桥面4；四索面斜拉缆索5；塔冠6；单叶双曲面状变截面过渡墩边墩7。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明的一种单叶双曲面独柱塔的双幅四索面斜拉桥，包括桩基承台1、单叶双曲面状独柱塔2、倒喇叭状薄壁支墩3、双幅主梁桥面4、四索面斜拉缆索5、塔冠6和单叶双曲面状变截面过渡墩边墩7，其特征在于：单叶双曲面状独柱塔2设置在桩基承台1之上，倒喇叭状薄壁支墩3设置在单叶双曲面状独柱塔2下部的横桥方向，倒喇叭状薄壁支墩3和单叶双曲面状独柱塔2下部相交呈现十字形塔身，作为斜拉桥桥塔的下半部塔身；双幅主梁桥面4搁置在倒喇叭状薄壁支墩3之上，四索面斜拉缆索5的一端锚固于单叶双曲面状独柱塔2之上端，四索面斜拉缆索5的另一端斜吊双幅主梁桥面4，塔冠6设置在单叶双曲面状独柱塔2的顶部，扁状椭圆形的单叶双曲面状变截面过渡墩边墩7设置在斜拉桥的桥两端。
所述的单叶双曲面状独柱塔2由花篮状单叶双曲面空间钢筋网21、焊接椭圆环箍筋22、塔身混凝土23、内置椭圆形钢管立柱24和带孔横隔钢板25组成，单叶双曲面状独柱塔2的中央位置有内置椭圆形钢管立柱24，在内置椭圆形钢管立柱24的空腔之内，设置有多道的带孔横隔钢板25，在内置椭圆形钢管立柱24的四周设置有花篮状单叶双曲面空间钢筋网21和焊接椭圆环箍筋22两者构成的钢筋骨架，浇筑塔身混凝土23，形成单叶双曲面状独柱塔2。
所述的倒喇叭状薄壁支墩3底部面积小，倒喇叭状薄壁支墩3上部面积大，倒喇叭状薄壁支墩3采用单叶双曲面构形，其横断面为一系列相同离心率的同心扁状椭圆截面，倒喇叭状薄壁支墩3与单叶双曲面状独柱塔2的下半部塔身两者十字形相交，两者混凝土一次性整体浇筑成型。
实施例2
一种单叶双曲面独柱塔的双幅四索面斜拉桥的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：进行双幅四索面斜拉桥的桥位选择，进行桩基承台1施工，进行引桥施工，进行单叶双曲面状变截面过渡墩边墩7施工；
步骤二：在桩基承台1之上，安装内置椭圆形钢管立柱24及其带孔横隔钢板25，绑扎花篮状单叶双曲面空间钢筋网21和焊接椭圆环箍筋22，形成单叶双曲面状独柱塔2的钢筋骨架，同时，绑扎倒喇叭状薄壁支墩3的钢筋骨架；
步骤三：在双幅主梁桥面4标高以下，浇筑单叶双曲面状独柱塔2下半部的塔身混凝土23，同时也浇筑倒喇叭状薄壁支墩3的墩身混凝土，完成斜拉桥柱塔结构的十字形下半部柱塔节段；
步骤四：继续浇筑单叶双曲面状独柱塔2的浇筑塔身混凝土23，完成单叶双曲面状独柱塔2，安装塔冠6；
步骤五：在倒喇叭状薄壁支墩3之上，安装盆式支座，安装四索面斜拉缆索5，悬臂施工吊装双幅主梁桥面4，直到全桥合拢；
步骤六：安装栏杆，摊铺沥青混凝土铺装层，通车运行。
实施例3
某城市的跨江斜拉桥，主桥跨径为200 400 200米双幅四索面双塔斜拉桥，引桥为5×60米连续梁。主桥采用单叶双曲面独柱塔的双幅四索面斜拉桥结构形式，桥面总宽度为58米，左右两幅钢箱梁宽度均为24米，钢箱梁梁高度为4米，左右幅钢箱梁中间净距为10米。四索面斜拉缆索斜吊双幅主梁桥面，缆索间距为20米，每隔60米设置一道3米宽的钢箱梁连接左右两幅钢箱梁桥面。
在桥塔桩基础承台之上，施工单叶双曲面状独柱塔，桥塔柱总高为165米，其中，塔柱基础顶面到钢箱梁顶面高度为50米，钢箱梁顶面到人工树塔冠底部为115米，塔冠采用人工树造型。
单叶双曲面状独柱塔的腰椭圆尺寸为短轴8米长轴12米，底部椭圆尺寸为短轴16米长轴24米，采用全高180米的单叶双曲面墩柱分割为90米 75米构形。
单叶双曲面状独柱塔由花篮状单叶双曲面空间钢筋网、焊接椭圆环箍筋、塔身混凝土、内置椭圆形钢管立柱和带孔横隔钢板组成，
花篮状单叶双曲面空间钢筋网为144根直径25的螺纹钢筋，焊接椭圆环箍筋采用φ14@150，浇筑c50高强混凝土，内置椭圆形钢管立柱尺寸为短轴6米长轴9米，钢管壁厚为18mm，缆索锚固区的带孔横隔钢板间距为2米，其余部位间距为4米，带孔横隔钢板板厚为16mm。
倒喇叭状薄壁支墩和单叶双曲面独柱塔构成桥塔柱的十字形下半段塔身，单叶双曲面形薄壁桥墩高度为50米，倒喇叭状薄壁支墩顶部椭圆尺寸为长轴50米短轴20米，腰椭圆尺寸为长轴25米短轴10米，采用全高80米的单叶双曲面墩柱分割为40米 10米构形，浇筑c50高强混凝土，倒喇叭状薄壁支墩上设置四个盆式支座，倒喇叭状薄壁支墩支撑分离式双幅主梁。
