CN101275385A - 无推力系杆拱桥 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无推力系杆拱桥，包括基础，座建在基础上的桥墩，与桥墩相连的拱肋，安装在拱肋上的吊杆，通过吊杆与拱肋相连的横梁、桥面，对称设置在桥面两侧通长的成对柔性系杆，桥面在与拱肋相交处以及端横梁上设置的桥梁伸缩缝，所述系杆是一次连续可换式系杆，至少2次穿越拱肋，设置在保护箱内，保护箱固定连接在横梁上，所述保护箱内设置有可换式系杆的定位导向结构，保护箱在桥梁设有伸缩缝的位置设置有套接结构，保护箱内设置有油脂，所述可换式系杆两端的张拉锚固点设置于拱桥的端横梁上，所述锚固点在端横梁处设置有检修空间。本发明解决了拱桥的水平方向受力问题，使拱桥下部基础的工程量明显减少，经济效益显著。

Description

无推力系杆拱桥

技术领域

本发明涉及一种拱桥，尤其涉及一种无推力系杆拱桥。

背景技术

拱桥的受力特点之一是具有较大的水平力，目前大都采用永久性不可调系杆结构来抵抗拱桥的水平力，系杆的两端分别固定在边拱的端部，在我国多数地区，尤其是北方地区，一年四季温差较大，受热胀冷缩的影响，系杆的长度变化较大，因此，系杆抵抗拱桥水平推力的作用变化较大，因此，要抵抗此水平力并考虑不可调系杆的有效度，往往采用强大的基础予以平衡。但采用强大的基础将造成工程量的急剧增加，同时，结构的安全保障性差。因此，如何采用一种方式使其即节省了基础工程量，又能保证将结构的水平力抵消是至关重要的。

多跨连续中承式系杆拱桥边拱与中拱跨径比的确定，首先取决于全桥的桥跨总体布置与自然条件的协调性，在此基础上，就应该充分考虑水平力的结构内力分布合理性与施工的工艺流程。从桥梁美学的角度来看，桥梁立面一般左右对称，而跨径则按从中孔向两侧逐孔减小，这样既突出了中央大孔，又有两旁桥孔和谐的过渡，具有耐人寻味的节奏和韵律感。

对于多跨连续系杆拱桥的系杆设置，应考虑到拱肋的这些变化影响以及与飞燕的协调性，还需充分考虑如何多次穿越拱肋的设计方法，以及必须充分考虑系杆的分阶段与施工工艺的协调分批多次张拉，还应充分考虑与可调式系杆相配套的保护箱的设计和检查仓的设计。

发明内容

本发明的目的正是为了克服上述现有技术中的不足，提供一种采用可换式一次连续系杆的无推力系杆拱桥。

本发明是通过下述技术方案予以实现的：一种无推力系杆拱桥，包括基础，座建在基础上的桥墩，与桥墩相连的拱肋，安装在拱肋上的吊杆，通过吊杆与拱肋相连的横梁、桥面，对称设置在桥面两侧通长的成对柔性系杆，桥面在与拱肋相交处以及端横梁上设置的桥梁伸缩缝，所述系杆是一次连续可换式系杆，至少2次穿越拱肋，设置在保护箱内，保护箱固定连接在横梁上，所述保护箱内设置有可换式系杆的定位导向结构，保护箱在桥梁设有伸缩缝的位置设置有套接结构，保护箱内设置有油脂，所述可换式系杆两端的张拉锚固点设置于拱桥的端横梁上，所述锚固点在端横梁处设置有检修空间。

所述桥面每侧的可换式系杆成对对称设置于吊杆两侧。

所述可换式系杆六次穿越拱肋的中间。

所述定位导向结构包括相互平行间隔设置的、转动连接于保护箱两侧板的导向滚轴，所述导向滚轴上设置有与系杆适配相接的凹槽。

所述定位导向结构还包括与所述导向滚轴垂直设置与所述可换式系杆相接的导向侧板。

所述保护箱的两侧设置有固接的加劲板，所述加劲板的下方固接于横梁。

所述基础为锚桩式沉井基础，所述沉井基础的下方设置有钻孔桩。

所述沉井基础的沉井下端浇筑的封底混凝土联接钻孔桩。

所述钻孔桩伸入封底混凝土的深度范围是：100～250mm。

本发明的有益效果是：解决了拱桥的水平方向受力问题，使拱桥下部基础的工程量明显减少，经济效益显著。由于采用的是可换式系杆并设置了检查区间，因此，结构的安全性可以经过每年的检查得到充分的保证，且可以对破损的系杆进行更换，也可以对松弛的系杆进行补拉，以满足结构受力要求，做到了防患于未然。本发明具有广阔的市场前景，能节省拱桥下部的工程量，保证拱桥结构安全，提高经济效益。

