CN111335142A - 自锚式斜拉系杆拱桥 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自锚式斜拉系杆拱桥，它是一种主跨采用下承式的、刚性拱肋刚性系杆的、尼尔森体系柔性拉索的、主跨与边跨为3跨连续的、边跨连续梁与拱肋之间斜拉自锚的单肋拱、双肋拱或多肋拱与加劲梁组合的梁、拱、索新型组合体系桥梁，且双肋拱之间、多肋拱之间通过横梁和风撑进行横向刚性连接为单幅、双幅或多幅桥梁。该桥采用梁拱同步逐段悬浇或悬拼的施工新方法。该新型桥梁跨越能力大，承载能力大，施工方法新，建设成本低，梁拱自平衡，安全无风险，梁拱索组合桥型外观美，适用性较强，应用范围广。它将使系杆拱桥重新焕发新的生命力，并进一步提升组合体系桥梁的跨越能力，值得在我国公路、铁路、城市及乡村等桥梁工程中推广应用。

Description

自锚式斜拉系杆拱桥

技术领域

本发明属于交通基础设施建设工程技术领域，具体涉及一种系杆拱桥与斜拉桥的组合式新型桥梁及其建造方法 ，即自锚式斜拉系杆拱桥及其建造方法。

背景技术

拱式组合体系桥是：将梁和拱两种基本结构组合起来，共同承受荷载，充分发挥梁受弯、拱受压的结构特性及其组合作用，达到节省材料的目的。拱式组合体系桥一般由拱肋、系杆（当系杆采用较大截面的加劲梁时，如等截面箱梁或变截面箱梁等，国内亦有资料上称其为系梁的，本文一律统称为系杆）、吊杆或立柱等组成。其基本形式分为：简支梁拱组合式桥梁，见图1； 连续梁拱组合式桥梁，见图2中e和f； 单悬臂组合式桥梁，见图2中g。根据拱肋和行车道梁的联结方式不同，拱式组合体系桥一般可划分为有推力的和无推力两种类型。

简支梁拱组合式桥梁:这类桥梁只用于

下承式，均为无推力的组合体系拱。拱肋结构一般为钢筋混凝土和钢管混凝土，桥面上常设置风撑，简支梁拱组合式桥梁，外部为静定结构，内部为高次超静定结构，主要承重构件除拱肋外，还有加劲纵梁，它与横梁组成平面框架，由吊杆上下联系以达到共同受力的目的。

根据拱肋和系杆的相对刚度的大小，无推力拱式组合体系划分为：柔性系杆刚性拱、刚性系杆柔性拱和刚性系杆刚性拱三种基本组合体系。

连续梁拱组合式桥梁:这种体系可以是上承式、中承式及下承式，也可以是多肋拱、双肋拱或单肋拱与加劲梁组合。多肋拱及双肋拱的加劲梁的截面形式类似于简支梁拱组合式桥梁布置；而单片拱肋必须配置有箱形加劲梁（即单弦罗兹体系），以加劲梁强大的抗扭刚度抵消偏载影响。这种桥型本身刚度大，跨越能力大，造型美观。

单悬臂组合式桥梁:只适用于上承式，采用转体施工特别方便。单悬臂梁拱组合式桥梁实际上是将实腹梁挖空，用立柱代替梁腹板，原腹板剪力主要由拱肋竖向分力及加劲梁剪力平衡。这样结构的加劲梁受拉弯作用，加劲梁采用预应力混凝土，拱肋为钢筋混凝土。

系杆拱桥（bowstring arch bridge ,tied arch bridge）：也称无推力拱式组合体系桥，如图1所示。系杆拱桥系由拱肋、系杆、吊杆等3种基本构件组成。它是一种集拱与梁的优点于一身的桥型，它将拱与梁两种基本结构形式组合在一起，共同承受荷载，充分发挥梁受弯、拱受压的结构性能和组合作用，拱端的水平推力用拉杆承受，使拱端支座不产生水平推力。拱与弦间用两端铰接的竖直杆联结而成。亦可用斜杆来代替直杆成为尼尔森体系。这种拱桥内部为超静定体系，外部则为静定，因此对墩台不均匀沉降无影响。从结构上主要分为有推力和无推力两种组合体系。

系杆拱桥起源于19世纪末的欧洲,奥地利人兰格尔在1858年申报了刚性梁柔性拱的系杆拱桥专利，在1929年尼尔森用斜吊杆代替了兰格尔拱中的竖吊杆提高了结构的刚度。二战后，德、日、美等国对这些桥型进行了大量的研究和实践。其中著名的桥梁有：1962年德国建成的费马恩松德桥(世界上第一座提篮形拱肋的尼尔森桥),主跨248.4米，矢高43米；1991年日本建成的新滨寺桥,跨度达到了254米(世界上最大跨度的尼尔森桥)。相比之下，尼尔森体系系杆拱桥在国内的应用则比较少，我国第一座尼尔森体系的系杆拱是1996年建成的安徽省巢湖市西坝路桥，主跨40米，矢高8米。而竖吊杆的系杆拱在国内则修建了许多座：如天津开发区彩虹大桥(主跨3×160米)、四川绵阳涪江三桥(主跨202米)、广州丫髻沙大桥(76米+360米+76 米)以及南昌的生米大桥(75米+2×228米+75米 )。在1955年挪威爱吉尔学院的PerTveit教授申请了网络拱桥的专利，即采用网状斜吊杆布置形式的系杆拱桥，后来我国国内也修建了这种桥型。

系杆拱体系的分类：系杆拱按照是否有支座可以分为有支座的拱梁组合体系和无支座的刚架系杆拱。有支座的拱梁组合结构是拱与梁在拱脚处刚结，支承在墩台支座上，属于无推力结构，它的拉杆与行车道梁合二为一为拉弯构件，这种结构将拱和梁的优点充分利用，结构外部既可以是简支的也可以是连续的，例如江苏无锡新安北桥(主跨160米)、浙江义乌宾王桥(主跨80米)以及福建宁德某桥；刚架系杆拱是将拱与桥墩固结，不设支座，采用不参与桥面系受力、独立于桥面系之外的预应力钢绞线作为拉杆来平衡拱的推力，它的结构形式主要是单跨下承式和飞燕中承式(三跨)，典型的有广东南海三山西大桥(主跨200米)、广州市丫髻沙大桥(76米+360米+76米)、上海的卢浦大桥(100米+550米+100米)。

