CN106758752B - 斜塔斜拉异形拱桥及其施工方法 - Google Patents

斜塔斜拉异形拱桥及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种斜塔斜拉异形拱桥及其施工方法,包括异形拱圈、斜塔、斜拉索、吊杆、立柱、边跨拱圈、主梁、异形拱墩、异形塔墩、辅助墩和基础,所述斜塔位于异形拱圈的右侧;所述斜拉索的一端与所述异形拱圈连接,另一端与所述斜塔连接;所述吊杆的一端与所述异形拱圈连接,另一端与所述主梁连接;所述异形拱圈的拱轴线采用非对称的偏态二次曲线,其左侧曲率半径小于右侧曲率半径;所述斜塔与右边跨主梁之间的夹角大于等于55°且小于等于70°。本发明的无背索斜塔斜拉异形拱桥及其施工方法可以提升桥梁整体美观效果,同时能够保证桥梁结构体系的受力平衡,体系可靠、结构安全。

Description

斜塔斜拉异形拱桥及其施工方法
技术领域
本发明属于桥梁建筑技术领域,具体涉及一种斜塔斜拉异形拱桥及其施工方法。
背景技术
斜拉拱桥是近年来新兴的一种桥梁结构形式,具有跨越能力强、结构形式美观等特点。与同等跨径的斜拉桥相比,斜拉拱桥的主拱圈承受了部分荷载,既降低了斜拉索的索力,又减少了拉索的根数,从而降低了塔高。与同等跨径的拱桥相比,斜拉体系减小了主拱圈的受力,主拱圈的弯矩分布均匀,受力状态更合理。此外斜拉拱桥中的斜拉索增强了主拱圈纵向和横向的抗风稳定性,提高了整体结构的刚度。总之,斜拉拱桥发挥了索拱相互作用的受力特性,既提高了结构的跨越能力,又提高了结构的刚度和稳定性。
在桥梁施工中,斜拉索还可作为拱圈安装的临时扣索,桥塔也可作为施工吊扣的临时塔架,因此既减小了施工风险,又降低了施工成本。但是随着斜拉拱桥结构和桥型的不断深入发展,许多问题仍难以解决,比如:(1)由于双塔斜拉拱桥的结构体系是对称的,形式过于呆板,难以满足人们对自由、灵活、生动、轻快、活泼等具有动态美感的非对称桥型的追求;(2)主拱圈拱脚处产生了很大的水平推力,难以被对称的斜拉桥体系平衡掉,因而需要较大的基础以及良好的地质条件。虽然可在主梁内增设系杆等辅助受力构件减小推力,但是由于其施工工艺复杂,难以在桥梁建筑领域得到广泛应用。因此亟需新的桥型结构出现。
授权公告号为CN200996127Y的实用新型专利公开了一种斜拉拱组合桥,包括主拱肋、吊杆、斜拉索、桥塔、边拱、边跨主梁、主跨桥面系、主桥墩,位于主跨两端的桥塔与主桥墩刚性连接,主拱肋的两端分别与两个主桥墩刚性连接,主跨中的斜拉索两端分别与桥塔及主拱肋相连,边跨中的斜拉索两端分别与桥塔及边跨主梁相连,主跨桥面系通过吊杆与主拱肋相连,边拱上端与边跨主梁刚性连接,下端与主桥墩刚性连接。该实用新型虽然综合了拱桥、斜拉桥的特点,能够形成索拱共同受力的状态,但是斜拉拱桥的结构是传统的对称体系,形式过于呆板,而且拱桥的拱圈产生的水平推力难以被对称斜拉桥体系完全平衡,因此受力不合理,整体性能和效果有待提高。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题,本发明提供一种斜塔斜拉异形拱桥,包括异形拱圈、斜塔、斜拉索、吊杆、立柱、边跨拱圈、主梁、异形拱墩、异形塔墩、辅助墩和基础,所述斜塔位于异形拱圈的右侧;所述斜拉索的一端与所述异形拱圈连接,所述斜拉索的另一端与所述斜塔连接;所述吊杆的一端与所述异形拱圈连接,所述吊杆的另一端与所述主梁连接。
