CN108755378A - 一种不等跨两跨桥梁结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种不等跨两跨桥梁结构，包括：立置的两根墩柱、以及分别连接在两根墩柱顶部的两根主梁，主梁为并排布置且沿直线延伸的两根，两根主梁之间垂直设置有多根上弦杆，桥梁结构由两根墩柱分成两跨，且两跨的跨径比不等，墩柱的顶部与所连接主梁的两端分别连接有柔性拉索，各柔性拉索的中部区域相对于柔性拉索的端部更远离主梁；与两根墩柱分别连接的柔性拉索为并排布置，且并排布置的柔性拉索之间垂直设置有多根下弦杆，上弦杆与下弦杆的位置呈交替排列；同侧的主梁与柔性拉索之间连接有多根首尾相连的斜腹杆，且各主梁的端部连接有三角支座。本发明的不等跨两跨桥梁结构具有良好的竖向承载能力和抗震能力。

Description

一种不等跨两跨桥梁结构
技术领域
本发明属于建筑工程技术领域，具体涉及一种不等跨两跨桥梁结构。
背景技术
随着经济的发展，交通运输大幅度增长，行车密度及车辆载重越来越大，尤其是推行拖挂运输和集装箱运输后，重型车辆日益增多，现有的一部分公路桥梁已满足不了使用要求。
现存的许多桥梁中因老化、桥面太窄或初始设计时承重能力偏低等原因，面临降低使用标准或重新整修的情况，这些桥梁不仅存在极大的安全隐患，还增加了桥梁维护的成本，故如何提高桥梁的设计强度以及稳定性，成为了桥梁工程中急需解决的问题。
在桥梁工程的发展中，桥梁试验也起到了同样重要的作用。大量的试验研究，成为促进桥梁结构设计计算理论、设计方法不断发展的重要因素之一。桥梁试验是对桥梁原型结构或桥梁模型结构直接进行的科学试验工作，包括试验准备、理论计算、现场试验、分析整理等内容的一系列工作。
桥梁原型试验也称之为桥梁检测，其目的是通过试验，掌握桥梁结构在试验荷载作用下的实际工作状态，判定桥梁结构的承载能力和使用条件，检验设计与施工质量：桥梁模型试验的目的是研究结构的受力行为，探索结构应力、应变的内在规律，为设计施工服务。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不等跨两跨桥梁结构，具有良好的竖向承载能力和抗震能力。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：
一种不等跨两跨桥梁结构，可应用于桥梁试验，也可应用于实际桥梁的施工，包括：立置的两根墩柱、以及分别连接在两根墩柱顶部的两根主梁，所述主梁为并排布置且沿直线延伸的两根，两根主梁之间垂直设置有多根上弦杆，所述桥梁结构由两根墩柱分成两跨，且两跨的跨径比不等，
所述墩柱的顶部与所连接主梁的两端分别连接有柔性拉索，所述各柔性拉索的中部区域相对于柔性拉索的端部更远离主梁；
与两根墩柱分别连接的柔性拉索为并排布置，且并排布置的柔性拉索之间垂直设置有多根下弦杆，所述上弦杆与下弦杆的位置呈交替排列；
所述同侧的主梁与柔性拉索之间连接有多根首尾相连的斜腹杆，且各主梁的端部连接有三角支座。
本发明中，在主梁与墩柱之间采用柔性拉索，使得桥梁结构整体刚柔并济，柔性拉索与弦杆的配合使用，使得在冲击荷载的作用下柔性拉索产生一定的变形，从而达到“以柔克刚”的耗能减震效果，不仅提高了桥梁结构自身的竖向承载能力和抗震能力，还降低桥梁结构部件的损耗，提高整体稳定性。
上弦杆与下弦杆的位置呈交替排列，指的是上弦杆与下弦杆在水平面的投影呈交替排列，而上弦杆与下弦杆的本身是具有高度差的。
作为优选，所述斜腹杆一端与上弦杆连接，所述斜腹杆的另一端与下弦杆连接；
与同一根斜腹杆连接的上弦杆和下弦杆处于所述交替排列中的相邻位置。
作为优选，所述三角支座包括：
与所连接主梁垂直连接的直杆，所述直杆由所连接主梁的底部沿远离主梁方向延伸；与所连接主梁的端部、以及所述直杆远离所连接主梁的一端连接的斜杆；
所述直杆、斜杆以及所连接主梁的相应部位围城三角结构。