系杆拱按照拱肋和系杆的相对刚度不同,分为柔性系杆刚性拱、刚性系杆柔性拱(其中采用竖吊杆的体系称为兰格尔拱)以及刚性系杆刚性拱(其中采用竖吊杆的体系称为洛泽拱)三种结构体系。柔性系杆刚性拱是由普通下承式拱桥加设了承受推力的受拉柔性系杆而成，理论上指拱肋和系杆的刚度比趋于无穷大，实际上拱肋和系杆的刚度比为80～100，就可以忽略系杆承受弯矩的能力，认为系杆只承受拉力，目前已建成的大跨度系杆拱桥一般均采用这种结构体系；刚性系杆柔性拱组合体系中(拱肋和系杆的刚度比为小于1/80)为外部静定体系,拱的推力传给刚性系杆承受，由于体系外形有粗大的系杆和纤细的拱肋，故亦称为兰格尔梁，这种体系中的拱肋弯矩很小，主要承受轴向压力，系杆为拉弯组合构件，一般用于城市桥梁中；拱肋和系杆的刚度比为1/80～80的则为刚性系杆刚性拱，系杆和拱肋均有一定的抗弯刚度，荷载引起的弯矩在系杆和拱肋之间按刚度分配，体系为外部静定而内部超静定结构，这种结构在我国运用较多。

系杆拱按行车道的位置主要可以分为上承式、中承式、下承式三种，其中以中承式和下承式最为常见。

系杆拱的结构形式如下：拱肋按材料类型分为钢筋混凝土、钢管混凝土(包括劲性骨架)和钢。钢筋混凝土拱肋多采用工字型截面，具体有等截面与变截面之分；钢管混凝土截面形式主要有单管拱肋钢管混凝土，哑铃形和桁拱式；钢截面多采用闭口箱型。

对于柔性系杆刚性拱，拱肋的构造和截面形式基本上可参考普通的下承式肋拱桥，拱轴线常采用二次抛物线，矢跨比一般在1/5～1/4之间取值。拱肋截面可根据跨径的大小和荷载等级选用矩形、工字形或箱形。拱肋高度对于公路桥h=（1/50~1/30）L（L为跨径，下文中相同），拱肋宽度b=(0.4~0.5)h 。一般矩形截面用于较小跨径，当肋高超过1.5米～3.5米时，采用工字形或箱形较为合理。

刚性系杆柔性拱以系杆的梁为受力主体，矢跨比通常为1/7～1/5。拱肋在保证一定强度和稳定性的条件下，将拱肋高度h从常用的(1/120～1/100)L压缩到(1/160～1/140)L，拱肋宽度一般采用b=(1.5~2.5)h ，对于公路桥，刚性系杆高度为h=（1/35~1/25）L，跨度较大时，还可以做成变截面。拱肋截面常采用宽矮实心矩形断面。若采用刚性吊杆，则横向刚度较大的拱肋与吊杆、横梁组成半框架，一般情况下，拱肋间可不设横撑，设计成敞口桥，使视野开阔。拱轴线通常采用二次抛物线。拱肋截面内的钢筋采用普通钢筋、型钢及钢管，以缩小拱肋面积。为了增强混凝土的承压能力，采用螺旋箍筋。

在刚性系杆刚性拱中，拱轴线常采用二次抛物线。为了方便支承节点处的构造连接，常将拱肋和系杆设计成相同的截面形式。中小跨径拱桥多采用工字形截面，当跨径较大时，常采用箱形截面。拱肋高度h=（1/80~1/50）L，拱肋宽度b=(0.8~1.2)h，系杆的梁高较柔性拱情形要小，具体尺寸根据拱的刚度及桥面宽度、荷载情况确定。

系杆按材料类型分为钢筋混凝土、预应力混凝土和钢。系杆截面分为等截面和变截面，多采用由实心矩形和箱型，以方便布置预应力钢束。

系杆的设置在系杆拱的设计中是个关键问题，一方面要考虑系杆与拱肋的连接，保证系杆能很好地与拱肋共同受力；另一方面又要考虑系杆与行车道之间的相互作用，避免桥面行车道因阻碍系杆的受拉而遭到破坏。

刚性系杆是偏心受拉构件，一般设计成箱形或工字形截面。由于截面正负弯矩的绝对值一般相差不大，故钢筋宜靠上下缘对称或接近对称布置。同时，沿截面高度应布置一定数量的分布钢筋，防止裂缝扩展。

吊杆分为刚性吊杆和柔性吊杆两种。刚性吊杆为钢筋混凝土或预应力混凝土构件；柔性吊杆多采用高强钢丝束，克服了刚性吊杆易开裂的缺点。

吊杆一般是长细构件，设计时通常将其作为轴向受力构件考虑，故顺桥向尺寸一般设计得较小，使之具有柔性而不承受弯矩，只承受拉力，横桥向尺寸设计得较大，以增强拱肋的稳定性。吊杆以前多采用钢筋混凝土或预应力混凝土构件，由于钢筋混凝土吊杆易产生裂缝，预应力混凝土吊杆施工麻烦，吊杆的发展趋势是采用高强钢丝束或粗钢筋。

系杆拱桥在两根拱肋的中上部位设置横向风撑，风撑的形式主要有一字形、K字形和米字形。系杆拱桥当跨度较大时。横向稳定性常成为设计中的一个重要问题。通常采用在拱肋之间加设风撑的办法来提高结构的横向稳定性。中下承式系杆拱桥有时还采用将其拱肋内倾形成提篮拱来加强稳定性；有些系杆拱因结构的横向刚度较大取消了风撑(一般拱肋较宽，端横梁刚度较大)；也有系杆拱为了达到美学效果拱肋之间不但不设风撑且两拱肋成外倾的。

系杆拱桥是外部静定结构，兼有拱桥的较大跨越能力和梁桥对地基适应能力强的两大特点，故使用较多。当桥面高程受到严格限制而桥下又要求保证较大的净空，或当墩台基础地质条件不良易发生沉降，但又要保证较大跨径时，无推力拱式组合体系桥梁是较优越的桥型。