本发明中,斜拉索设置在斜塔的一侧,斜塔的另一侧不设置斜拉索,即无背索结构。
优选的是,所述异形拱圈的拱轴线采用非对称的偏态二次曲线,即采用渐变的曲率半径,其左侧曲率半径R1小于右侧曲率半径R2,即R1<R2。在吊杆、中跨主梁、异形拱圈的作用下,结构成为内部高次超静定、外部静定的结构体系,结构受力合理。
在上述任一方案中优选的是,所述斜塔与右边跨主梁之间的夹角α大于等于55°且小于等于70°,即55°≤α≤70°。
斜塔主要是受压和受弯,斜塔通过倾斜产生的自重内力与异形拱圈及中跨主梁所产生的自重内力之和相平衡。当斜塔倾角在55°≤α≤70°时,可达到良好的受力平衡。
本发明的无背索斜塔斜拉异形拱桥为非对称结构体系,可分为下列几种结构形式:(1)R1<R2,且α=55°;(2)R1<R2,且55°<α<70°;(3)R1<R2,且α=70°。
上述三种结构形式的桥梁,一方面可以提升桥梁整体的美观性,另一方面能够保证两种桥梁的受力平衡,减少辅助构件,使其受理合理、体系可靠。
在上述任一方案中优选的是,所述异形拱圈包括拱顶部分、左跨拱脚和右跨拱脚,所述左跨拱脚和所述右跨拱脚分别位于异形拱圈的两端,并与拱顶部分一体连接。异形拱圈也称为主拱圈,其受力方式以受压为主。
在上述任一方案中优选的是,所述斜塔包括塔身和塔根,所述塔根位于所述塔身的底端,并与塔身一体连接。
在上述任一方案中优选的是,所述主梁包括左边跨主梁、中跨主梁和右边跨主梁三部分,所述左边跨主梁和所述右边跨主梁分别位于所述中跨主梁的两端,并与中跨主梁一体连接。中跨主梁较长,左边跨主梁和右边跨主梁较短。中跨主梁通过斜吊杆将桥面系所承受荷载传递给异形拱圈,左边跨主梁通过边跨拱圈将桥面系作用一部分传递给异形拱墩,另一部分传递给辅助墩,右边跨主梁为中跨主梁的悬挑部分、右端设支座与辅助墩相连,右边跨主梁以受压、弯为主。
在上述任一方案中优选的是,所述基础包括异形拱墩基础、异形塔墩基础和辅助墩基础。
在上述任一方案中优选的是,所述异形拱墩基础位于异形拱墩的底部,所述异形塔墩基础位于异形塔墩的底部,所述辅助墩基础位于辅助墩的底部。异形拱墩、异形塔墩、辅助墩分别与异形拱墩基础、异形塔墩基础、辅助墩基础采用刚性连接,可采用整体浇筑混凝土的方式、焊接或铆接钢结构的方式形成整体。
在上述任一方案中优选的是,所述异形拱墩为整体结构,且与边跨拱脚、左跨拱脚和异形拱墩基础三者刚性连接,可形成平衡受力体系,其受力方式以偏心受压为主。
在上述任一方案中优选的是,所述异形塔墩为整体结构,且与塔根、右跨拱脚和异形塔墩基础三者刚性连接,可形成平衡受力体系,其受力方式以偏心受压为主。
在上述任一方案中优选的是,所述辅助墩位于左边跨主梁和/或右边跨主梁的下方,并通过支座与左边跨主梁和/或右边跨主梁的端部连接。左边跨主梁的一部分重量可通过支座由辅助墩承接,另一部分重量由边跨拱圈传递给异形拱墩,最终保持受力平衡。辅助墩以受压为主。
在上述任一方案中优选的是,位于主梁上方的塔身之间至少设置一个斜塔上横梁,位于主梁下方的塔身之间至少设置一个斜塔下横梁。斜塔上、下横梁通过整体连接的方式连接两侧的塔身。斜塔上横梁起到连接主梁上方两侧塔身的作用,仅承受自重下的内力为主;斜塔下横梁起到连接主梁下方两侧塔身的作用及支承中跨主梁的作用,既承受自重又承担中跨主梁传递的荷载。根据实际情况,也可以不设置斜塔上横梁。
