CN103526686A - 一种桥梁 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种桥梁，包括由系杆拱桥构成的主跨、简支梁桥构成的边跨、铰接部件、桥墩、桥台和弹性支座，系杆拱桥与简支梁桥、简支梁桥与桥台沿桥面纵向通过铰接部件连接；系杆拱桥与简支梁桥连接处的下方设有桥墩，系杆拱桥以及简支梁桥均设置在桥墩上。系杆是系杆拱桥的“生命索”，要求其具备足够的强度和刚度；简支梁桥在承受永久荷载与可变荷载作用下，下部分受拉上部分受压，本发明将铰接部件设置在系杆拱与简支梁桥、桥台与简支梁桥之间，降低系杆承受的水平力，缩减了主桥墩的工程量，同时减小简支梁桥的拉应力，因此，本发明互补了双方存在的缺点，减小了工程量，具备良好的应用前景。

Description

一种桥梁

技术领域

本发明涉及桥梁领域，特别地，涉及一种系杆拱桥与简支梁桥的组合体系桥梁。

背景技术

在桥梁建设中，一般分为梁式结构体系和拱式结构体系桥梁。

拱式结构体系桥梁具有跨越能力强、外形美观等优点，其不足之处是拱脚处存在较大的水平推力，目前大都采用永久性不可调系杆结构来抵抗水平力，系杆的两端分别固定在拱脚处，由于拱肋产生的水平推力主要由系杆平衡，且材料的热胀冷缩以及系杆在受力过程中产生的应变伸长、系杆断裂等因素将严重影响系杆的有效度，因此，要求系杆具备足够的强度和刚度来确保系杆承受荷载和抵抗变形的能力，然而系杆伸长、系杆断裂时有发生，使得拱脚发生较大位移导致主拱圈线型发生变化，带来严重的安全隐患。目前要抵抗水平力并且要考虑不可调系杆的有效度，往往采用强大的基础予以平衡。而大量的震害表明，桥梁结构的破坏主要发生在桥墩上，墩柱的设计抗剪强度不足导致脆性的剪切破坏先于延性的弯曲破坏出现，因此，工程中往往从墩柱的设计和构造两方面进行研究，这也将造成工程量急剧增加，而且是一种被动的防御措施。

梁式结构体系具有受力明确、施工简便等优点，但其也存在自重大、跨越能力小等缺陷，以简支梁桥为例，简支梁桥在受力过程中，下端面受拉上端面受压的形式不会发生改变，随着跨度的增大，恒载内力的影响至关重要，为了减轻自重的影响，简支梁桥往往可采用箱形截面、T形截面等，使得简支梁桥的跨度进一步提高，但简支梁桥的受力特点仍然是限制简支梁桥发展的主要因素之一。

随着技术地不断发展，梁式和拱式的结合逐渐出现，现有的组合式桥梁分为下承式、中承式以及上承式三种，此种桥梁与原来单纯的拱桥或者梁桥相比具有一定的优势，但也存在一定的缺陷：（1）对桥墩的要求高：由于拱肋产生的水平推力需要通过桥墩来抵消，对桥墩的要求高；（2）受力不合理，用料多，经济性不好，此种桥梁需要通过桥墩来抵消其产生的水平推力，受力不合理，需要采用大量的钢筋或其他材质加强桥墩的设计，用料多且要求高，经济性不好。

因此，发明一种结构精致、经济性好且安全性高的桥梁具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构精致、经济性好且安全性高的桥梁，本发明采用系杆拱桥与简支梁桥之间通过铰接方式连接，合理利用系杆拱桥与简支梁桥的力学特性，桥梁受力后，系杆拱桥产生的水平推力一部分由系杆承受，其余的力将通过铰接构件作用在简支梁桥上，大大降低系杆断裂的概率，从而能很好地保护桥墩的安全，且作用在简支梁桥上的水平力减小了简支梁桥受拉部位的拉应力，提高了其安全系数。

本发明的技术方案具体如下：

一种桥梁，包括由系杆拱桥构成的主跨、简支梁桥构成的边跨、桥墩以及桥台，所述简支梁桥的一端通过第一铰接部件与所述系杆拱桥连接，另一端通过第二铰接部件与所述桥台连接；