在考虑梁拱组合体系桥梁的总体布置时，除了满足一般的基本原则外，还应注意如下方面：当梁拱组合式桥梁的跨径在100米以下时，材料用量的综合指标一般差别不大，但下部结构因跨径增大，桥墩减少，可以减少墩台的圬工量。因此，在不显著增加施工难度时，应尽可能将跨径放大。同时，分孔时主孔采取简支体系，采用多跨时，边跨应尽可能短；当按3跨布置时，对于梁拱组合式桥梁，边跨末端支座尽可能不出现拉力，为此，通过压重予以解决。同时边跨还要求弯矩图以负弯矩为主，即使出现正弯矩，也只限于在活载作用下发生，而且正弯矩区域限制在较小的范围内，这样有利于配置预应力束，基本上是直索。

系杆拱桥具有结构合理、受力明确、竖向刚度大等优点。这种桥型不但技术经济指标先进，造价低廉，同时桥型美观，反映出力与美的统一，结构形式与环境的和谐，有不少已经建成的梁（包括变截面连续梁）拱组合的桥梁，已成为城市的景观效应。与变截面连续梁桥相比，系杆拱桥跨中截面的建筑高度可比连续梁桥降低20%~30%，可以缩短引桥长度，降低桥梁的总体造价。所以，在一段历史时间内，系杆拱桥可以和连续梁桥相媲美，成为桥梁设计中优先考虑的方案之一。

总之，系杆拱桥在结构受力上兼具拱和梁的优点，而且建筑高度较小(特别是下承式系杆拱桥)，结构造价相对较低。因此，它具有跨度大、结构轻、造型美、成本低、使用多等突出特点，同时也存在桥型复杂、施工难度较大、临时结构费用较高、高空作业风险较大等不利的方面。

20世纪90年代以来国内因为系杆拱桥的吊杆骤然断裂引起整体结构破坏的事例已发生多起。而且，目前使用的吊杆寿命太短，一般仅为3~16年，很少有超过20年的，为当前桥梁设计寿命100年的1/5左右，所以，在全桥的设计寿命范围以内，吊杆要进行多次拆换，既严重影响交通，又带来一定的安全风险，经济浪费极大。

根据混凝土系杆拱桥常见的病害现象，有研究认为危及混凝土系杆拱桥安全性的结构缺陷是吊杆失效和拱肋缺陷。吊杆失效主要包括吊杆锚固失效、吊杆腐蚀断裂、短吊杆断裂。混凝土系杆拱桥倒塌破坏具有面内破坏和面外破坏两种典型的破坏形式。因拱肋缺陷而导致结构坍塌的破坏顺序是先肋后梁。

斜拉桥：斜拉桥又称斜张桥，是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。其可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁，使梁体内弯矩减小，降低建筑高度，减轻了结构重量，节省了材料。斜拉桥主要由索塔、主梁、斜拉索3种基本构件组成。它比梁式桥的跨越能力更大，是大跨度桥梁的最主要桥型。

双塔、多塔斜拉桥桥面以上索塔的高度与主跨跨径之比宜为1/4~1/6。独塔斜拉桥桥面以上索塔的高度与主跨跨径之比宜为1/2.7~1/3.7。

目前，世界上最大跨度的斜拉桥是在建的常泰过江通道跨越长江的主航道桥，是主跨1176米斜拉桥，将超越主跨1104米的俄罗斯岛大桥，刷新斜拉桥跨度的世界纪录。

索鞍：供悬索或拉索通过塔顶的支撑结构。索鞍的上座由肋形的铸钢块件组成，上设有弧形索槽，安放悬索或拉索。刚性桥塔的索鞍，一般要设辊轴装置，将传来的集中荷载分布在塔柱上，而摆柱式或柔性索鞍则直接将铸铁上座与塔柱用螺栓固定。索鞍分为：摆轴式主索鞍，见图3；辊轴式散索鞍，见图4。

周念先教授在90年代初期就提出过大跨径拱桥的发展途径，他认为在500米~1000米的超大跨径范围内，供比选的方案有悬索桥、斜拉桥和系杆拱桥。目前，系杆拱桥在结构体系和施工方法上都具备了更大的跨越能力。例如：上海黄浦江卢浦大桥（已建成），为下承式网状斜吊杆系杆拱桥，如图5所示，其主跨跨径已达到550米；广西平三桥特大桥，如图6所示，为中承式钢管混凝土拱桥，主桥跨径575米，净跨径548米， 2020年1月10日主拱肋实现高精度合拢，预计2020年年底全桥将实现通车，建成后将是世界最大跨径的拱桥，即“世界第一拱”；湖南湘潭莲城大桥（已建成），主桥三跨过江，采用120米+400米+120米的斜拉-飞燕式系杆钢管混凝土拱，为中国首座集拱、梁、索三种结构于一体的斜拉式钢管混凝土拱桥的组合桥梁，如图7所示。其在拱肋上设置钢锚箱锚固斜拉索是该桥成功解决的技术难题之一，值得学习借鉴。

连续梁桥：(continuous beam bridge)

两跨或两跨以上连续的梁桥，属于超静定体系。连续梁在恒活载作用下，产生的支点负弯矩对跨中正弯矩有卸载的作用，使内力状态比较均匀合理，因而梁高可以减小，由此可以增大桥下净空，节省材料，且刚度大，整体性好，超载能力大，安全度大，桥面伸缩缝少，并且因为跨中截面的弯矩减小，使得桥跨可以增大。

2006年建成的重庆石板坡长江大桥，如图8所示，是主跨330米的连续梁桥，目前位居世界上同类桥梁单跨长度第一。

连续梁系杆拱组合桥：吉林省敦化市宏大景观桥的主桥采用30.5米+196米+30.5米的连续梁系杆拱组合体系，如图9所示，主梁采用预应力混凝土箱梁。

钢箱系杆拱双层桥：成贵铁路宜宾金沙江公铁两用桥主桥为336米钢箱系杆拱，如图10所示。

施工技术：如今大跨径拱桥的施工以悬臂法（包括斜拉悬臂法、悬臂桁架法和自由悬臂法）为主，转体法（包括竖向转体、水平向转体和二者的结合）和支架法也有应用。将钢管混凝土拱作为劲性骨架是中国在拱桥施工方面的技术创新，中国跨径300米~445米的混凝土拱桥几乎都采用这一施工方法，其便捷性和经济性较为显著。