在上述任一方案中优选的是,所述斜塔下横梁设置于中跨主梁与右边跨主梁相连接部位的下方。
在上述任一方案中优选的是,位于主梁下方的异形拱圈之间至少设置一个拱圈横梁。拱圈横梁通过整体连接的方式连接两侧的拱圈,同时承接立柱传递来的集中载荷,其受力方式以受弯为主。
在上述任一方案中优选的是,所述异形拱圈的拱顶部分之间至少设置一个拱圈风撑。拱圈风撑通过整体连接的方式连接两侧的拱圈,其受力方式以受压、受拉为主。根据实际情况,也可以不设置拱圈风撑。吊杆、立柱作为辅助构件,可进一步起到桥梁体系内力平衡的作用。
在上述任一方案中优选的是,所述吊杆与所述主梁之间的夹角大于等于60°且小于等于90°。
所述吊杆为斜吊杆,向左跨(拱轴线曲率半径小)的一侧倾斜,斜吊杆与主梁之间的夹角大于等于60°且小于等于90°。本发明通过大量理论分析表明,斜吊杆的连接会对主梁产生向左的压力,抵消了部分桥墩的反力,使桥墩所承受的弯矩减小,体系受力更合理。同时吊杆将中跨主梁的内力传递给拱圈,其受力方式以受拉为主。
斜拉索将拱圈内力传递给斜塔,其受力方式以受拉为主。
在上述任一方案中优选的是,相邻两根吊杆之间的距离为5~20m。本发明经过大量实验证明,吊杆之间采用此间距范围时,对桥梁体系内力平衡的效果更佳。
在上述任一方案中优选的是,所述立柱设置于异形拱圈的右侧,且位于斜塔的左侧。
在上述任一方案中优选的是,所述立柱与中跨主梁垂直,立柱的顶端通过支座与主梁连接,立柱的底端与拱圈横梁连接。更为优选的是,立柱底端与异形拱圈横梁刚性连接。刚性连接即固定连接,如可将钢管砼结构的立柱与钢管砼结构的拱圈横梁焊接成为整体,其内部浇筑砼,使立柱的整体受力以受压为主。
在上述任一方案中优选的是,在异形拱圈与斜塔之间至少设置一排立柱。
在上述任一方案中优选的是,每排立柱中至少设置两根立柱。
在上述任一方案中优选的是,相邻两根立柱之间的距离为5~25m。本发明经过大量实验证明,立柱之间采用此间距范围时,对中跨主梁的承接能力更好,对桥梁体系内力平衡效果更佳。
在上述任一方案中优选的是,所述异形拱圈采用钢结构或者钢管混凝土结构。钢结构材料强度高,自身重量轻,便于运输和安装,适用于跨度大、高度高、承载重的结构;钢结构材料韧性、塑性好,内部组织结构均匀,结构可靠性高,具有良好的抗震性能。钢管混凝土结构具有承载力高、自重轻、塑性好、耐疲劳、耐冲击等优点。
在上述任一方案中优选的是,所述斜塔采用钢筋砼结构或者预应力钢筋砼结构。两种结构均具有较好的整体性、耐久性、耐火性、抗震等性能。
在上述任一方案中优选的是,所述中跨主梁采用钢结构。
在上述任一方案中优选的是,所述左边跨主梁和右边跨主梁均采用钢筋砼结构或者预应力钢筋砼结构。
在上述任一方案中优选的是,所述斜拉索由平行钢丝、钢绞线或碳纤维索制成,这几种材料都具有较高的强度和韧性。
在上述任一方案中优选的是,所述吊杆由平行钢丝、钢绞线或碳纤维索制成。
在上述任一方案中优选的是,所述立柱采用钢筋砼结构或者钢管砼结构。钢筋砼结构和钢管砼结构均具有较好的整体性、耐久性、耐火性、抗震等性能。
在上述任一方案中优选的是,所述异形拱墩采用钢筋砼结构或者预应力钢筋砼结构。
