1.本发明涉及一种应用于水利工程和桥梁建设的架空管道结构，尤其是一种利用悬挑外伸式桥墩增大跨度的架空管道结构，适用基础跨度在30～50m之间，并且无附加承载结构的应用场景。


背景技术：

2.在长距离输水工程中，常常需要解决输水线路跨越江河湖库、山涧峡谷、交通线路等自然或人工障碍物的问题。现有的解决方案是设置倒虹吸或架空管道从空间上错开后从障碍的下方或上方通过。通常条件下架空管道的方案布置灵活，作业条件相对良好，实际施工难度较小，环境影响友好，应用范围较广。
3.架空管道的主要型式有管拱、梁式管桥、悬索式管桥、斜拉式管桥等，其中梁式管桥是最常用的，该方式将管道以连续梁的形式支承在管架上，适用于支座距离在50m以下的空间跨越。如果相邻桥墩之间的跨度小于30m，对于管径在dn300～dn1800之间的管道，可以充分利用管道材料自身的承载能力，简化甚至取消管架结构，采用自承式平直钢管直接架立于相邻的桥墩之间。但是当相邻桥墩之间的跨度达到30～50m时，就需要采用桁架结构增强管道的承载能力，并需要处理长距离管道的温度变形和管道运行时的维修和养护条件。但实际中经常受场地、景观等因素制约，无法采用桁架结构加强管道时，就需要一种轻型结构既能稳定支撑管道，又能妥善布置温度伸缩变形的调节装置，还能兼顾管道的维修和养护。