所述第一铰接部件和第二铰接部件均设置在所述简支梁桥端面受拉部位上，且所述系杆拱桥的拱脚端面与所述简支梁桥的端面之间设有空隙；

所述系杆拱桥与所述简支梁桥连接处的下方设有桥墩，所述系杆拱桥以及所述简支梁桥均设置在所述桥墩上。

以上技术方案中优选的，所述系杆拱桥的拱脚端面与所述简支梁桥的端面之间的最小水平间隙A为2-30毫米。

以上技术方案中优选的，所述第一铰接部件包括第一固定件以及第二固定件，所述第一固定件设置在所述简支梁桥端面受拉部位上，所述第二固定件设置在所述系杆拱桥的拱脚端面上；所述第一固定件上朝向所述第二固定件的端面上设有第一凹槽，所述第二固定件上朝向所述第一固定件的端部设有与所述第一凹槽相匹配的第一凸起。

以上技术方案中优选的，所述第一铰接部件包括第三固定部件、第四固定部件以及连接件，所述第三固定件设置在所述简支梁桥端面受拉部位上，所述第四固定件设置在所述系杆拱桥的拱脚端面上；

所述第三固定件以及第四固定件上均设有第二凹槽；

所述连接件设置在所述第三固定件与所述第四固定件之间，且其两端分别设有与所述第二凹槽相匹配的第二凸起。

以上技术方案中优选的，所述第一铰接部件包括第五固定部件、滑动部件以及第六固定部件，所述滑动部件设置在所述第五固定部件与第六固定件之间；

所述第五固定部件的第一侧面上设有卡槽，与其相对应的另一侧面设置在所述简支梁桥的端面受拉部位上；所述第六固定部件的第二侧面上设有所述卡槽，与其相对应的另一侧面设置在所述系杆拱桥的拱脚端面上；

所述卡槽包括开口、上端内壁面、下端内壁面、中间壁面以及与所述开口相对的内壁面，所述上端内壁面与所述下端内壁面均为圆弧形，中间壁面为平行设置的两个平面且其之间的宽度与所述圆弧形的宽度相同，所述内壁面为平面或者柱面；

所述滑动部件包括轴以及嵌套在所述轴上的滚动轮，所述轴的两端为圆柱体形状，所述滚动轮沿所述轴的轴线方向的宽度为所述卡槽宽度的0.8-0.95倍，所述上端内壁面与所述下端内壁面之间的距离为所述滚动轮外径的1.05-1.25倍；

所述第五固定部件、滑动部件以及第六固定部件装配时，所述滚动轮与所述卡槽对应设置，所述第一侧面与所述第二侧面之间的距离为所述圆柱体的直径的1.0-1.2倍，所述内壁面到所述滚动轮外表面的最小距离为0.1-1.0厘米。

以上技术方案中优选的，所述系杆拱桥以及所述简支梁桥均通过第一弹性支座设置在所述桥墩上。

以上技术方案中优选的，所述第一弹性支座为水平滑动的弹性支座。

以上技术方案中优选的，所述简支梁桥还通过第二弹性支座设置在所述桥台上。

以上技术方案中优选的，所述第二弹性支座为水平滑动的弹性支座。

以上技术方案中优选的，所述第二铰接部件的结构与所述第一铰接部件的结构相同。

本发明具有以下有益效果：

（1）本发明采用系杆拱桥与简支梁桥的结合，可以增加桥梁的跨越能力；合理利用系杆拱桥与简支梁桥的力学特性，由于拱肋产生的水平推力被受拉的系杆平衡，上部结构对下部结构不产生或仅产生很小的水平推力，对地基的要求低；其主要受力构件是承受压力为主的拱肋和承受拉力为主的系杆，不必增设其他间接受拉压力的部件，受力合理，节省用料，经济性好；采用系杆拱桥与简支梁桥之间通过铰接方式连接，系杆拱桥产生的水平推力一部分由系杆承受，其余的力将通过铰接构件作用在简支梁桥上，大大降低系杆断裂的概率，从而能很好地保护桥墩的安全，且作用在简支梁桥上的水平力减小了简支梁桥受拉部位的拉应力，提高了其安全系数。

（2）本发明采用将第一铰接部件以及第二交接部件均设置在简支梁桥端面受拉部位上，且系杆拱桥的端面与简支梁桥的端面之间的最小水平间隙A为2-30毫米，铰接构件设计在简支梁桥的受拉部位，合理调节系杆与简支梁承受的水平力的比例范围，保证简支梁桥在单独承受最不利水平力荷载作用下，简支梁桥的抗压性能稳定；简支梁桥与系杆拱桥的搭接处设计一道缝隙，保证简支梁桥的力学特性，同时减小温度应力或其它因素对桥梁的损害。