在上述任一方案中优选的是,所述异形塔墩采用钢筋砼结构或者预应力钢筋砼结构。
在上述任一方案中优选的是,所述辅助墩采用钢筋砼结构或者预应力钢筋砼结构。
在上述任一方案中优选的是,所述基础为桩基础、扩大基础、沉井基础或其他土木工程基础形式中的任一种。根据实际地质条件选用基础形式,其整体受力方式以受压为主。
在上述任一方案中优选的是,所述斜塔上横梁和斜塔下横梁均采用钢筋砼结构、钢管混凝土、钢结构或者预应力钢筋混凝土结构。
在上述任一方案中优选的是,所述拱圈横梁采用钢结构或钢管混凝土结构。
在上述任一方案中优选的是,所述拱圈风撑采用钢结构或由钢管砼材料制成的圆管截面梁或桁架结构组成。由钢管砼材料制成的圆管截面梁或桁架结构,具有造型美观、制作安装方便、结构稳定性好、刚度大、自重轻、用料经济等优点。
本发明的斜塔斜拉异形拱桥,由于采用非对称均衡造型,因而在城市桥梁的结构形式中具有极高的创新性。本发明中斜塔的斜直线外形体现了现代桥梁刚劲有力的结构特点,曲线形式体现了古代桥梁韵律柔美的结构特点,因此具有古典与现代结合、刚柔并济的美学景观效果。该桥型可作为城市关键路段200~600m跨径范围内具有较高景观效果的推荐方案。与现有斜拉桥、异形拱桥、斜拉拱桥相比,本发明的斜塔斜拉异形拱桥结合了无背索斜拉桥和异形拱桥的优势,其受力平衡、造型优美,同时采用缆索吊装法,可减小施工风险、降低施工成本。
本发明还提供一种斜塔斜拉异形拱桥的施工方法,即斜塔与异形拱圈右半部分平衡悬臂施工(即斜塔采用滑模施工,异形拱圈利用斜塔节段的重量与拱圈节段的重量平衡采用缆索扣挂法施工);边跨拱圈、左跨拱脚、右跨拱脚采用满堂支架施工,在异形拱圈与中跨主梁左端的交接处进行合拢;利用吊装法施工左边跨主梁、右边跨主梁,利用整体架设法施工中跨主梁,然后形成整体连接,最后调整吊杆的内力和斜拉索的索力,使桥梁结构内力和几何线形达到最佳状态。
本发明的斜塔斜拉异形拱桥具有如下特点:(1)施工过程中:异形拱圈的左半部分和右半部分可采用不同的曲率半径,由于采用平衡悬臂施工工艺,左跨曲率半径小,产生的水平推力可与边跨拱圈产生的水平推力平衡掉一大部分,剩余推力可由基础承担;右跨曲率半径大,产生的水平推力可与斜塔产生的水平推力平衡掉一大部分,剩余推力可由基础承担。(2)形成体系后:斜塔通过倾斜产生的自重内力与异形拱圈和中跨主梁产生的自重内力相平衡;异形拱圈通过斜拉索与斜塔连接,同时又通过吊杆与中跨主梁连接,因此异形拱圈在斜拉索、吊杆和自身重量的作用下受力平衡。(3)左跨拱脚与边跨拱脚通过异形拱墩相连接,边跨拱圈与左边跨主梁刚性连接,同时支撑在辅助墩,通过力学平衡,异形拱墩底部以竖向受压为主,仅产生少量水平推力,由基础承担;右跨拱脚部位与斜塔通过异形塔墩相连接,拉索对斜塔塔身的轴力可平衡异形拱圈产生的水平推力,异形塔墩底部也以竖向受压为主,仅仅产生少量水平推力,由基础承担。
本发明的斜塔斜拉异形拱桥是斜拉桥和异形拱桥优化组合的创新结构体系。斜塔的倾斜为平衡异形拱、主梁的受力创造了条件,可适应大跨径桥梁的要求。斜塔在施工中还作为缆索吊装塔架,减少了施工的难度、降低了施工成本;在平衡悬臂施工条件下,异形拱圈使左跨拱脚和右跨拱脚分别产生大小不等的反力,分别与边拱和斜塔产生的反力相平衡,最大限度的缓解了基础的不均匀受力;斜拉索协助异形拱圈受力,起到了调整拱肋轴线、改善结构刚度和减少基础推力的作用;立柱、边拱等辅助设施保证主梁整体结构内力最优化,保证结构整体受力性能良好;异形塔墩、异形拱墩保证了斜塔与异形拱拱圈内力的平顺过渡,避免了应力集中。本发明的斜塔斜拉异形拱桥与同等跨径的斜拉拱桥相比,在桥型美观、结构整体受力方面都具有显著的优势。