对于大跨径混凝土拱桥，中国以悬臂拼装法施工为主，国外以悬臂浇筑法施工为主，后者的经济性较差。

由拱和梁组成的钢或钢管混凝土系杆拱桥多采用先梁后拱法或先拱后梁法施工，随着施工机械设备能力的提升，采用整体架设法亦成为一种趋势，包括整体浮动、整体顶推、整体转体等。

连续箱梁桥施工分为有支架施工和无支架施工两种情况。有支架施工即采用满堂支架现浇法。无支架施工通常采用悬臂浇筑法，或悬臂拼装法，还有顶推法。而波形钢腹板预应力混凝土连续箱梁则采用新型异步施工法。

为了便于研究，将目前我国已经建成或正在建设的系杆拱桥、连续梁桥、斜拉桥的代表桥梁列于表1，将目前中国、马来西亚已经建成或正在建设的系杆拱组合体系代表桥梁列于表2。

表1我国系杆拱桥/连续梁桥/斜拉桥代表桥梁一览表

表2中国/马来西亚系杆拱组合体系代表桥梁一览表

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发明内容

本发明的目的是：结合系杆拱桥与斜拉桥共同的受力特点，设计一种自锚式斜拉系杆拱桥，它是新型梁、拱、索组合体系桥梁，旨在解决传统的系杆拱桥自身存在的因吊杆失效和拱肋缺陷而造成其结构坍塌的问题，让系杆拱桥重新焕发出新的生命力，进一步提升新型组合体系桥梁的跨越能力。

本发明的技术解决方案是：自锚式斜拉系杆拱桥，是一种通过斜拉索将主跨的系杆、边跨的连续梁与主跨的拱肋之间进行自锚的单肋拱、双肋拱或多肋拱与加劲梁组合，双肋拱之间、多肋拱之间通过横梁和风撑（亦可不设）横向刚性连接的斜拉梁拱组合体系的新型结构桥梁。

自锚式斜拉系杆拱桥的组成：包括主跨的系杆、边跨的连续梁、主跨的拱肋、梁拱之间的斜拉索、拱肋上的钢锚箱或索鞍、双肋拱之间或多肋拱之间的横梁与风撑（亦可不设）以及桥面系共8种基本构件。系杆为变截面连续梁的自锚式斜拉系杆拱桥如图11所示、系杆为等截面连续梁的自锚式斜拉系杆拱桥如图12所示。

自锚式斜拉系杆拱桥的总体布置：在考虑斜拉梁拱组合体系桥梁的总体布置时，按照3跨桥孔布设，除了满足一般的基本原则外，在不显著增加施工难度时，尽可能将主孔跨径L放大，边跨尽可能短，边跨以（0.2~0.5）L为宜；主跨与边跨的桥跨结构采取先主梁连续后主梁与拱肋协作组合的结构体系。

在主跨的系杆与拱肋之间，以主跨中心线对称布设左、右交叉的若干组斜拉索，并通过设置于拱肋上与斜拉索组数相对应的索鞍，将斜拉索转向且均布锚固在右侧或左侧的边跨主梁上。主跨的斜拉索采用以主跨中心线对称的向左或向右同向平行布索，同时形成左右交叉索的网状索面布置形式，而边跨的斜拉索则将主跨左侧或右侧的斜拉索穿过索鞍后采用斜扇形索的索面布置形式，将其均布锚固在右侧或左侧的边跨主梁上；或者在拱肋上设置钢锚箱替代索鞍，将斜拉索转向改为斜拉索锚固；少量靠近拱肋且无法越过拱顶再转向另一侧边跨的斜拉索则通过设置在拱肋上的钢锚箱直接锚固在拱肋的相应位置上。

采用3跨布置的自锚式斜拉系杆拱桥，边跨末端支座尽可能不出现拉力，为此，通过加长边跨跨径、增加梁体压重或加大边跨末端局部梁体体积进行配重予以解决；同时边跨还要求弯矩图以负弯矩为主，即使出现正弯矩，也只限于在活载作用下发生，而且正弯矩区域限制在较小的范围内，这样有利于配置梁体预应力束，基本上是直索。

这种组合结构体系是下承式，是多肋拱、双肋拱或单肋拱与加劲梁组合；多肋拱及双肋拱的加劲梁的截面形式类似于简支梁拱组合式桥梁布置；而单片拱肋必须配置有箱形加劲梁，以加劲梁强大的抗扭刚度抵消偏载影响。

自锚式斜拉系杆拱桥的拱轴线与矢跨比：它的拱轴线采用二次抛物线或悬链线或半圆线；其矢跨比在传统的圆拱桥的1/2与传统的系杆拱桥的1/5~1/7的矢跨比之间选取；小跨径景观桥梁宜取较大值，一般以1/2~1/4为宜；大中跨径桥梁宜取较小值，一般以1/4~1/6为宜。

自锚式斜拉系杆拱桥的系杆：选用刚性系杆，拱肋与系杆的两端固结；桥梁主跨拱肋下面的系杆采用单箱单室、或单箱双室的预应力混凝土、或波形钢腹板预应力混凝土、或钢结构的变截面或者等截面连续梁的加劲梁结构；根据桥面宽度的需要，设置单肋拱、或双肋拱、或多肋拱与预应力混凝土、或波形钢腹板预应力混凝土、或钢结构的连续梁的加劲梁组合，并通过在预应力混凝土、或波形钢腹板预应力混凝土、或钢结构的连续梁之间设置若干根钢筋混凝土、或预应力混凝土、或钢结构的横梁；双肋拱及多肋拱的加劲梁的截面形式类似于简支梁拱组合式桥梁布置；单片拱肋必须配置有箱形加劲梁，以加劲梁强大的抗扭刚度抵消偏载影响；主跨的刚性系杆与边跨的连续梁之间是连续的，并一起构成整体的连续梁结构。