由于支座处所受荷载较大且支座的接触面积较小，故本发明优选采用三角结构的支座，利用三角结构的稳定性，提高支座处所能承受的荷载，并提高支座支撑的稳定性，且为了控制支座对桥梁结构整体的空间占用在适宜范围内，进一步优选采用直角三角形结构。
作为优选，所述两根主梁的同侧端部并排设置有两个三角支座；
两个三角支座中的两根直杆同侧的端部分别连接有两根加强杆。
作为优选，所述主梁的截面为“T”型，所述直杆和斜杆上邻近主梁的端部带有凹槽，所述凹槽与主梁“T”型结构中的竖直部分配合连接。
使用凹槽与主梁配合连接，可增加与主梁之间的接触面积，提高连接稳定性。
作为优选，各墩柱与所连接主梁之间连接有多根斜支撑杆。
作为优选，各主梁的底部连接有导力板，所述导力板邻近墩柱，所述导力板与主梁连接的面为平面，所述导力板上与该平面相对的面为弧面。
当主梁受到荷载时，墩柱会产生较大的剪力作用，且随着荷载施力点的改变，在经过墩柱时会有力的突变作用，导力板可有效减小力的突变作用，使得内力传递更顺利均匀，防止出现应力集中现象。
作为优选，所述导力板与主梁的接缝处连接有至少一块贴板。
贴板可控制连接部位的转动变形，同时保证结构不发生局部失稳。容易理解的是，贴板可以应用在桥梁结构中其他的节点连接部位。
作为优选，所述墩柱的截面为“工”字型。
墩柱采用“工”字型结构，可使墩柱的刚度均匀且合理地分配，提高墩柱的支撑稳定性。
本发明中，在主梁与墩柱之间采用柔性拉索，使得桥梁结构整体刚柔并济，柔性拉索与弦杆的配合使用，使得在冲击荷载的作用下柔性拉索产生一定的变形，从而达到“以柔克刚”的耗能减震效果，不仅提高了桥梁结构自身的竖向承载能力和抗震能力，还降低桥梁结构部件的损耗，提高整体稳定性。
附图说明
图1为本发明的不等跨两跨桥梁结构的结构示意图；
图2为本发明的不等跨两跨桥梁结构的主视图；
图3为本发明的三角支座的一种实施例结构示意图；
图4为本发明的直杆与主梁的一种实施例连接示意图；
图5为本发明的导力板与主梁的一种实施例连接示意图；
图6为实施例1中杆件的尺寸示意图；
图7为实施例1中杆件的搭接示意图；
图8为实施例1中冲击荷载示意图。
图示中：
1、主梁；11、水平部分；12、竖直部分；2、上弦杆；3、柔性拉索；31、长柔性拉索；32、短柔性拉索；4、下弦杆；5、斜腹杆；6、三角支座；61、直杆；62、斜杆；63、加强杆；64、凹槽；7、墩柱；8、斜支撑杆；81、第一斜支撑杆；82、第二斜支撑杆；9、导力板；10、贴板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案做进一步详细说明，以下实施例不构成对本发明的限定。
如图1所示，本实施例提供一种不等跨两跨桥梁结构，可应用于桥梁试验，也可应用于实际桥梁的施工，该不等跨两跨桥梁结构包括：立置的两根墩柱7、以及分别连接在两根墩柱7顶部的两根主梁1，所述主梁1为并排布置且沿直线延伸的两根，两根主梁1之间垂直设置有多根上弦杆2。
主梁1与上弦杆2构建出一个承载平面作为桥面，用于承载车辆等设备。两根主梁1沿直线延伸即为两根主梁1均为直梁。两根主梁1与两根墩柱7分别连接，且两根主梁1的长度相等、与墩柱7连接的位置相同。两根主梁1之间垂直设置有多根上弦杆2，容易理解的是，上弦杆2连接在两根主梁1之间，且上弦杆2与两根主梁1垂直。
两根墩柱7组合形成桥梁结构中的一个桥墩，并由该桥墩将桥梁结构分成两跨，桥墩与桥梁结构的两端的间距不相等，即桥梁结构中的两跨的跨径比不等，由此构成不等跨两跨的桥梁结构。
墩柱7采用截面为“工”字型的结构，以使墩柱7的刚度分配均匀合理，墩柱7本身还可进一步优选采用上细下粗的结构，从而使墩柱7高而不折且受力合理。且在两根墩柱7之间可相应增加横拉条以及十字拉条，以提高墩柱7的承载能力，避免墩柱7产生侧移或断裂。
如图2所示，各墩柱7与所连接主梁1之间连接有多根斜支撑杆8，斜支撑杆8的数量根据墩柱7的高度以及桥梁结构设计的承载能力而定。本实施例中以两根斜支撑杆8为例，在墩柱7的上端连接有第一斜支撑杆81，在墩柱7的下端连接有与第一斜支撑杆81平行且长度更长的第二斜支撑杆82，斜支撑杆8的设置可加强墩柱7与主梁1连接部位的结构强度，减小墩柱7连接处力的突变作用。
