CN107841934A - 展翅拱斜拉桥 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种展翅拱斜拉桥，采用展翅外形的空间异形主拱拱圈和拱圈内外与主梁连接的斜拉索、主梁三大主体结构构组合而成；拱圈向拱外拉索连接主梁所在桥跨方向倾斜；全桥总体采用两跨或者三跨布置形式；采用三跨布置时，展翅外形主拱位于边跨主梁范围，拱圈通过拉索连接边跨及中跨主梁，另一侧的展翅拱体系对称布置；采用两跨布置时，展翅外形主拱位于中跨主梁范围，拱圈通过拉索连接中跨及边跨主梁；主拱边墩一侧拱脚与主梁刚性连接，主梁即拱脚底部设支座与边墩桥台基础连接；主拱中墩一侧拱脚与主梁刚性连接。本发明可以解决精简体系结构、明确主体构件受力、满足桥型景观效果的同时可使拱圈达到主要受压的合理受力状态更佳等技术问题。

Description

展翅拱斜拉桥

技术领域

本发明涉及一种公路、铁路、市政道路和园林等跨越河流、沟谷、道路等的桥梁构筑物工程技术领域。

背景技术

桥梁工程从主受力体系分为梁式桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥几大类。近年来各种组合型式的桥型不断涌现，包括斜拉桥与梁桥组合体系桥(如广东金马大桥)、斜拉桥与悬索桥组合体系桥(如贵州乌江大桥、Brooklyn桥)、斜拉与反拱形上承式索桥组合体系桥(如日本miho博物馆桥)、拱桥与梁桥组合体系桥(简称梁拱组合体系桥，由拱肋、系梁、吊杆、横梁及桥面系组合而成)、斜拉桥与拱桥组合桥(如马来西亚Putrajaya8号桥、湖南湘潭四桥等)。

马来西亚Putrajaya8号桥采用斜拉桥与提篮拱桥共存，形成一种崭新的组合体系-斜拉拱桥，其主跨300m，桥宽32m。因为斜拉桥的拉索受拉，拱桥拱圈受压，将两种看似矛盾的桥型很好的组合一起。同时通过施工过程中梁合拢前张拉拱的吊杆，使得绝大部分桥梁恒载由斜拉索承担，达到预期目标；湖南湘潭四桥为双飞燕斜拉索钢管混凝土拱桥,主跨400m,宽27m。该桥强调了拱肋的承重作用,张力可调的斜拉索作用于拱肋,架设时方便拼装,成桥后则能改善拱的受力,是一种实现大跨拱桥的新的尝试。

此种组合体系桥也存在一定不足，首先桥型组成构件众多，包括桥塔、主拱、桥面系、吊杆、系杆、斜拉索等，整体视觉效果较为凌乱繁杂；另外由于增加了桥塔，桥塔造价较高，使得桥梁整体经济性较差。

另一方面，一种空间异形拱桥-蝴蝶拱桥近年来因为其良好的景观效果、视觉张力，得到了大量的应用，尤其以天津海河大沽桥、广西南宁大桥、杭州九堡大桥出名。蝴蝶拱桥是将竖直拱肋往桥外外倾而形成的一种新型异型拱桥，通常采用中下承式拱梁组合和系杆拱等无推力体系。

蝴蝶拱桥也存在一定缺陷，首先由于其拱肋外倾，导致其面外稳定性较差，横向稳定问题突出，需要增加吊杆数量或者副拱去解决，导致构造复杂；同时由于其采用无推力拱桥体系及拱肋外倾稳定性问题，以及拱桥矢跨比较小，拱轴线不合理，材料指标较高，其适用跨径不大，一般为80～160m之间。

拱桥上拱圈截面只受轴向压力而无弯矩作用的拱轴线，满足这一条件的拱轴线称为合理拱轴线。

发明内容

本发明的目的是提供一种展翅拱斜拉桥，将空间异形拱与斜拉-拱桥组合体系桥梁两者结合，以解决精简体系结构、明确主体构件受力、满足桥型景观效果的同时可使拱圈达到主要受压的合理受力状态等技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明所采用技术方案如下：