自锚式斜拉系杆拱桥的边跨的连续梁：选用与刚性系杆相同的连续梁结构；桥梁边跨每跨斜拉索下面的连续梁采用与主跨的系杆的主梁一致的单箱单室、或单箱双室的预应力混凝土、或波形钢腹板预应力混凝土、或钢结构的变截面或者等截面的连续箱梁的加劲梁结构；边跨的连续梁与主跨的刚性系杆的主梁之间是对应连续的，并一起构成桥梁整体的连续梁结构；根据桥面宽度的需要，通过在预应力混凝土、或波形钢腹板预应力混凝土、或钢结构的连续梁之间设置若干根钢筋混凝土、或预应力混凝土、或钢结构的横梁；为了满足拱肋斜拉索平衡配重的需求，并使边跨末端支座尽可能不出现拉力，通过加长边跨跨径、增加边跨梁体压重或加大边跨末端梁体体积进行配重予以解决。

自锚式斜拉系杆拱桥的主跨的拱肋：选用刚性拱肋，刚性拱肋与刚性系杆的两端固结；拱肋的断面形式选择矩型、或工字型、或哑铃型、或FRP管混凝土拱（轻质高强，易于运输和安装，利于小跨径桥梁的应急和抢险）的等截面形式；或选择变截面形式，包括拱脚段为实体拱肋与拱顶段为空心拱肋的空实相结合的变截面；或者选择组合截面形式，如钢腹板或钢腹杆-混凝土组合拱（其截面的顶、底板为混凝土，腹板则为波形钢腹板，或平钢腹板，或钢腹杆；相比普通混凝土拱，其自重可减轻30%左右）；拱肋的材料采用钢筋混凝土、或钢管或钢箱混凝土、或钢管或钢箱高性能混凝土HPC（High Performance Concrete，HPC系指C60及以上，下同。）、或钢管或钢箱超高性能混凝土UHPC（Ultra-high PerformanceConcrete，UHPC系指具有极高的抗压强度、一定的抗拉强度和良好的耐久性的一种新技术混凝土，如UHPC强度为150MPa，下同。）；含有拱脚的第一节拱肋采用现场立模浇筑的方法施工，现浇混凝土、或高性能混凝土HPC、或超高性能混凝土UHPC；其余拱肋节段的施工采用爬（滑）模施工法逐段现浇混凝土、或高性能混凝土HPC、或超高性能混凝土UHPC；或采用挂篮悬拼法逐段悬拼预制钢管或钢箱结构的拱肋节段（含劲性骨架），待拱肋合拢后再向钢管或钢箱中压注混凝土、或高性能混凝土HPC、或超高性能混凝土UHPC（对劲性骨架则立模浇筑）；或采取前述二者现浇拱肋和预制悬拼拱肋相结合的方法施工。

自锚式斜拉系杆拱桥的斜拉索：选用柔性拉索，它是自锚式斜拉系杆拱桥的主要受力构件之一；采用斜拉桥常用的斜拉索，即镀锌高强钢丝拉索、镀锌钢绞线拉索、环氧喷涂钢绞线拉索、环氧钢丝拉索等，主要选用环氧喷涂钢绞线拉索和镀锌钢丝拉索；主跨的吊杆采用尼尔森体系斜拉索，边跨的斜拉索采用斜扇形索面布置；采用设置在主拱肋上的索鞍将斜拉索上端进行转向，通过鞍座的斜拉索的转角应大于90度且转角最小弯曲半径不宜小于20D（D为斜拉索的直径），即拉索弯曲半径不得小于20倍索径；或者采用钢锚箱形式将斜拉索的上端锚固在主拱肋上；斜拉索在主梁上的锚固方式则按照不同的斜拉索索体材料相应选用PEST系列冷铸墩头锚、夹片锚或OVM锚等锚固形式；将斜拉索的下端按照等距离分布的原则分别锚固在主跨的系杆上或者边跨的连续梁上；所有斜拉索的下端原则上吊拉在与横梁对应设置的箱梁内的横隔板或横隔梁和连续箱梁的交叉节点上；拱肋与边跨的连续梁之间的斜拉索不仅是施工过程中的临时拉索，通过整桥结构索力调整后更是桥梁结构的永久拉索，通过这些斜拉索使得拱与梁之间形成自锚。

自锚式斜拉系杆拱桥的索鞍或钢锚箱：索鞍采用摆轴式主索鞍或辊轴式散索鞍，根据布索设计将其设置在拱肋的相应位置上；钢锚箱采用湖南湘潭莲城大桥斜拉索拱上锚固技术，即采用钢锚箱形式将斜拉索的上端锚固在主拱肋上；斜拉索拱上锚固区是该结构桥梁的关键构造之一。

自锚式斜拉系杆拱桥的横梁：根据桥面宽度的需要，设置单肋拱、双肋拱或多肋拱与预应力混凝土、或波形钢腹板预应力混凝土、或钢结构的连续箱梁的加劲梁组合，通过在预应力混凝土、或波形钢腹板预应力混凝土、或钢结构的连续箱梁之间设置若干根钢筋混凝土、或预应力混凝土、或钢结构的横梁，以支撑桥面板；横梁与箱梁内的横隔板统筹考虑、对应设置；桥梁的宽度通过横梁的长度来调节，将桥梁做成单幅桥面、或双幅桥面、或多幅桥面。

当单肋拱的自锚式斜拉系杆拱桥的系杆采用预应力混凝土箱梁时，在单肋拱的自锚式斜拉系杆拱桥的墩顶横梁、端横梁和所有斜拉索所吊拉的箱梁内的横隔板或横隔梁的加宽侧预设搭接接头，在双肋拱或多肋拱的自锚式斜拉系杆拱桥的箱梁之间增设横梁，横梁预制安装并现浇湿接头或托架现浇，横梁与单肋拱的自锚式斜拉系杆拱桥的墩顶横梁、端横梁和所有斜拉索所吊拉的箱梁内的横隔板或横隔梁的之间增设钢筋混凝土横梁刚性连接，或采用预应力混凝土箱梁作为横梁刚性连接；其施工顺序与主梁箱梁的施工顺序一样，先实施与墩顶0号块箱梁所对应的横梁0号梁，后依次对应实施与1号（1’）、2号（2’）、3号（3’）块箱梁块件……所对应的横梁；采用预应力混凝土箱梁作为连接横梁时，在箱梁内的横隔板或横隔梁和增设的横梁内预设预应力管道，用以施加横向预应力；最后在横梁上现浇或拼装桥面板，现浇桥面调平层，其施工顺序参照横梁的施工顺序；当单肋拱的自锚式斜拉系杆拱桥的箱梁采用钢箱梁时，在双肋拱或多肋拱的自锚式斜拉系杆拱桥的钢箱梁之间增设钢横梁，钢箱梁与钢横梁之间采用栓焊连接。