技术实现要素：

4.为了克服现有自承式平直形架空钢管跨度不足的缺陷，本发明提供一种利用悬挑外伸式桥墩增大跨度的架空管道结构，该结构可以利用管道自身和管道支座的结构性能，有效地加大桥墩间的架空距离，并能确保温度伸缩装置的调节性能，而且可以方便地进行管道维修和养护工作。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
6.一种利用悬挑外伸式桥墩增大跨度的架空管道结构，包括分别位于两岸上的镇墩、架空范围内布置的悬挑外伸式桥墩、架空管道、管道支座、设于架空管道两侧的检修便桥，以及伸缩节。所述悬挑外伸式桥墩的下部结构包括桩基础、承台、立柱和纵向盖梁，用以向下传递竖向荷载。所述悬挑外伸式桥墩上部的两侧边缘均安装有一个管道支座，用以支撑所述架空管道。同一个悬挑外伸式桥墩上两个支座之间的架空管道部分形成短跨，相邻悬挑外伸式桥墩之间的架空管道部分形成长跨，整个架空管道构成长、短跨相互交替的连续梁结构；所述两端镇墩作为架空管道的固定端，所述管道支座设于架空管道沿线，作为架空管道的简支支座。整个结构的受力原理是利用悬挑外伸式桥墩上短跨自重内力减小长跨中的内力，达到增大悬挑外伸式桥墩间临空跨度的目的；所述伸缩节布置在两岸中间的悬挑外伸式桥墩上，且位于该短跨的中间，作为两侧架空管道的弹簧连接，伸缩节至最近管道
支座之间的架空管道形成外伸悬臂结构。伸缩节两侧的架空管道长度相同或两侧的架空管道长度差小于5％，外伸悬臂结构的竖向变形大小才能一致或基本一致，相对位移差最小，可以充分发挥伸缩节的调节性能。所述检修便桥采用抱箍安装于所述架空管道两侧，检修便桥与所述悬挑外伸式桥墩之间采用人行斜踏步贯通，形成检修通道。检修便桥包括设于检修便桥两边的外侧栏杆、设于架空管道两边的内侧栏杆和检修桥面，用以进行架空管道的除锈、防腐作业。检修便桥与架空管道之间采用抱箍等间距连接，相邻抱箍之间设置内侧栏杆并与抱箍采用焊接或螺栓连接，内侧栏杆高度应大于架空管道与检修桥面之间的间隙，防止人员跌落。
7.上述的架空管道结构，所述管道支座由支撑环和支座下部结构组成，支撑环在支座下部结构上可以沿管轴方向进行移动或转动，以消除架空管道的温度变形。支座下部结构采用预埋件与所述悬挑外伸式桥墩连接。
8.上述的架空管道结构，所述悬挑外伸式桥墩以等间距布置为宜，也可根据实际地形在两岸附近不等间距布置，但悬挑外伸式桥墩间的距离应大于短跨长度；所述纵向盖梁的结构尺寸和悬挑距离可以完全相同，也可根据需求各具适当的大小，以适应不同跨越范围的需求。所述桩基础可以采用灌注桩、钢管桩、预制混凝土桩等多种型式。所述承台的平面形状根据桩的布置方式可以是长方形、三角形、圆形等。所述立柱的长度可根据架空管道的纵向坡度要求进行调整，立柱数量可以选择单柱、双柱或多柱。
9.上述的架空管道结构，所述管道的材料可以是普通钢材、不锈钢或玻璃钢等具有承重能力的材料。所述管道支座可以根据架空管道轴向变形量的大小，采用滑动、辊轴或转动等形式的活动机构。所述伸缩节可以根据管道热胀冷缩变形量的大小选用波纹式或套筒式的伸缩节。
10.上述的架空管道结构，所述镇墩用于固定架空管道和转向管节，可采用全包式、半包式或开敞式的结构。全包式镇墩的顶部与检修便桥之间的上下交通可采用带保笼爬梯，其他型式镇墩与检修便桥之间的交通方式可根据高差选择直梯或斜梯等形式。
11.本发明的有益效果为：
12.1、利用悬挑外伸式桥墩形成的长、短跨相互交替的连续梁结构平衡架空管道的内力，达到增加下部结构间距离的效果，实现相邻悬挑外伸式桥墩间30m以上距离的空间跨越；
13.2、在架空管道中部悬挑外伸式桥墩上的两个管道支座之间布置伸缩节，利用伸缩节两侧架空管道形成外伸悬臂结构，且竖向变形同步的特性，确保伸缩节两侧竖向基本没有相对位移。伸缩节只需要调整管道因夏季日照曝晒和冬季管内低温水流引起的材料热胀低缩导致的轴向变化。
14.3、将两侧的检修便桥与架空管道结合，为后期架空管道的维修和养护提供了作业通道。
附图说明
15.图1是本发明的结构示意图；
16.图2是本发明的悬挑外伸式桥墩的结构示意图；
17.图3是本发明的架空管道中部的伸缩节结构的轴测图；
18.图4是本发明的架空管道与检修便桥轴测图；
19.图5是镇墩结构轴测图；
20.图6是管道支座轴测图。
21.图中1.镇墩，2.悬挑外伸式桥墩，3.伸缩节，4.架空管道，5.检修便桥，6.管道支座，7.抱箍，8.人行斜踏步，9.桩基础，10.承台，11.立柱，12.纵向盖梁，13.外侧栏杆，14.内侧栏杆，15.检修桥面，16.带保笼爬梯，17.转向管节，18.支撑环，19.支座下部结构，20.支座预埋件。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
23.本发明一种利用悬挑外伸式桥墩增大跨度的架空管道结构，包括位于两岸上的镇墩1、架空范围内布置的悬挑外伸式桥墩2、架空管道4、管道两侧的检修便桥5，如图1所示。悬挑外伸式桥墩2上安装两个管道支座6用以支撑架空管道4，在整个跨越距离一半位置的悬挑外伸式桥墩2上的两个支座正中位置安装伸缩节3连接两侧的架空钢管4，如图3所示。检修便桥5采用抱箍7安装于架空管道4两侧，检修便桥5与悬挑外伸式桥墩2采用人行斜踏步8贯通。
24.悬挑外伸式桥墩2包括桩基础9，承台10，立柱11和纵向盖梁12，如图2所示。
25.检修便桥5包括两边的外侧栏杆13，管道两边的内侧栏杆14，检修桥面15，如图4所示。检修便桥5与架空管道4之间用抱箍7等间距连接，内侧栏杆14也与抱箍7连接，栏杆高度应大于架空管道4与检修桥面15之间的间隙，防止人员跌落。
26.镇墩1用于固定架空管道4和转向管节17，如图5所示。镇墩1与检修便桥5之间也采用人行斜踏步8贯通。镇墩1上安装带保笼爬梯16便于检修人员上下交通。
27.管道支座6由支撑环18和支座下部结构19组成，如图6所示。支撑环18在支座下部结构19上可以沿管轴方向进行移动或转动，以消除架空管道4的温度应力。支座下部结构19采用支座预埋件20与悬挑外伸式桥墩2连接。
28.悬挑外伸式桥墩2以等间距布置为宜，也可根据实际地形不等间距布置；各桥墩的纵向盖梁12的结构和悬挑距离可以完全相同，也可根据需求各具适当的大小，以适应不同跨越范围的需求。桩基础9可以采用灌注桩、钢管桩、预制混凝土桩等多种型式，承台10的平面形状根据桩的布置方式可以是长方形、三角形、圆形等，立柱11的长度可根据架空管道的纵向坡度要求进行调整，立柱11的数量可以选择单柱、双柱或多柱。
29.制作架空钢管4的材料可以是普通钢材、不锈钢或玻璃钢等。管道支座6的连接机构可以根据架空管道4变形量的大小，采用滑动、辊轴或转动等形式。管道中间的伸缩节3可以根据管道热胀冷缩变形量的大小选用波纹式或套筒式的伸缩节。
30.镇墩1可采用全包式、半包式或开敞式的结构。带保笼爬梯16可根据地形高差布置或采用直梯、斜梯等形式。
31.本领域的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。