展翅拱斜拉桥，采用展翅外形的空间异形主拱拱圈和拱圈内外与主梁连接的斜拉索、主梁三大主体结构构件按照受力要求以及合理拱轴线主要受压目标组合而成；拱圈向拱外拉索连接主梁所在桥跨方向倾斜；全桥总体采用两跨或者三跨布置形式；采用三跨布置时，展翅外形主拱位于边跨主梁范围，拱圈向中跨主梁倾斜，拱圈通过拉索连接边跨及中跨主梁，另一侧的展翅拱体系对称布置；采用两跨布置时，展翅外形主拱位于中跨主梁范围，拱圈向边跨主梁倾斜，拱圈通过拉索连接中跨及边跨主梁；主拱边墩一侧拱脚与主梁刚性连接，主梁即拱脚底部设支座与边墩桥台基础连接；主拱中墩一侧拱脚与主梁刚性连接；调整主梁和主拱的受力的拱内拉索位于拱圈范围内，两端连接拱圈范围内的主梁和主拱；拱外拉索位于拱圈范围外，两端连接拱圈范围外的主梁和主拱；拱内拉索方向与主拱倾斜方向一致，在中墩处边跨内主拱产生的水平推力与中跨拉索的水平分力方向相反。

主拱拱轴线采用椭圆线与直线组合形成，或采用多次抛物线；根据桥面宽度，横向采用双主拱形式，拱圈之间依据横向稳定性需要设数道横撑。

主梁采用整体钢箱，拱肋结合段及吊索区设置于主梁最外侧箱室，顶板采用正交异性钢桥面板，箱室之间间隔一定距离设横隔板。

拉索采用平行布置,或采用竖琴式布置；拉索采用无粘结环氧喷涂钢绞线，缠包后挤塑外挤PE；拉索下锚点与钢箱梁采用钢锚箱连接，下端采用可张拉式冷铸锚头；拉索上锚点与主拱拱圈采用耳板连接，上端拉索采用叉耳式锚固。

主拱中墩一侧拱脚向下延伸至中墩承台基础顶面，使拱脚与中墩基础刚性连接。

主拱与主梁相接拱梁结合段采用焊接，并设置加劲肋加强连接，拱肋内外表面设置剪力钉，内注补偿收缩混凝土；拱脚处节段配置钢筋，伸入承台一定锚固长度，拱脚与中墩基础采用法兰盘锚栓连接。

拱圈高度按照拱圈所在边跨主梁跨径以及矢跨比要求、拱内拉索布置形式，满足边跨主梁受力要求进行确定；相应中跨主梁跨径依据拱圈高度、拱外拉索布置形式以满足中跨主梁受力要求为准则进行确定。

当主拱拱脚在边跨边墩桥台处产生的水平推力较大单纯依靠主梁截面刚度难以承受的情况下，在主梁内设系杆提供预张拉力以平衡水平推力。

既作为边跨的受力拱圈，又是中跨的斜拉桥桥塔的主拱拱圈矢跨比1/7～1/2.5。

拱圈横向垂直或向内倾斜或向外倾斜，需设加强拱圈之间横撑；拱圈横向向内倾斜或向外倾斜角度在45⁰范围内。

本发明的优点及积极效果：

本发明所述的展翅拱斜拉桥使得景观效果与结构受力合理有机共存，既满足了展翅拱的特殊效果，丰富了拱轴力线结构的线型的外观选择，保留了拱桥结构拱轴力线受压为主的优势，又具有斜拉桥的结构优点，是一种结构合理、外形美观、新颖的斜拉拱桥组合体系桥梁。同时相对于既有的斜拉拱桥组合体系桥，省略了桥塔设置，减少了材料用量，结构总体更为简洁，受力明确，具有很好的经济性和适用性。

本发明较好的解决了中大跨桥梁的景观效果与主体结构合理的矛盾，可应用于桥梁长度在40～300米范围内有景观效果要求的大中小各种规模的桥梁结构。

附图说明

图1是本发明的三跨展翅拱斜拉桥立面图。

图2是本发明的三跨展翅拱斜拉桥平面图。

图3是本发明的两跨展翅拱斜拉桥立面图。

图4是本发明的两跨展翅拱斜拉桥平面图。

图5是本发明的展翅拱斜拉桥横断面图。

附图编号：1-主拱，2-拉索，3-主梁，4-横撑，5-中墩基础，6-边墩基础，7-拱轴线。

具体实施方式

本发明所述展翅拱斜拉桥是一种新型的斜拉拱桥组合体系桥，采用展翅外形的空间异形主拱圈和拱圈内外与主梁连接的斜拉索、主梁三大主体结构构件按照受力要求组合而成，充分发挥了拱圈、拉索和主梁各自的结构优势。