所述墩柱7的顶部与所连接主梁1的两端分别连接有柔性拉索3，所述各柔性拉索3的中部区域相对于柔性拉索3的端部更远离主梁1，需要说明的是，此处的更远离表示柔性拉索3的中部区域与所连接的主梁1之间的距离比柔性拉索3的端部与所连接的主梁1之间的距离长，且柔性拉索1与所连接的主梁1之间的距离由柔性拉索3的中心位置至柔性拉索3的端部递减。
由于桥梁结构中的两跨的跨径比不等，故连接形成的柔性拉索3根据长度不同可分为两根长柔性拉索31和两根短柔性拉索32，长柔性拉索31与短柔性拉索32的延伸路径为曲线。本实施例中，长柔性拉索31与短柔性拉索32的结构连接方式相同，在其他实施例中，长柔性拉索31与短柔性拉索32的结构连接方式可根据实际设计需求进行调整，以适应桥梁所需的承载能力和稳定性。
与两根墩柱7分别连接的柔性拉索3为并排布置，且并排布置的柔性拉索3之间垂直设置有多根下弦杆4，下弦杆4设置在两根柔性拉索3之间，且与两根柔性拉索3垂直，所述上弦杆2与下弦杆4的位置呈交替排列。
在桥梁结构设计中，两根长柔性拉索31并排布置在主梁1的正下方，且一侧的长柔性拉索31与同侧的主梁1之间的距离与另一侧长柔性拉索31和主梁1之间的距离相等，同样的，两根短柔性拉索32并排布置在主梁1的正下方，且一侧的短柔性拉索32与同侧的主梁1之间的距离与另一侧短柔性拉索32和主梁1之间的距离相等。柔性拉索3的排布方式保证了主梁1与柔性拉索3之间力传递的流畅性。
所述同侧的主梁1与柔性拉索3之间连接有多根首尾相连的斜腹杆5，所述斜腹杆5一端与上弦杆2连接，所述斜腹杆5的另一端与下弦杆4连接；与同一根斜腹杆5连接的上弦杆2和下弦杆4处于所述交替排列中的相邻位置。
各主梁1的端部连接有三角支座6，如图3所示，所述三角支座6包括：与所连接主梁1垂直连接的直杆61，所述直杆61由所连接主梁1的底部沿远离主梁1方向延伸；
与所连接主梁1的端部、以及所述直杆61远离所连接主梁1的一端连接的斜杆62，斜杆62连接的主梁1的端部为主梁1靠近相应直杆61的端部；
所述直杆61、斜杆62以及所连接主梁1的相应部位围城三角结构。
所述两根主梁1的同侧端部并排设置有两个三角支座6；两个三角支座6中的两根直杆61同侧的端部分别连接有两根加强杆63，即两根直杆61的首部之间连接有一根横向的加强杆63，两根直杆61的尾部之间连接有一根横向的加强杆63。
柔性拉索3朝主梁1端部延伸的一侧抵靠连接在直杆61与主梁1的连接部位，多个部件的集中连接，可提高连接部位的结构稳定性。
如图4所示，所述主梁1的截面为“T”型，即主梁1包括水平部分11和竖直部分12，所述直杆61上邻近主梁1的端部带有凹槽64，所述凹槽64与主梁1“T”型结构中的竖直部分12配合连接。容易理解的是，与主梁1连接的斜杆62和斜腹杆5上也可带有凹槽，并通过凹槽与主梁1配合连接。
如图5所示，各主梁1的底部连接有导力板9，所述导力板9邻近墩柱7，所述导力板9与主梁1连接的面为平面，所述导力板9上与该平面相对的面为弧面。所述导力板9与主梁1的接缝处连接有至少一块贴板10。
本发明的不等跨两跨桥梁结构可应用于桥梁的施工，也可应用于桥梁加载试验的模型结构。用于桥梁的施工时，不等跨两跨桥梁结构可采用钢结构；用于加载试验时，不等跨两跨桥梁结构可采用竹质材料。
本技术方案，通过如下具体的加载试验对不等跨两跨桥梁结构进行受力分析以及验证。
实施例1：加载试验
模型结构制作中，主梁采用图6中左一所示尺寸的“T”型竹杆进行制作；墩柱采用图6中左二所示尺寸的工字型竹杆进行制作；上弦杆、下弦杆、支撑杆用图6中左三所示尺寸的矩形竹杆进行制作；斜腹杆、加强杆斜、直杆、斜杆、导力板采用图6中左四所示尺寸的矩形竹杆进行制作。图6中所示尺寸的单位为毫米，且竹杆采用密度为0.789g/cm3、顺纹抗拉强度为150MPa、抗压强度为65MPa、弹性模量为10GPa的集成竹杆。