自锚式斜拉系杆拱桥的风撑：双拱肋之间、多拱肋之间设置横向风撑进行横向刚性连接；小型桥梁横向设置一字形风撑，大中型桥梁在拱顶横向设置H形风撑和以拱顶为中心对称设置若干组K形风撑或米字形风撑。或根据需要选择不设置横向风撑。

自锚式斜拉系杆拱桥的桥面系：选用桥面格子梁作为桥面受力结构体系，再加上桥面板及桥面防水排水设施和桥面铺装，共同组成桥面系统；主桥桥梁伸缩缝设置在边跨的末端，并根据主跨和边跨的总长设计选型；现浇桥面调平层采用10厘米-20厘米厚的现浇混凝土，将双肋拱或多肋拱的自锚式斜拉系杆拱桥之间做成的单幅桥面或双幅桥面分别调成单幅双向2%的横坡或双幅的两个半幅单向2%横坡，以消除桥梁施工之高程误差和利于桥面横向排水。

自锚式斜拉系杆拱桥的桥梁支座：根据中华人民共和国交通行业标准《公路桥梁盆式橡胶支座》（JT391-1999 ），双肋拱3跨自锚式斜拉系杆拱桥，设置4组盆式支座，即每个桥墩顶面设置2个盆式支座；桥梁主跨8’号墩顶的一侧设置1个固定支座GPZ-GD（公盆支-固定），其另一侧设置1个横桥向活动的单向活动支座GPZ-DX（公盆支-单向）；桥梁主跨8号墩顶的一侧设置1个纵桥向活动的单向活动支座GPZ-DX（公盆支-单向），其另一侧设置1个横桥向和纵桥向活动的双向活动支座GPZ-SX（公盆支-双向）；桥梁边跨9号、9’号墩顶的一侧各设置1个纵桥向活动的单向活动支座GPZ-DX（公盆支-单向），其另一侧各设置1个横桥向和纵桥向活动的双向活动支座GPZ-SX（公盆支-双向）；桥梁的支座设计承载力、适用温度根据桥梁的实际情况设计选定。

自锚式斜拉系杆拱桥的其他附属设施：根据桥梁亮化需要，在拱、梁、索上布设照明灯具和霓虹灯；按照有关规定，大型的自锚式斜拉系杆拱桥的桥梁应该设置避雷针等防雷设施。

总之，本发明的自锚式斜拉系杆拱桥是一种主跨为下承式的、刚性拱肋刚性系杆的、尼尔森体系柔性拉索的、主跨与边跨为3跨连续的、边跨的连续梁与拱肋之间斜拉自锚的单肋拱、双肋拱或多肋拱与加劲梁组合的梁、拱、索组合体系的新型结构桥梁；并且双肋拱之间、多肋拱之间通过横梁和风撑横向刚性连接，或根据需要不设风撑。

自锚式斜拉系杆拱桥的结构受力分析：该桥梁结构是一种集梁、拱与索的优点于一身的创新桥型，它通过斜拉索将梁与拱两种基本结构形式组合在一起，共同承受荷载，充分发挥梁受弯、拱受压、索受拉的结构性能和组合作用；其结构体系为拱梁固结、拱墩分离、主梁连续、斜拉自锚、横向刚接的组合体系。

斜拉索协助主跨的拱肋、系杆和边跨的连续梁共同受力，起到调整拱肋轴线、提高边跨的连续梁结构刚度以及减少拱肋弯矩和水平推力的作用；拱肋与主跨的系杆、边跨的连续梁之间用斜拉索的下端在梁上锚固，而在拱肋上则通过滑动或摆动或滚动转向、或者在拱肋上进行锚固的斜拉索形成连结自锚，从而达到协同受力；斜拉索为主跨的系杆、边跨的连续梁提供弹性约束，桥跨结构的重量和桥上绝大部分或全部活载都通过斜拉索传递到拱肋上；主跨用网状斜拉索柔性吊杆代替传统的垂直吊杆而使其成为尼尔森体系，更利于消除动荷载对主跨的冲击和振动作用的不利影响。

主跨的系杆与边跨的连续梁采取先主梁连续后主梁与拱肋协作组合的结构体系；设置连续的梁体结构，能够有效地克服主跨梁段梁端弯矩造成的转角较大的问题，提高主跨梁段的跨越能力；拱端的水平推力用系杆承受，同时通过斜拉索的水平分力来平衡之，使拱端支座、边跨外端支座不产生水平推力而只有垂直压力；主跨和边跨所承受的全部荷载通过桥梁支座传递给桥梁的下部桥墩或桥台结构。

该组合结构体系，可以看作是由3跨双塔式的斜拉桥的两个主塔变形为一个主拱肋而演变来的新的结构体系，但其总体高度低于同等跨径斜拉桥的主塔高度，从而降低了施工难度；这种自锚式斜拉系杆拱桥内部为超静定体系，外部则为静定，它兼有拱桥的较大跨越能力和梁桥对地基适应能力强的两大特点，因此对墩台不均匀沉降无影响；该结构体系属于无水平推力的梁、拱、索组合体系。

自锚式斜拉系杆拱桥的设计：该桥结构内部为超静定体系，外部则为静定，在其设计过程中，一般是先采用综合程序进行总体计算分析，通过索力调整使系杆、或连续梁与拱肋线形、或内力达到最优或较优，然后根据选定的索力对系杆、或连续梁与拱肋进行设计。

以双肋拱的自锚式斜拉系杆拱桥为例：采用主跨两个带有拱肋的箱梁连续边跨的双箱梁，且在两个连续箱梁之间加横梁的组合体系，从而形成整体式断面，构成“两个带拱肋的箱梁连续边跨的双箱梁+中虚拟纵梁（桥面板）+横梁”的空间梁格模式。

建立尼尔森体系空间有限元计算模型，采用MIDAS/Civil程序对其内力和变形等进行结构计算。

斜拉索与主跨的系杆、边跨的连续梁之间的竖向受力分配比例参照矮塔斜拉桥的索与梁的最大比例为3：7来考虑，即假定斜拉索的竖向荷载承担率不超过30%，或斜拉索在活载作用下的应力变化幅度不超过50MPa。