其结构体系要点包括：

1)全桥总体可采用两跨或者三跨布置形式。拱圈向拱外拉索连接主梁所在桥跨方向倾斜；采用三跨布置时，展翅外形主拱位于边跨主梁范围、拱圈向中跨主梁倾斜，拱圈与拉索连接边跨及中跨主梁，另一侧的展翅拱体系对称布置。采用两跨布置时，展翅外形主拱位于中跨主梁范围，拱圈向边跨主梁倾斜，拱圈与拉索连接中跨及边跨主梁。主拱边墩一侧拱脚与主梁刚性连接，主梁即拱脚底部设支座与边墩桥台基础连接；主拱中墩一侧拱脚与主梁刚性连接，为保持拱圈景观效果连续性，可将拱脚向下延伸至中墩承台基础顶面，使拱脚与中墩基础刚性连接。

2)拱内拉索位于拱圈范围内，两端连接拱圈范围内的的主梁和主拱，主要调整主梁和拱的受力；拱外拉索位于拱圈范围外，两端连接拱圈范围外的主梁和主拱，通过拱外拉索倾斜角度、数量等布置形式调整，配合拱圈倾斜角度和高度以及拱内拉索布置形式，以保证主拱拱圈主要受压，保证主拱拱圈的拱轴线压力线合理。

3)主拱既作为边跨的受力拱圈、又是中跨的斜拉桥桥塔。主拱拱肋线形由边跨主梁跨径、中跨主梁跨径以及拱内外拉索布置形式决定，力求通过三者的合理设置使得拱肋线形为合理拱轴线。拱圈矢跨比一般1/7～1/2.5,依据主拱所在主梁跨径以及相邻主梁跨径比例及拱圈的合理拱轴线确定。拱圈高度按照拱圈所在边跨主梁跨径以及矢跨比要求、拱内拉索布置形式，满足边跨主梁受力要求进行确定。相应中跨主梁跨径依据拱圈高度、拱外拉索布置形式以满足中跨主梁受力要求为准则进行确定。拱圈横向一般向内倾斜小于45⁰，如果有景观效果需求，也可向外倾斜，但需加强拱圈之间横撑增加横向稳定性。主拱拱脚在边跨边墩桥台处产生的水平推力由主梁截面刚度承担，如水平推力较大单纯依靠主梁截面刚度难以承受，可在主梁内设系杆提供预张拉力以平衡水平推力。

4)主拱的水平推力在边跨边墩处由主梁承担，拱内拉索方向与主拱倾斜方向一致，利用其水平分力平衡拱圈拱脚产生的水平推力。在中墩处边跨内主拱产生的水平推力与中跨拉索的水平分力方向相反，可以大幅抵消主梁所受水平轴力，从而优化结构受力。

展翅拱斜拉桥构造设计要点：

1)主拱1拱圈采用矩形钢箱断面，方便施工，同时提高结构适用性。主拱1拱轴线采用椭圆线与直线组合形成，也可采用多次抛物线。根据桥面宽度，一般横向采用双主拱形式，拱圈之间依据横向稳定性需要设数道横撑4。

2)主梁3采用整体钢箱，避免了常规系杆拱桥复杂的桥面体系及系杆预拉力体系。拱肋结合段及吊索区可设置于主梁最外侧箱室，顶板采用正交异性钢桥面板，箱室之间间隔一定距离设横隔板。

3)拉索2结合受力及景观需求，采用平行布置,也可采用竖琴式。拉索2采用无粘结环氧喷涂钢绞线，缠包后挤塑外挤PE。拉索下锚点与钢箱梁采用钢锚箱连接，下端采用可张拉式冷铸锚头。拉索上锚点与主拱圈采用耳板连接，上端拉索采用叉耳式锚固。

4)拱肋1与主梁3相接拱梁结合段采用焊接，并设置加劲肋加强连接，拱肋内外表面设置剪力钉，内注补偿收缩混凝土。拱脚处节段配置钢筋，伸入承台一定锚固长度，拱脚与中墩基础5采用法兰盘锚栓连接。