附图说明
图1为按照本发明的斜塔斜拉异形拱桥的一优选实施例的全桥立面示意图;
图2为按照本发明的斜塔斜拉异形拱桥的图1所示实施例的侧向立面示意图;
图3为按照本发明的斜塔斜拉异形拱桥的图1所示实施例的异形拱圈的力学平衡示意图;
图4为按照本发明的斜塔斜拉异形拱桥的图1所示实施例的边跨拱圈与左跨拱脚的力学平衡示意图;
图5为按照本发明的斜塔斜拉异形拱桥的图1所示实施例的塔根与右跨拱脚的力学平衡示意图;
图6为按照本发明的斜塔斜拉异形拱桥的另一优选实施例的侧向立面示意图;
图7为按照本发明的斜塔斜拉异形拱桥的图6所示实施例的异形拱墩及吊杆立面示意图;
图8为按照本发明的斜塔斜拉异形拱桥的图6所示实施例的异形塔墩及立柱立面示意图。
图中标注说明:1-异形拱圈,2-斜塔,3-斜拉索,4-中跨主梁,5-左边跨主梁,6-右边跨主梁,7-异形拱墩,8-异形塔墩,9-辅助墩,10-异形拱墩基础,11-异形塔墩基础,12-辅助墩基础,13-拱顶部分,14-左跨拱脚,15-右跨拱脚,16-边跨拱圈,17-边跨拱脚,18-塔身,19-塔根,20-吊杆,21-立柱,22-斜塔上横梁,23-斜塔下横梁,24-拱圈横梁,25-拱圈风撑,26-支座。
具体实施方式
为了更进一步了解本发明的内容,下面将结合具体实施例详细阐述本发明。
实施例一:
如图1所示,按照本发明的斜塔斜拉异形拱桥的一实施例,包括异形拱圈1、斜塔2、斜拉索3、吊杆20、立柱21、边跨拱圈16、主梁、异形拱墩7、异形塔墩8、辅助墩9和基础,所述斜塔2位于异形拱圈1的右侧;所述斜拉索3的一端与所述异形拱圈1连接,所述斜拉索3的另一端与所述斜塔2连接;所述吊杆20的一端与所述异形拱圈1连接,所述吊杆20的另一端与所述主梁连接。
所述异形拱圈的拱轴线采用非对称的偏态二次曲线,即采用渐变的曲率半径,其左侧曲率半径R1小于右侧曲率半径R2,即R1<R2。在吊杆、中跨主梁、异形拱圈的作用下,结构成为内部高次超静定、外部静定的结构体系,结构受力合理。所述斜塔2与右边跨主梁6之间的夹角α=58°。
所述异形拱圈1包括拱顶部分13、左跨拱脚14和右跨拱脚15,所述左跨拱脚14和所述右跨拱脚15分别位于异形拱圈1的两端,并与拱顶部分13一体连接。所述斜塔2包括塔身18和塔根19,所述塔根19位于所述塔身18的底端,并与塔身18一体连接。
所述主梁包括左边跨主梁5、中跨主梁4和右边跨主梁6三部分,所述左边跨主梁5和所述右边跨主梁6分别位于中跨主梁4的两端,并与中跨主梁4一体连接。中跨主梁较长,左边跨主梁和右边跨主梁较短。中跨主梁通过斜吊杆将桥面系所承受荷载传递给异形拱圈,左边跨主梁通过边跨拱圈将桥面系作用一部分传递给异形拱墩,另一部分传递给辅助墩,右边跨主梁为中跨主梁的悬挑部分、右端设支座与辅助墩相连,右边跨主梁以受压、弯为主。