双肋拱或多肋拱的自锚式斜拉系杆拱桥之间采用横向刚性连接进行拼接后，单肋拱的自锚式斜拉系杆拱桥结构转换为双肋拱或多肋拱的自锚式斜拉系杆拱桥结构，双肋拱或多肋拱的自锚式斜拉系杆拱桥之间的系杆即主梁，由空间双悬臂结构受力体系转变成了空间梁格结构受力体系，根据受力体系转换前后的主梁受力状态及其受力大小，拟定主梁各部位尺寸并对其进行配筋设计和验算。

拱肋设计时，应留出斜拉索及其索鞍或钢锚箱的相应空间和位置。

边跨的连续梁的跨径大小根据斜拉拱肋平衡配重的需要，综合考虑施工阶段、运营阶段等不同工况，并在桥梁总体设计时合理选择确定。

自锚式斜拉系杆拱桥的施工：采用“悬臂现浇或预制悬拼连续梁+悬臂现浇或预制悬拼拱肋+对称平衡张拉斜拉索”的三步施工法，即“先梁后拱再拉施工法”，亦称梁拱同步悬臂平衡作业法，简称梁拱悬作法。

梁拱悬作法：首先，主梁采用挂篮现浇或悬拼施工法进行主跨的系杆和边跨的连续梁施工，直至完成整个连续梁合拢；其次，拱肋采取挂篮悬浇或悬拼施工法在连续梁上完成主跨拱肋的现场浇筑或预制拼装施工，直至完成整个拱肋合拢；再之，及时采用预应力后张法对称平衡地完成边跨的连续梁与拱肋之间的斜拉索和主跨的系杆与拱肋之间的斜拉索的张拉及其索力调整。

无论自锚式斜拉系杆拱桥的系杆是采用等截面连续梁还是变截面连续梁，均采用“同步逐段悬臂现浇梁拱施工法”或“同步逐段悬臂拼装梁拱施工法”。

同步逐段悬臂现浇梁拱施工法：首先，在主墩顶立模现浇完成自锚式斜拉系杆拱桥的0号块、0’号块梁体；其次，采用挂篮悬臂现浇施工法逐段进行主跨和边跨的连续梁施工；再之，紧跟连续梁施工之后，采用挂篮悬臂现浇施工法在连续梁0号块、0’号块梁体上逐段立模(爬模或滑模)现浇主跨的拱肋节段施工；在前述施工过程中同步采用预应力后张法及时平衡地逐根进行边跨的连续梁与拱肋之间的斜拉索和主跨的系杆与拱肋之间的斜拉索的施工首次张拉，使得支撑在桥墩上的连续梁两端节段悬浇施工、拱肋悬浇施工始终处于平衡推进作业状态，直至先完成连续梁合拢，再完成拱肋合拢；最后，完成桥面系工作及全部斜拉索的索力调整。

同步逐段悬臂拼装梁拱施工法：首先，在主墩顶立模现浇完成自锚式斜拉系杆拱桥的0号块、0’号块梁体；其次，采用挂篮悬臂拼装施工法逐段进行主跨和边跨的连续梁施工；再之，紧跟连续梁施工之后，采用挂篮悬臂拼装施工法在连续梁0号块、0’号块梁体上逐段拼装主跨的拱肋节段施工；在前述施工过程中同步采用预应力后张法及时平衡地逐根进行边跨的连续梁与拱肋之间的斜拉索和主跨的系杆与拱肋之间的斜拉索的施工首次张拉，使得支撑在主墩上的连续梁两端节段悬拼施工、拱肋悬拼施工始终处于平衡推进作业状态，直至先完成连续梁合拢，再完成拱肋合拢；最后，完成桥面系工作及全部斜拉索的索力调整。

上述两种施工方法亦可综合使用，例如：连续梁采用悬浇施工、拱肋则用悬拼施工；或者连续梁采用悬拼施工，拱肋则用悬浇施工；或者连续梁与拱肋施工都用悬浇施工；或者连续梁与拱肋施工都用悬拼施工。

针对自锚式斜拉系杆拱桥的3种不同的工况，上述这种“梁拱悬作施工法”具体应用则有如下三种不同的施工方法：

工况1应用施工方法一，即无支架无悬索非对称悬臂平衡作业施工法：当自锚式斜拉系杆拱桥的系杆采用变截面连续梁时，采用梁拱同步悬臂作业法，按照“第一步，按照常规施工方法先完成主跨和边跨的桥墩8、9、8’和9’；第二步，采用梁拱同步悬臂作业法在主墩上进行主梁1、2和拱肋3的平衡悬臂施工；第三步，完成边跨主梁合拢段11、11’并张拉斜拉索4；第四步，完成主跨系杆1的合拢段施工；第五步，完成除合拢段以外的拱肋3所有节段的悬臂作业；第六步：完成拱肋3合拢、桥面系6，并完成全部斜拉索的索力调整”逐步实施；该法需要在主梁0号、0’号梁体块件下面设置临时支撑（图13中未示出），并结合拱肋节段的悬臂作业荷载，考虑对边跨主梁块件要大于主跨主梁块件的不对称梁体块件的平衡设计，以确保整个梁拱同步悬臂作业时的施工过程中达到结构施工平衡推进、安全稳定；该法适用于建设大中型跨径桥梁，特别是主跨有通航需求的桥梁；其主要优点是避免深水支架施工、节省主梁满堂支架的临时工程费用、做到边施工边通航。

工况2应用施工方法二，即满堂支架先梁后拱再拉施工法：当自锚式斜拉系杆拱桥的系杆采用等截面连续梁时，采用“主跨和边跨满堂支架施工法”加上“先梁后拱再拉施工法”，按照“第一步，采用满堂支架施工法逐段现浇主跨系杆1和边跨主梁2，直至先后完成边跨合拢段11、11’和主跨合拢段10；第二步，在主跨和边跨的主梁上逐段悬浇或悬拼拱肋节段；第三步，完成除合拢段以外的拱肋3所有节段的悬臂作业；第四步：完成拱肋3合拢、桥面系6，并完成全部斜拉索的索力调整”逐步实施；该法适用于建设浅滩浅水中的中小型跨径桥梁，特别是梁底至河床高差较小的桥梁；其显著优点是有支架施工安全稳定性高，其缺点是满堂支架的临时工程费用占比高、工作量大而工期长、桥下中断通航。