附图说明

图1是本发明的局部立面示意图；

图2-1是本发明的局部平面示意图；

图2-2是图2-1的渐变段a、c的平面放大示意图；

图2-3是图2-1的A-A、C-C保护箱的断面示意图；

图2-4是图2-1的B-B保护箱的断面示意图；

图2-5是图2-1的D-D保护箱的断面示意图；

图2-6是图2-5所示箱体在钢横梁处加装加劲板平面示意图。

附图标记：1、基础，1-1、沉井，1-2、钻孔桩，1-3、沉井下端浇筑的混凝土，2、吊杆，2-1、吊杆中心线，2-2、防雨盖，3、横梁，3-1、端横梁，3-2、横梁梁顶，4、系杆，5、保护箱，5-2、5-5、导向滚轴，5-3、内侧板，5-4、中间侧板，5-6、顶板，5-7、5-8、折弯处，5-9、加劲板，6、检修区间。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述：

请参见图1、图2-1、图2-2、图2-3、图2-4、图2-5、图2-6。

本发明一种无推力系杆拱桥，包括基础1，座建在基础上的桥墩，与桥墩相连的拱肋，安装在拱肋上的吊杆2，通过吊杆2与拱肋相连的横梁3、桥面，对称设置在桥面两侧通长的成对柔性系杆4，桥面在与拱肋相交处以及端横梁上设置的桥梁伸缩缝，所述系杆4是一次连续可换式系杆，至少2次穿越拱肋，设置在保护箱5内，保护箱5固定连接在横梁3上，所述保护箱3内设置有可换式系杆4的定位导向结构，保护箱5在桥梁设有伸缩缝的位置设置有套接结构，保护箱5内设置有油脂，所述可换式系杆4两端的张拉锚固点设置于拱桥的端横梁3-1上，所述锚固点在端横梁3-1处设置有检修空间。

可换式系杆4，根据桥梁的规模以及受力情况，可以是成对的两根、四根、八根等，可换式系杆4在桥面的一侧为成对的两根、四根、八根等时，为了使桥梁结构更加稳定，可换式系杆4横向布置在吊杆的两侧。

为了便于系杆的轻松张拉，所述可换式系杆的定位导向结构包括按设定间距相互平行设置的、转动连接于保护箱两侧板的与所述可换式系杆适配相接的导向滚轴5-2、5-5。为了满足系杆平面间距渐远的实际需要，在保护箱的渐变段还可以包括与所述导向滚轴5-2、5-5垂直设置的导向侧板。以加强保护箱的强度。

为了加强保护箱的结构稳定性，提高其性能，在保护箱的两侧可设置与其固接的加劲板5-9，所述加劲板5-9的下方固接于横梁梁顶3-2。也就是仅在横梁3处设置保护箱加劲板。

保护箱根据可换式系杆和拱桥的具体情况可设计成各种形式。

本实施例，采用约368m长的柔性系杆4来平衡桥梁的水平力。系杆4锚于两侧端横梁3-1，离伸缩缝位置约1.5米，已备建检查室用，采用了可换式系杆，系杆每条肋布置八束OVM15-19环氧涂装无粘结筋(OVM-U1)，采用Φ^j15.2mm标准强度为6k＝1860Mpa的环氧涂装无粘结筋，每束长368m，选用OVMXG.T15-19可换式钢绞线系杆锚具。在端部设检查室，上设仓门，以便于后期的补拉和换索。系杆横向布置在吊杆两侧，为了完成系杆多次从拱肋中间穿过，贯穿于整个桥面的保护箱包括三种多段结构形式。