（3）本发明中第一铰接部件选用端面上设有凹槽的第一固定件以及端面上设有与凹槽相匹配的第一凸起的第二固定件，或者是选用包括连接件、第三固定件以及第四固定件，第三固定件以及第四固定件上均设有第二凹槽，连接件的两端均设有与所述第二凹槽相匹配的第二凸起，或者采用第三种滚轮的结构，结构简单，方便生产和使用，成本低。

（4）本发明中系杆拱桥以及简支梁桥均通过水平滑动的弹性支座设置在桥墩上，保证该弹性支座不会传递较大的剪力，从而提高了桥墩的安全系数。

（5）本发明中简支梁桥通过第二弹性支座设置在桥台上，且第二弹性支座也选用水平滑动的弹性支座，提高整体桥梁的安全系数。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例1的整体结构示意图；

图2是图1中的B放大图；

图3是本发明优选实施例2中第一铰接部件的装配图；

图4是图3中第五固定部件的结构示意图；

图5是本发明优选实施例3中系杆拱桥与简支梁桥的连接部位结构示意图；

图6是图5中的C放大图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1：

本实施例公开一种桥梁，包括由系杆拱桥1构成的主跨、简支梁桥2构成的边跨、桥墩3以及桥台6，详见图1，整体结构精简，合理利用系杆拱桥与简支梁桥的力学特性，由于拱肋产生的水平推力被受拉的系杆平衡，上部结构对下部结构不产生或仅产生很小的水平推力，对地基的要求低；其主要受力构件是承受压力为主的拱肋和承受拉力为主的系杆，不必增设其他间接受拉压力的部件，受力合理，节省用料，经济性好；采用系杆拱桥与简支梁桥的结合可以增加桥梁的跨越能力。

所述简支梁桥2的一端通过第一铰接部件4沿桥面纵向与所述系杆拱桥1连接，另外一端通过第二铰接部件沿桥面纵向设置在所述桥台6上，所述第二铰接部件8沿桥面纵向设置在所述简支梁桥2端面受拉部位上，所述第二铰接部件8的结构与所述第一铰接部件4的结构相同；所述第一铰接部件4包括第一固定件41以及第二固定件42，详见图2，所述第一固定件41和所述第二固定件42的刚度较大，所述第一固定件41设置在所述简支梁桥2端面受拉部位上，所述第二固定件42设置在所述系杆拱桥1的拱脚端面上；所述第一固定件41上朝向所述第二固定件42的端面上设有第一凹槽411，所述第二固定件42上朝向所述第一固定件41的端部设有与所述第一凹槽411相匹配的第一凸起421；系杆拱桥的端面与简支梁桥的端面之间的最小水平间隙A为2-30毫米；采用第一凹槽与第一凸起的配合以及系杆拱桥的端面与简支梁桥的端面之间留有一定间隙，使得系杆拱桥与简支梁桥的连接处可以发生一定幅度的相对转动，限制系杆拱桥拱脚端沿桥面纵向位移，保证简支梁桥在单独承受最不利水平力荷载作用下，简支梁桥的抗压性能稳定，同时减小温度应力或其它因素对桥梁的损害；采用系杆拱桥与简支梁桥之间通过铰接方式连接，系杆拱桥产生的水平推力一部分由系杆承受，其余的力将通过铰接构件作用在简支梁桥上，大大降低系杆断裂的概率，从而能很好地保护桥墩的安全，且作用在简支梁桥上的水平力减小了简支梁桥受拉部位的拉应力，提高了其安全系数。

所述系杆拱桥1与所述简支梁桥2连接处的下方设有桥墩3，所述系杆拱桥1以及所述简支梁桥2均通过第一弹性支座5设置在所述桥墩3上，所述第一弹性支座5为水平滑动的弹性支座，保证该弹性支座不会传递较大的剪力，从而提高了桥墩的安全系数。

所述简支梁桥2还通过第二弹性支座7设置在桥台6上，所述第二弹性支座7也选用水平滑动的弹性支座，维持系统的力平衡，提高桥梁的安全系数。

综上所述，本发明的桥梁基于系杆拱桥与简支梁桥的组合，合理利用各自的力学性能，既能控制系杆拱桥的线型变化，又能提高简支梁桥的力学性能，同时减小了在地震荷载作用下主桥墩承受的剪力，该桥梁具有受力清晰、抗震机理明确、稳定性能好等优点，具有广泛的应用前景。