所述基础包括异形拱墩基础10、异形塔墩基础11和辅助墩基础12。所述异形拱墩基础10位于异形拱墩7的底部,所述异形塔墩基础11位于异形塔墩8的底部,所述辅助墩基础12位于辅助墩9的底部。异形拱墩、异形塔墩、辅助墩分别与异形拱墩基础、异形塔墩基础、辅助墩基础采用刚性连接,可采用整体浇筑混凝土的方式、焊接或铆接钢结构的方式形成整体。
所述异形拱墩7为整体结构,且与边跨拱脚17、左跨拱脚14和异形拱墩基础10三者刚性连接,可形成平衡受力体系,其受力方式以偏心受压为主。所述异形塔墩8为整体结构,且与塔根19、右跨拱脚15和异形塔墩基础11三者刚性连接,可形成平衡受力体系,其受力方式以偏心受压为主。
所述辅助墩9位于左边跨主梁5和/或右边跨主梁6的下方,并通过支座26与左边跨主梁5和/或右边跨主梁6的端部连接。左边跨主梁的一部分重量可通过支座由辅助墩承接,另一部分重量由边跨拱圈传递给异形拱墩,最终保持受力平衡。
如图2所示,位于主梁上方的塔身18之间设置一个斜塔上横梁22,位于主梁下方的塔身18之间设置一个斜塔下横梁23。斜塔上、下横梁通过整体连接的方式连接两侧的塔身。斜塔上横梁起到连接主梁上方两侧塔身的作用,仅承受自重下的内力为主;斜塔下横梁起到连接主梁下方两侧塔身的作用及支承中跨主梁的作用,既承受自重又承担中跨主梁传递的荷载。所述斜塔下横梁23设置于中跨主梁4与右边跨主梁6相连接部位的下方。位于主梁下方的异形拱圈1之间设置两个拱圈横梁24。拱圈横梁通过整体连接的方式连接两侧的拱圈,同时承接立柱传递来的集中载荷,其受力方式以受弯为主。所述异形拱圈1的拱顶部分13之间设置一个拱圈风撑25。拱圈风撑通过整体连接的方式连接两侧的拱圈,其受力方式以受压、受拉为主。吊杆、立柱作为辅助构件,可进一步起到桥梁体系内力平衡的作用。
所述吊杆与所述主梁之间的夹角等于60°。相邻两根吊杆之间的距离为5m。所述立柱设置于异形拱圈的右侧,且位于斜塔的左侧。所述立柱21与中跨主梁4垂直,立柱21的顶端通过支座26与主梁连接,立柱21的底端与拱圈横梁24连接。更为优选的是,立柱底端与异形拱圈横梁刚性连接。刚性连接即固定连接,如可将钢管砼结构的立柱与钢管砼结构的拱圈横梁焊接成为整体,其内部浇筑砼,使立柱的整体受力以受压为主。
在异形拱圈1与斜塔2之间设置两排立柱21,每排立柱中设置两根。相邻两根立柱21之间的距离为5m。
所述异形拱圈采用钢结构或者钢管混凝土结构;所述斜塔采用钢筋砼结构或者预应力钢筋砼结构;所述中跨主梁采用钢结构;所述左边跨主梁和右边跨主梁均采用钢筋砼结构或者预应力钢筋砼结构;所述斜拉索由平行钢丝、钢绞线或碳纤维索制成;所述吊杆由平行钢丝、钢绞线或碳纤维索制成;所述立柱采用钢筋砼结构或者钢管砼结构;所述异形拱墩采用钢筋砼结构或者预应力钢筋砼结构;所述异形塔墩采用钢筋砼结构或者预应力钢筋砼结构;所述辅助墩采用钢筋砼结构或者预应力钢筋砼结构;所述基础为桩基础、扩大基础、沉井基础或其他土木工程基础形式;所述斜塔上横梁和斜塔下横梁均采用钢筋砼结构、钢管混凝土、钢结构或者预应力钢筋混凝土结构;所述拱圈横梁采用钢结构或钢管混凝土结构;所述拱圈风撑采用钢结构或由钢管砼材料制成的圆管截面梁或桁架结构组成。
本实施例的斜塔斜拉异形拱桥的桥梁体系受力均衡、合理、可靠,其部分受力平衡体系如图3、图4和图5所示。
图4中,F1为承台底摩擦力,F2为桩基剪力,H1为边跨拱脚水平推力,H2为左跨拱脚水平推力;受力平衡关系为:F1+F2=H1-H2