展翅拱斜拉桥的主拱及主梁等主体结构均为钢结构，采用工厂预制完成钢箱节段，现场支架上焊接组拼各节段形成整体成型的施工方案，主要施工顺序：

1)施工边墩基础、中墩基础及中墩处主拱节段；

2)搭设主梁施工支架，吊装主梁节段、主梁对位、组装焊接，并完成梁拱固结；

3)搭设主拱拼装支架，运输其余主拱节段到桥位安装平台，拱段对位、组装焊接，主拱圈拼装完成，施工拱肋横撑；

4)安装拉索，拆除拱肋拼装支架，依次张拉主拱拉索；

5)拆除主梁支架；

6)施工桥面系铺装、栏杆等，全桥建成。

Claims (10)

1.展翅拱斜拉桥，其特征在于，采用展翅外形的空间异形主拱拱圈和拱圈内外与主梁连接的斜拉索、主梁三大主体结构构件按照受力要求以及合理拱轴线主要受压目标组合而成；拱圈向拱外拉索连接主梁所在桥跨方向倾斜；全桥总体采用两跨或者三跨布置形式；采用三跨布置时，展翅外形主拱位于边跨主梁范围，拱圈向中跨主梁倾斜，拱圈通过拉索连接边跨及中跨主梁，另一侧的展翅拱体系对称布置；采用两跨布置时，展翅外形主拱位于中跨主梁范围，拱圈向边跨主梁倾斜，拱圈通过拉索连接中跨及边跨主梁；主拱边墩一侧拱脚与主梁刚性连接，主梁即拱脚底部设支座与边墩桥台基础连接；主拱中墩一侧拱脚与主梁刚性连接；调整主梁和主拱的受力的拱内拉索位于拱圈范围内，两端连接拱圈范围内的主梁和主拱；拱外拉索位于拱圈范围外，两端连接拱圈范围外的主梁和主拱；拱内拉索方向与主拱倾斜方向一致，在中墩处边跨内主拱产生的水平推力与中跨拉索的水平分力方向相反。

2.根据权利要求1所述的展翅拱斜拉桥，其特征在于，主拱拱轴线采用椭圆线与直线组合形成，或采用多次抛物线；根据桥面宽度，横向采用双主拱形式，拱圈之间依据横向稳定性需要设数道横撑。

3.根据权利要求1所述的展翅拱斜拉桥，其特征在于，主梁采用整体钢箱，拱肋结合段及吊索区设置于主梁最外侧箱室，顶板采用正交异性钢桥面板，箱室之间间隔一定距离设横隔板。

4.根据权利要求1所述的展翅拱斜拉桥，其特征在于，拉索采用平行布置,或采用竖琴式布置；拉索采用无粘结环氧喷涂钢绞线，缠包后挤塑外挤PE；拉索下锚点与钢箱梁采用钢锚箱连接，下端采用可张拉式冷铸锚头；拉索上锚点与主拱拱圈采用耳板连接，上端拉索采用叉耳式锚固。

5.根据权利要求1所述的展翅拱斜拉桥，其特征在于，主拱中墩一侧拱脚向下延伸至中墩承台基础顶面，使拱脚与中墩基础刚性连接。

6.根据权利要求1所述的展翅拱斜拉桥，其特征在于，主拱与主梁相接拱梁结合段采用焊接，并设置加劲肋加强连接，拱肋内外表面设置剪力钉，内注补偿收缩混凝土；拱脚处节段配置钢筋，伸入承台一定锚固长度，拱脚与中墩基础采用法兰盘锚栓连接。

7.根据权利要求1所述的展翅拱斜拉桥，其特征在于，拱圈高度按照拱圈所在边跨主梁跨径以及矢跨比要求、拱内拉索布置形式，满足边跨主梁受力要求进行确定；相应中跨主梁跨径依据拱圈高度、拱外拉索布置形式以满足中跨主梁受力要求为准则进行确定。

8.根据权利要求1所述的展翅拱斜拉桥，其特征在于，当主拱拱脚在边跨边墩桥台处产生的水平推力较大单纯依靠主梁截面刚度难以承受的情况下，在主梁内设系杆提供预张拉力以平衡水平推力。

9.根据权利要求1所述的展翅拱斜拉桥，其特征在于，既作为边跨的受力拱圈，又是中跨的斜拉桥桥塔的主拱拱圈矢跨比1/7～1/2.5。

10.根据权利要求1所述的展翅拱斜拉桥，其特征在于，拱圈横向垂直或向内倾斜或向外倾斜，需设加强拱圈之间横撑；拱圈横向向内倾斜或向外倾斜角度在45°范围内。