第一种结构：在端部附近的a段和拱肋与桥面相交处附近的c段

在端部附近，系杆与端横梁固接，系杆的平面间距，从右向左(图纸方向)逐渐变大，在拱肋与桥面相交处，从左向右逐渐变大，采用间距逐渐变远的两个保护箱保护及加固可换式系杆，请参见图2-2、2-3，每个保护箱内设置四束系杆，保护箱内按设定间距平行布置的多个与系杆下方相接的导向滚轴5-2、5-5，导向滚轴5-2、5-5转动连接在保护箱的两侧板上，在a段和c段每一米设一道，在折弯处5-7、5-8所示位置，同时还设置了系杆的横向定位加强板即内侧板5-3和中间侧板5-4，保护箱5内及定位板上填充和涂抹黄油，以防止系杆与钢板硬接触，同时钢板在折点处应采用圆弧结构，不允许出现硬折点，以防划伤系杆外套。从端部的两箱合并成一箱，以及从合并的一箱穿越拱肋再分成两箱，保护箱都需有一渐变段，系杆要设置平弯，保护箱在系杆设有平弯的位置处相应采用同样半径的加劲导向钢板，保证系杆不受约束力。

第二种结构：距离系杆端部一定距离后，离开拱肋与桥面相交处适当距离前的b段

保护箱采用合并结构，请参见图2-4，从两个保护箱出来的八束系杆进入一个大的保护箱，保护箱内采用多个平行设置的导向滚轴5-2、5-5导向定位。

第三种结构：位于吊杆下面的d段

请参见图2-5、图2-6，两个保护箱的结构形式与端部的相近，系杆平面方向在此处平行设置，没有折弯应力，因此横向空间比端部保护箱大，保护箱内采用导向滚轴5-2、5-5导向定位，因为两箱之间设置有吊杆，两箱之间的距离比端部的大。

保护箱包括上述三种结构形式，这三种结构形式，可分别在与横梁相接处焊接加劲钢板5-9，保护箱采用Q235钢。保护箱在桥梁设有伸缩缝的位置同样断开，采用套装连接的结构，保证伸缩。并采取防水措施，主要是利用卡装在系杆2上的防雨盖2-2。防雨盖2-2主要为保护吊杆结构不受雨淋防止生锈，其位置设置在桥面的人行道班上，但由于防雨盖的设置，也防止雨水对保护箱的侵蚀，因此，防雨盖具有双重防水作用，保证了保护箱内不受雨水冲蚀。施工时先不焊保护箱的顶板5-6以利于系杆施工，并且顶板5-6宜采用多节形式，系杆保护箱在施工过程中采用临时吊索进行固定。系杆在整个施工过程中共分七次张拉并在最后阶段进行补拉。

单独考虑系杆平衡水平力的作用已使结构得到了较大的优化，那么考虑桩土共同作用下的系杆力要比不考虑桩土作用的系杆力小，可以得到更大的经济效益。因为考虑桩土作用后，有一部分拱的推力传到地基中，而不是全部由系杆承担，而此时，采用小型沉井基础与系杆的组合，则可充分考虑桩土共同作用与基础的水平位移。通过对墩顶水平位移、桥墩应力、拱肋受力等计算结果的分析，结合共受力分析，从而在保持其他条件不变的情况下，系杆分担大部分水平推力，相应的基础承受余下的水平推力。因此，本发明的又一个出发点是，如何使多跨连续系杆拱桥在设计过程中可以通过一系列有效的方式降低地基和基础承担的水平推力，使其承担一小部分，大部分推力由系杆承担，从而可以把这种结构体系推广应用到工程中去。因此本发明的基础1采用锚桩式沉井基础，包括沉井基础，所述沉井基础的下方设置有钻孔桩1-2，沉井基础的沉井1-1下端浇筑的封底混凝土1-3联接钻孔桩1-2。钻孔桩1-2也称锚桩。而基础之所以采用小型沉井结构，是经过与大范围群桩相比，它具有更多的优越性。一是，本身的沉井由于是封闭桶型结构，完全作到字避水，不用像做钻孔桩那样，还需要做大的钢围堰，因此，施工进度相应加快，也节省了大量的施工措施费，二是这种沉井基础更适合于基岩面较高的地区，沉井深度小，工程量大大减少。三是，沉井具有很好的整体刚度，采用单独沉井体系，可以在每条拱肋下单独施工和使用，可以多点开工，施工速度快，工程量比全断面的桩基础大大节省。