长柔性拉索采用截面为1*4的矩形竹杆进行制作；短柔性拉索采用棉蜡线进行制作；贴板采用竹片进行制作，且在各杆件的连接节点的接缝处全覆盖贴板。
各部件之间的连接采用502胶水进行粘接。
由于单根竹杆的长度难以满足主梁的长度，故在模型制作过程中需要多根竹杆进行搭接，两根竹杆的搭接方式如图7所示，以增加搭接处的接触面积，并在搭接的接缝处采用贴片进行加固。
通过上述方式制作得到的模型结构的最大水平投影面200mm*1500mm、桥面到墩柱底部总高为250mm(误差±5mm)；桥面以上具有宽*高为180mm*350mm的桥面通行单一净空(关于净空的概念详见规范JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范)；模型结构的自重为110±5g。
采用上述模型结构进行冲击荷载试验：
如图8所示，采用重力为p的物体从高度为h的位置下落至桥面，采用简化计算方法，假设此运动过程中对应的能量转换为：物体的机械能(势能)转换为杆件弹性能。
物体的机械能：E＝p(h+Δd)；
杆件的应变能：
因，E＝Vε；故，
物体的静位移Δst＝p/k；
故转化为为简化计算，后续省略重力加速度g；
可得，冲击位移：
最大冲击载荷：
采用上述模型结构进行加载试验：
采用重为13kg的加载小车在模型结构的桥面上移动，行车方向为从短跨到长跨，行车时间为45s，并采用设计软件MIDAS gen8.0进行应力分析，试验可得跨中集中荷载作用可达130N，且此时的最大竖向变形为12.3mm，应力分析得杆件最大拉应力为22.4MPa、最大压应力为49.5MPa，故本实施例的不等跨两跨桥梁结构具有良好的竖向承载能力和抗震能力。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种不等跨两跨桥梁结构，包括：立置的两根墩柱、以及分别连接在两根墩柱顶部的两根主梁，所述主梁为并排布置且沿直线延伸的两根，两根主梁之间垂直设置有多根上弦杆，其特征在于，所述桥梁结构由两根墩柱分成两跨，且两跨的跨径比不等，
所述墩柱的顶部与所连接主梁的两端分别连接有柔性拉索，各柔性拉索的中部区域相对于柔性拉索的端部更远离主梁；
与两根墩柱分别连接的柔性拉索为并排布置，且并排布置的柔性拉索之间垂直设置有多根下弦杆，所述上弦杆与下弦杆的位置呈交替排列；
所述同侧的主梁与柔性拉索之间连接有多根首尾相连的斜腹杆，且各主梁的端部连接有三角支座。
2.如权利要求1所述的不等跨两跨桥梁结构，其特征在于，所述斜腹杆一端与上弦杆连接，所述斜腹杆的另一端与下弦杆连接；
与同一根斜腹杆连接的上弦杆和下弦杆处于所述交替排列中的相邻位置。
3.如权利要求1所述的不等跨两跨桥梁结构，其特征在于，所述三角支座包括：
与所连接主梁垂直连接的直杆，所述直杆由所连接主梁的底部沿远离主梁方向延伸；与所连接主梁的端部、以及所述直杆远离所连接主梁的一端连接的斜杆；
所述直杆、斜杆以及所连接主梁的相应部位围城三角结构。
4.如权利要求3所述的不等跨两跨桥梁结构，其特征在于，所述两根主梁的同侧端部并排设置有两个三角支座；
两个三角支座中的两根直杆同侧的端部分别连接有两根加强杆。
5.如权利要求3所述的不等跨两跨桥梁结构，其特征在于，所述主梁的截面为“T”型，所述直杆和斜杆上邻近主梁的端部带有凹槽，所述凹槽与主梁“T”型结构中的竖直部分配合连接。
6.如权利要求1所述的不等跨两跨桥梁结构，其特征在于，各墩柱与所连接主梁之间连接有多根斜支撑杆。
7.如权利要求1所述的不等跨两跨桥梁结构，其特征在于，各主梁的底部连接有导力板，所述导力板邻近墩柱，所述导力板与主梁连接的面为平面，所述导力板上与该平面相对的面为弧面。
8.如权利要求7所述的不等跨两跨桥梁结构，其特征在于，所述导力板与主梁的接缝处连接有至少一块贴板。
9.如权利要求1所述的不等跨两跨桥梁结构，其特征在于，所述墩柱的截面为“工”字型。
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