图5中,F3为承台底摩擦力,F4为桩基剪力,H3为右跨拱脚水平推力,H4为斜塔塔根水平推力;受力平衡关系为:F3+F4=H3-H4
图3中,N1和N2均为异形拱圈中拱顶部分的拱轴力,T1为斜拉索的轴拉力,T4为吊杆的轴拉力。
图4中,N1为边跨拱脚的拱轴力,N2为左跨拱脚的拱轴力,V1为边跨拱脚的拱轴力的竖向分力,V2为左跨拱脚的拱轴力的竖向分力。
图5中,N3为右跨拱脚的拱轴力,N4为塔根的轴压力,N5为立柱的轴压力,V3为右跨拱脚的拱轴力的竖向分力,V4为塔根的轴压力的竖向分力,V5为立柱的剪力。
本实施例的无背索斜塔斜拉异形拱桥,由于采用非对称均衡造型,因而在城市桥梁的结构形式中具有极高的创新性。本实施例中斜塔的斜直线外形体现了现代桥梁刚劲有力的结构特点,曲线形式体现了古代桥梁韵律柔美的结构特点,因此具有古典与现代结合、刚柔并济的美学景观效果。该桥型可作为城市关键路段200~600m跨径范围内具有较高景观效果的推荐方案。与现有斜拉桥、异形拱桥、斜拉拱桥相比,本发明的无背索斜塔斜拉异形拱桥结合了无背索斜拉桥和异形拱桥的优势,其受力平衡、造型优美,同时采用缆索吊装法,可减小施工风险、降低施工成本。
本实施例的斜塔斜拉异形拱桥的施工方法为:斜塔与异形拱圈右半部分平衡悬臂施工(即斜塔采用滑模施工,异形拱圈利用斜塔节段的重量与拱圈节段的重量平衡采用缆索扣挂法施工);边跨拱圈、左跨拱脚、右跨拱脚采用满堂支架施工,在异形拱圈与中跨主梁左端的交接处进行合拢;利用吊装法施工左边跨主梁、右边跨主梁,利用整体架设法施工中跨主梁,然后形成整体连接,最后调整吊杆的内力和斜拉索的索力,使桥梁结构内力和几何线形达到最佳状态。
实施例二:
如图6、图7和图8所示,按照本发明的斜塔斜拉异形拱桥及其施工方法的另一实施例,其结构、各部件之间的连接关系、受力平衡原理、有益效果等均与实施例一相同,不同的是:斜塔与右边跨主梁之间的夹角α=70°;吊杆与主梁之间的夹角等于90°;相邻两根吊杆之间的距离为20m;相邻两根立柱之间的距离为25m。
实施例三:
按照本发明的斜塔斜拉异形拱桥及其施工方法的另一实施例,其结构、各部件之间的连接关系、受力平衡原理、有益效果等均与实施例一相同,不同的是:斜塔与右边跨主梁之间的夹角α=65°;吊杆与主梁之间的夹角等于70°;相邻两根吊杆之间的距离为10m;相邻两根立柱之间的距离为20m。
实施例四:
按照本发明的斜塔斜拉异形拱桥及其施工方法的另一实施例,其结构、各部件之间的连接关系、受力平衡原理、有益效果等均与实施例一相同,不同的是:斜塔与右边跨主梁之间的夹角α=60°;吊杆与主梁之间的夹角等于80°;相邻两根吊杆之间的距离为15m;相邻两根立柱之间的距离为10m。
实施例五:
按照本发明的斜塔斜拉异形拱桥及其施工方法的另一实施例,其结构、各部件之间的连接关系、受力平衡原理、有益效果等均与实施例一相同,不同的是:斜塔与右边跨主梁之间的夹角α=55°;吊杆与主梁之间的夹角等于90°;相邻两根吊杆之间的距离为8m;相邻两根立柱之间的距离为15m。