实施例2：

本实施例公开一种桥梁，采用第二种结构的第一铰接部件4，其他部分同实施例1所述，所述第一铰接部件4的结构详见图3和图4，具体包括第五固定部件58、滑动部件59以及第六固定部件510，所述滑动部件59设置在所述第五固定部件58与第六固定件510之间。

所述第五固定部件58的第一侧面581上设有卡槽511，与之相对应的另一侧面设置在所述简支梁桥2端面受拉部位上；所述第六固定部件510的上设有所述卡槽511，与之相对应的另一侧面设置在所述系杆拱桥1的拱脚端面上。

所述卡槽511包括开口5111、上端内壁面5112、下端内壁面5113、中间壁面51114，5114’以及与所述开口相对的内壁面5115，所述上端内壁面5112与所述下端内壁面5113均为圆弧形，中间壁面5114，5114’为平行设置的两个平面且其之间的宽度d与所述圆弧形的宽度D1相同，所述内壁面5115为平面或者柱面，此种设计能保证滚动轮在竖向发生运动时不会产生沿垂直于固定部件的方向运动，保证铰接部件传递水平力的稳定性。

所述滑动部件59包括轴591以及嵌套在所述轴上的滚动轮592，滚动轮592可以在轴591上垂直于所述轴591的轴线自由转动，所述轴591的两端为圆柱体形状，所述滚动轮592沿所述轴591的轴线方向的宽度为所述卡槽511的宽度d的0.8-0.95倍，所述上端内壁面5112与所述下端内壁面5113之间的距离为所述滚动轮592外径的1.05-1.25倍，所述内壁面5115到所述滚动轮592外表面的最小距离为0.1-1.0厘米，滚动轮592与卡槽511相适配时允许滚动轮在卡槽里面滚动，从而确保弹性支座在发生变形时铰接部件不会承受较大的剪力，滚动轮的竖向滑动可以满足竖向自由变形的条件，沿桥面纵向的运动受到限制，避免系杆拱桥的拱脚端面和简支梁桥的端面发生大的位移，整体稳定性好；只要能实现滚动轮592和卡槽511之间良好地配合，滚动轮592可以根据实际的需要实际成多种形状或者结构，实用性广。

所述第一铰接部件4在装配时，第五固定部件58固定在所述简支梁桥2的端面受拉部位上，第六固定部件510固定在所述系杆拱桥1的拱脚端面上；所述滚动轮592与所述卡槽511对应设置，滚动轮592刚好卡在第五固定部件58与第六固定部件510相对应设置的卡槽511内，所述滚动轮592能上下小范围运动，从而避免了第一弹性支座在发生变形后，部分支撑力传递到第一铰接部件上，提高整体安全性能；所述第一侧面581与所述第二侧面5101之间的距离d1为所述圆柱体的直径D2的1.0-1.2倍，第一铰接部件4装配后，整体稳定性好。

第二铰接部件8采用与所述第一铰接部件4相同的结构，用于连接简支梁桥2和桥台6之间。

第一铰接部件4采用此种结构，原理是系杆拱的部分水平力将由滑动部件59传递至简支梁的受拉一侧，当简支梁桥在受到较大荷载作用时，滑动部件59不会约束其端部的转角位移，不会改变简支梁桥的受力特性。

实施例3：

本实施例公开一种桥梁，采用第三种结构的第一铰接部件4，其结构详见图5以及图6，其他部分同实施例1所述。具体包括连接件45、第三固定部件43以及第四固定部件44，所述第三固定部件43和所述第四固定部件44的刚度要求较大，所述第三固定件43设置在所述简支梁桥2端面受拉部位上，所述第四固定件44设置在所述系杆拱桥1的拱脚端面上；所述第三固定件43以及第四固定件44上均设有第二凹槽46；所述连接件45设置在所述第三固定件43与所述第四固定件44之间，且其两端分别设有与所述第二凹槽46相匹配的第二凸起47。第一铰接部件4的结构简单，生产使用方便，成本低。

本发明的桥梁除了使用实施例1、实施例2以及实施例3中提及的第一铰接部件以及第二铰接部件的结构，还可以根据实际需要选用其他简单或者复杂结构的铰接部件的组合使用。

本发明的桥梁既能控制系杆拱桥的线型变化，又能提高简支梁桥的力学性能，同时减小了在地震荷载作用下主桥墩承受的剪力，该桥梁具有受力清晰、抗震机理明确、稳定性能好等优点，具有广泛的应用前景。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种桥梁，包括由系杆拱桥（1）构成的主跨、简支梁桥（2）构成的边跨、桥墩（3）以及桥台（6），其特征在于：所述简支梁桥（2）的一端通过第一铰接部件（4）与所述系杆拱桥（1）连接，另一端通过第二铰接部件（8）与所述桥台（6）连接；