沉井封底混凝土浇筑在钻孔桩上，钻孔桩伸入封底混凝土的深度范围宜为100～250mm。采用此种联合结构，沉井的横截面形状和刃脚的水平倾角与常规的沉井基础相同。但井内的隔墙设置应充分考虑锚桩的施工空间。锚桩的布置在间距上满足现行规范即可。

本发明通过在沉井基础的下面设置锚桩的结构，实现了相同条件下，沉井基础的小型化，与大范围群桩相比，具有更多的优越性。

一是，由于沉井本身是封闭桶型结构，完全作到了自围堰，不用像做钻孔桩那样，还需要做大的钢围堰，因此，施工进度相应加快，节省了施工措施费，而如果完全采用沉井基础，由于需将沉井的支撑面置于持力层上，则需要再增加一节或多节沉井，而增加一节或多节沉井的工程量远远大于采用钻孔桩的工程量。因此在相同地理条件下，本发明可以采用沉井长度短得多的井筒和工程量小得多的桩基础达到使工程量最优的目的。以某大桥为例，若增加一节长度为5m的沉井，则其混凝土的工程量为：356.2m3，钢筋为：8327.2kg。而采用了锚桩式沉井基础，锚桩的直径为1500mm，根数为六根，桩长为5m，则锚桩的混凝土工程量为：64.2m3，钢筋为：3738kg。由此可见，经济效益显著。

二是，本发明更适合于基岩地区，沉井可沉深度小，却能保证大刚度，尤其能够满足拱桥状态下的抗推刚度，能够很好地保证整体稳定性。而桩基础的钻孔速率又远远好于沉井的下沉速率，使施工工期大大减少。

三是，沉井具有很好的整体刚度，因此由于刚度好便可采用单独沉井体系，即对于拱桥来说，可以在每条拱肋下单独设置锚桩式沉井，可以多点开工，施工速度大大加快，工程量比全断面的桩基础大大节省。仍某大桥为例，若采用大承台群桩基础，则承台与桩的混凝土总的工程量约为：13011m3，钢筋为：142710kg。而采用了锚桩式沉井基础，则锚桩与沉井总的混凝土工程量约为：1113.1m3，钢筋为：91136kg。由此可见，经济效益显著。

通过以上分析可以看出，可换式连续系杆与锚桩沉井组合体系是一种经济效益可观、受力结构先进合理，施工进度迅速、施工措施费大大降低的一种新结构。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无推力系杆拱桥，包括基础，座建在基础上的桥墩，与桥墩相连的拱肋，安装在拱肋上的吊杆，通过吊杆与拱肋相连的横梁、桥面，对称设置在桥面两侧通长的成对柔性系杆，桥面在与拱肋相交处以及端横梁上设置的桥梁伸缩缝，其特征是，所述系杆是一次连续可换式系杆，至少2次穿越拱肋，设置在保护箱内，保护箱固定连接在横梁上，所述保护箱内设置有可换式系杆的定位导向结构，保护箱在桥梁设有伸缩缝的位置设置有套接结构，保护箱内设置有油脂，所述可换式系杆两端的张拉锚固点设置于拱桥的端横梁上，所述锚固点在端横梁处设置有检修空间。

2.根据权利要求1所述的无推力系杆拱桥，其特征是，所述桥面每侧的可换式系杆成对对称设置于吊杆两侧。

3.根据权利要求2所述的无推力系杆拱桥，其特征是，所述可换式系杆六次穿越拱肋的中间。

4.根据权利要求3所述的无推力系杆拱桥，其特征是，所述定位导向结构包括相互平行间隔设置的、转动连接于保护箱两侧板的导向滚轴，所述导向滚轴上设置有与系杆适配相接的凹槽。

5.根据权利要求4所述的无推力系杆拱桥，其特征是，所述定位导向结构还包括与所述导向滚轴垂直的导向侧板。

6.根据权利要求5所述的无推力系杆拱桥，其特征是，所述保护箱的两侧设置有固接的加劲板，所述加劲板的下方固接于横梁。

7.根据权利要求1所述的无推力系杆拱桥，其特征是，所述基础为锚桩式沉井基础，所述沉井基础的下方设置有钻孔桩。

8.根据权利要求7所述的无推力系杆拱桥，其特征是，所述沉井基础的沉井下端浇筑的封底混凝土联接钻孔桩。

9.根据权利要求8所述的无推力系杆拱桥，其特征是，所述钻孔桩伸入封底混凝土的深度范围是：100～250mm。

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