本领域技术人员不难理解,本发明的斜塔斜拉异形拱桥及其施工方法包括上述本发明说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合,限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种斜塔斜拉异形拱桥,包括异形拱圈、斜塔、斜拉索、吊杆、立柱、边跨拱圈、主梁、异形拱墩、异形塔墩、辅助墩和基础;所述斜塔位于异形拱圈的右侧,所述边跨拱圈位于异形拱圈的左侧;所述立柱设置于异形拱圈的右侧,且位于斜塔的左侧,其特征在于:所述斜拉索的一端与所述异形拱圈连接,所述斜拉索的另一端与所述斜塔连接,所述吊杆的一端与所述异形拱圈连接,所述吊杆的另一端与所述主梁连接;
所述异形拱圈包括拱顶部分、左跨拱脚和右跨拱脚,所述左跨拱脚和所述右跨拱脚分别位于异形拱圈的两端,并与拱顶部分一体连接;所述斜塔包括塔身和塔根,所述塔根位于所述塔身的底端,并与塔身一体连接;
所述异形拱圈的拱轴线采用非对称的偏态二次曲线,其左侧曲率半径小于右侧曲率半径;所述斜塔与右边跨主梁之间的夹角大于等于55°且小于等于70°;所述吊杆向左跨一侧倾斜,所述吊杆与所述主梁之间的夹角大于等于60°且小于90°。
2.如权利要求1所述的斜塔斜拉异形拱桥,其特征在于:所述主梁包括左边跨主梁、中跨主梁和右边跨主梁三部分,所述左边跨主梁和所述右边跨主梁分别位于所述中跨主梁的两端,并与中跨主梁一体连接。
3.如权利要求1所述的斜塔斜拉异形拱桥,其特征在于:所述基础包括异形拱墩基础、异形塔墩基础和辅助墩基础。
4.如权利要求3所述的斜塔斜拉异形拱桥,其特征在于:所述异形拱墩基础位于异形拱墩的底部,所述异形塔墩基础位于异形塔墩的底部,所述辅助墩基础位于辅助墩的底部。
5.如权利要求1所述的斜塔斜拉异形拱桥,其特征在于:所述异形拱墩为整体结构,且与边跨拱脚、左跨拱脚和异形拱墩基础三者刚性连接。
6.如权利要求1所述的斜塔斜拉异形拱桥,其特征在于:所述异形塔墩为整体结构,且与塔根、右跨拱脚和异形塔墩基础三者刚性连接。
7.如权利要求1所述的斜塔斜拉异形拱桥,其特征在于:所述辅助墩位于左边跨主梁和/或右边跨主梁的下方,并通过支座与左边跨主梁和/或右边跨主梁的端部连接。
8.如权利要求1所述的斜塔斜拉异形拱桥,其特征在于:位于主梁上方的塔身之间至少设置一个斜塔上横梁,位于主梁下方的塔身之间至少设置一个斜塔下横梁。
9.如权利要求8所述的斜塔斜拉异形拱桥,其特征在于:所述斜塔下横梁设置于中跨主梁与右边跨主梁相连接部位的下方。
10.如权利要求1所述的斜塔斜拉异形拱桥,其特征在于:位于主梁下方的异形拱圈之间至少设置一个拱圈横梁。
11.如权利要求1所述的斜塔斜拉异形拱桥,其特征在于:所述异形拱圈的拱顶部分之间至少设置一个拱圈风撑。
12.如权利要求1所述的斜塔斜拉异形拱桥,其特征在于:相邻两根吊杆之间的距离为5~20m。
13.如权利要求10所述的斜塔斜拉异形拱桥,其特征在于:所述立柱与中跨主梁垂直,立柱的顶端通过支座与主梁连接,立柱的底端与拱圈横梁连接。
14.如权利要求1所述的斜塔斜拉异形拱桥,其特征在于:在异形拱圈与斜塔之间至少设置一排立柱。
15.如权利要求14所述的斜塔斜拉异形拱桥,其特征在于:每排立柱中至少设置两根立柱。
16.如权利要求15所述的斜塔斜拉异形拱桥,其特征在于:相邻两根立柱之间的距离为5~25m。
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