所述第一铰接部件和第二铰接部件均设置在所述简支梁桥（2）的端面受拉部位上，且所述系杆拱桥（1）的拱脚端面与所述简支梁桥（2）的端面之间设有间隙；

所述系杆拱桥（1）与所述简支梁桥（2）连接处的下方设有所述桥墩（3），所述系杆拱桥（1）以及所述简支梁桥（2）均设置在所述桥墩（3）上。

2.根据权利要求1所述的桥梁，其特征在于：所述系杆拱桥（1）的拱脚端面与所述简支梁桥（2）的端面之间的最小水平间隙A为2-30毫米。

3.根据权利要求1所述的桥梁，其特征在于：所述第一铰接部件（4）包括第一固定件（41）以及第二固定件（42），所述第一固定件（41）设置在所述简支梁桥（2）端面受拉部位上，所述第二固定件（42）设置在所述系杆拱桥（1）的拱脚端面上；所述第一固定件（41）朝向所述第二固定件（42）的端面上设有第一凹槽（411），所述第二固定件（42）上朝向所述第一固定件（41）的端部设有与所述第一凹槽（411）相匹配的第一凸起（421）。

4.根据权利要求1所述的桥梁，其特征在于：所述第一铰接部件（4）包括第三固定部件（43）、第四固定部件（44）以及连接件（45），所述第三固定件（43）设置在所述简支梁桥（2）的端面受拉部位上，所述第四固定件（44）设置在所述系杆拱桥（1）的拱脚端面上；

所述第三固定件（43）以及第四固定件（44）上均设有第二凹槽（46）；

所述连接件（45）设置在所述第三固定件（43）与所述第四固定件（44）之间，且其两端分别设有与所述第二凹槽（46）相匹配的第二凸起（47）。

5.根据权利要求1所述的桥梁，其特征在于：所述第一铰接部件（4）包括第五固定部件（58）、滑动部件（59）以及第六固定部件（510），所述滑动部件（59）设置在所述第五固定部件（58）与第六固定件（510）之间；

所述第五固定部件（58）的第一侧面（581）上设有卡槽（511），与之相对于的另一侧面设置在所述简支梁桥（2）的端面受拉部位上；所述第六固定部件（510）的第二侧面（5101）上设有所述卡槽（511），与之相对应的另一侧面设置在所述系杆拱桥（1）的拱脚端面上；

所述卡槽（511）包括开口（5111）、上端内壁面（5112）、下端内壁面（5113）、中间壁面（51114，5114’）以及与所述开口相对的内壁面（5115），所述上端内壁面（5112）与所述下端内壁面（5113）均为圆弧形，中间壁面（5114，5114’）为平行设置的两个平面且其之间的宽度（d）与所述圆弧形的宽度（D1）相同，所述内壁面（5115）为平面或者柱面；

所述滑动部件（59）包括轴（591）以及嵌套在所述轴（591）上的滚动轮（592），所述轴（591）的两端为圆柱体形状，所述滚动轮（592）沿所述轴（591）的轴线方向的宽度为所述卡槽（511）宽度（d）的0.8-0.95倍，所述上端内壁面（5112）与所述下端内壁面（5113）之间的距离为所述滚动轮（592）外径的1.05-1.25倍；

所述第五固定部件（58）、滑动部件（59）以及第六固定部件（510）装配时，所述滚动轮（592）与所述卡槽（511）对应设置，所述第一侧面（581）与所述第二侧面（5101）之间的距离（d1）为所述圆柱体的直径（D2）的1.0-1.2倍，所述内壁面（5115）到所述滚动轮（592）外表面的最小距离为0.1-1.0厘米。

6.根据权利要求1-5所述的桥梁，其特征在于：所述系杆拱桥（1）以及所述简支梁桥（2）均通过第一弹性支座（5）设置在所述桥墩（3）上。

7.根据权利要求6所述的桥梁，其特征在于：所述第一弹性支座（5）为水平滑动的弹性支座。

8.根据权利要求1所述的桥梁，其特征在于：所述简支梁桥（2）还通过第二弹性支座（7）设置在所述桥台（6）上。

9.根据权利要求8所述的桥梁，其特征在于：所述第二弹性支座（7）为水平滑动的弹性支座。

10.根据权利要求1所述的桥梁，其特征在于：所述第二铰接部件（8）的结构与所述第一铰接部件（4）的结构相同。

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