双幅四索面斜拉桥的边墩和过渡辅助墩均采用单叶双曲面形的薄壁桥墩，单叶双曲面形薄壁桥墩高度为50米，单叶双曲面形薄壁桥墩顶部椭圆尺寸为长轴50米短轴16米，腰椭圆尺寸为长轴25米短轴8米，采用全高80米的单叶双曲面墩柱分割为40米 10米构形。
引桥采用5×60米多跨连续梁，桥面宽度同主桥，桥面采用分离式双幅钢筋混凝土箱梁，混凝土箱梁高度为4米，分离式双幅钢筋混凝土箱梁左右均设置一个变截面独柱桥墩，变截面独柱桥墩采用单叶双曲面变截面独柱桥墩，可提高引桥箱梁抗倾覆能力，单叶双曲面变截面独柱桥墩高度为50米，单叶双曲面变截面独柱桥墩顶部椭圆尺寸为长轴8米短轴5米，腰椭圆尺寸为长轴4米短轴2.5米，采用全高80米的单叶双曲面墩柱分割为35米 15米构形。
双幅四索面三塔斜拉桥缆索间距为20米，采用1860高强平行钢丝缆索，塔端和梁端均采用钢锚箱构造，张拉端设在梁端，双幅四索面空间缆索从梁端部到跨中位置斜拉缆索直径为0.2～0.3米线性变化。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
1.一种单叶双曲面独柱塔的双幅四索面斜拉桥，包括单叶双曲面状独柱塔(2)、倒喇叭状薄壁支墩(3)、双幅主梁桥面(4)和四索面斜拉缆索(5)，其特征在于：单叶双曲面状独柱塔(2)设置在桩基承台(1)之上，倒喇叭状薄壁支墩(3)设置在单叶双曲面状独柱塔(2)下部的横桥方向，倒喇叭状薄壁支墩(3)和单叶双曲面状独柱塔(2)下部相交呈现十字形塔身，作为斜拉桥桥塔的下半部塔身；双幅主梁桥面(4)搁置在倒喇叭状薄壁支墩(3)之上，四索面斜拉缆索(5)的一端锚固于单叶双曲面状独柱塔(2)之上端，四索面斜拉缆索(5)的另一端斜吊双幅主梁桥面(4)，塔冠(6)设置在单叶双曲面状独柱塔(2)的顶部，扁状椭圆形的单叶双曲面状变截面过渡墩边墩(7)设置在斜拉桥的桥两端。
2.根据权利要求1所述的单叶双曲面独柱塔的双幅四索面斜拉桥，其特征在于：所述的单叶双曲面状独柱塔(2)由花篮状单叶双曲面空间钢筋网(21)、焊接椭圆环箍筋(22)、塔身混凝土(23)、内置椭圆形钢管立柱(24)和带孔横隔钢板(25)组成，单叶双曲面状独柱塔(2)的中央位置有内置椭圆形钢管立柱(24)，在内置椭圆形钢管立柱(24)的空腔之内，设置有多道的带孔横隔钢板(25)，在内置椭圆形钢管立柱(24)的四周设置有花篮状单叶双曲面空间钢筋网(21)和焊接椭圆环箍筋(22)两者构成的钢筋骨架，浇筑塔身混凝土(23)，形成单叶双曲面状独柱塔(2)。
3.根据权利要求1所述的单叶双曲面独柱塔的双幅四索面斜拉桥，其特征在于：所述的倒喇叭状薄壁支墩(3)底部面积小，倒喇叭状薄壁支墩(3)上部面积大，倒喇叭状薄壁支墩(3)采用单叶双曲面构形，其横断面为一系列相同离心率的同心扁状椭圆截面，倒喇叭状薄壁支墩(3)与单叶双曲面状独柱塔(2)的下半部塔身两者十字形相交，两者混凝土一次性整体浇筑成型。
4.一种权利要求1所述的单叶双曲面独柱塔的双幅四索面斜拉桥的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：进行双幅四索面斜拉桥的桥位选择，进行桩基承台(1)施工，进行引桥施工，进行单叶双曲面状变截面过渡墩边墩(7)施工；
步骤二：在桩基承台(1)之上，安装内置椭圆形钢管立柱(24)及其带孔横隔钢板(25)，绑扎花篮状单叶双曲面空间钢筋网(21)和焊接椭圆环箍筋(22)，形成单叶双曲面状独柱塔(2)的钢筋骨架，同时，绑扎倒喇叭状薄壁支墩(3)的钢筋骨架；
步骤三：在双幅主梁桥面(4)标高以下，浇筑单叶双曲面状独柱塔(2)下半部的塔身混凝土(23)，同时也浇筑倒喇叭状薄壁支墩(3)的墩身混凝土，完成斜拉桥柱塔结构的十字形下半部柱塔节段；
步骤四：继续浇筑单叶双曲面状独柱塔(2)的浇筑塔身混凝土(23)，完成单叶双曲面状独柱塔(2)，安装塔冠(6)；
步骤五：在倒喇叭状薄壁支墩(3)之上，安装盆式支座，安装四索面斜拉缆索(5)，悬臂施工吊装双幅主梁桥面(4)，直到全桥合拢；
步骤六：安装栏杆，摊铺沥青混凝土铺装层，通车运行。
技术总结