工况3应用施工方法三，即部分支架（边跨有支架）先梁后拱再拉施工法：当自锚式斜拉系杆拱桥的系杆不论是采用变截面连续梁，还是采用等截面连续梁时，采用“边跨满堂支架施工法”加上“先梁后拱再拉施工法”，按照“第一步，按照常规施工方法先完成主跨和边跨的桥墩8、9、8’和9’；第二步，采用满堂支架法完成主墩顶部的0、0’号梁块和主跨的1、1’号梁块及边跨2的主梁；第三步，完成主跨主梁除合拢段的所有梁块悬浇或悬拼施工，同步进行拱肋3的悬浇或悬拼施工；第四步，完成主跨系杆的主梁1的合拢段施工；第五步，完成除合拢段以外的拱肋3所有节段的悬臂作业；第六步：完成拱肋3合拢、桥面系6，并完成全部斜拉索的索力调整”逐步实施；该法适用于建设边跨处于浅滩浅水中而主跨处于水深且宽的大中型跨径桥梁；当以合理的边跨跨径配置主跨时，该法特别适用于主跨有通航需求的大跨径桥梁；其突出特点是边跨有支架施工安全稳定性高，主跨悬臂施工不中断桥下通航；其缺点是满堂支架的临时工程的费用占有一定的比例、致使工期有所加长。

自锚式斜拉系杆拱桥的养护：综合采用系杆拱桥、连续梁桥、斜拉桥的有关养护技术规范和规程进行养护。尼尔森体系的斜拉索斜吊杆比传统的系杆拱垂直吊杆更易于换索更换养护。

本发明的创新优点如下：

1、桥身刚度大，跨越能力大。由于桥梁主跨采用刚性系杆和刚性拱肋，并通过尼尔森体系（斜吊杆替代垂直吊杆）斜拉索将二者有机地联系起来共同受力，增大了桥型本身的整体结构刚度，使得这种新型桥梁的跨越能力增大，能够进一步提升梁、拱、索组合体系桥型在大跨径桥梁的跨度竞争力。

2、耐受强冲（击）振（动），承载能力大。尼尔森体系拱桥是活载挠度较小的结构，能够较好地解决比较强烈的冲击振动带来的结构刚度和动力问题，因此，这种新型桥梁具有较大的承受超载和偏载的能力，能够有效地解决传统系杆拱桥的垂直吊杆断裂而造成的桥梁坍塌问题。

3、梁拱悬作法，施工方法新。利用斜拉索将主跨的系杆和边跨的连续梁分别与拱肋适时连接张拉，使得拱肋可以分段悬臂现浇或拼装施工，与主跨的系杆和边跨的连续梁同步进行悬浇或悬拼作业，即梁拱同步悬臂作业法，简称梁拱同步悬作法，创新了一种组合体系的大跨径系杆拱桥无支架无悬索的施工新方法。

4、临时工程少，建设成本低。创新使用梁拱同步悬作法，而无需采用架设主塔和悬索或者搭设支架等临时工程来进行拱肋悬浇或悬拼施工，大大地减少了实施临时工程的工量程，缩短了施工工期，降低了工程成本，从而节约了工程投资。

5、梁拱自平衡，安全无风险。整个施工过程中，从以0号或0’号梁体块件为中心对称平衡地悬浇或悬拼连续梁施工，直到其完成合拢，再到利用斜拉索将主跨的系杆和边跨的连续梁分别与拱肋适时连接张拉，使得拱肋可以分段悬臂现浇或拼装施工，与主跨的系杆和边跨的连续梁同步进行悬浇或悬拼作业，主跨的系杆和边跨的连续梁及拱肋都始终处于一种整体平衡施工状态，梁拱施工安全又稳定，施工安全无风险。

6、梁拱索组合，桥型外观美。采用变截面连续梁曲拱的主跨加边跨的3跨桥梁中间托起抛物线型或悬链线型或圆曲线型的主拱肋，加上拱肋两侧对称配置的刚劲有力的斜拉索，更有拱肋下面交织有序却通透神奇的拉索网，营造出梁拱索组合体系新型桥梁的魅力外观。当夜幕降临时，设置在梁拱索上面的霓虹灯，将勾画出的桥型倒映在荡漾的碧波水面上，幻映出迷人的光彩。

7、适用性较强，应用范围广。自锚式斜拉系杆拱桥是外部静定结构，兼有拱桥的较大跨越能力和梁桥对地基适应能力强的两大特点，因此，适用范围较广。当桥面高程受到严格限制而桥下又要求保证较大的净空，或当墩台基础地质条件不良易发生沉降，但又要保证较大跨径时，这种自锚式无推力拱式组合体系桥梁是比较优越的首选桥型。当自锚式斜拉系杆拱桥的系杆采用等截面连续梁时，由于其具有主梁建筑高度低的突出特点，能够降低桥面高程，减小桥头接线纵坡，特别适用于城市或乡镇的桥梁。总之，自锚式斜拉系杆拱桥可以广泛地应用于我国的公路、铁路、城市和乡村等桥梁建设，特别适用于功能性景观桥梁和大跨径桥梁建设。

附图说明

图1是现有系杆拱桥示意图；

图2是现有连续梁拱组合式桥梁与单悬臂组合式桥梁；

图3是现有摆轴式主索鞍；

图4是现有辊轴式散索鞍；

图5是上海黄浦江卢浦大桥；

图6是广西平南三桥特大桥；

图7是湖南湘潭莲城大桥；

图8是重庆石板坡长江大桥；

图9是吉林省敦化市宏大景观桥；

图10是成贵铁路宜宾金沙江公铁两用桥主桥336米钢箱系杆拱桥；

图11是本发明的系杆为变截面连续梁的自锚式斜拉系杆拱桥示意图；

图12是本发明的系杆为等截面连续梁的自锚式斜拉系杆拱桥示意图；

图13是本发明的施工方法一无支架无悬索的非对称悬臂平衡作业施工法示意图；

图14是本发明的施工方法二满堂支架先梁后拱再拉施工法示意图；

图15是本发明的施工方法部分支架（边跨有支架）先梁后拱再拉施工法示意图；

图中：1、主跨系杆，2、边跨连续梁，3、拱肋，4、斜拉索，5、钢锚箱或索鞍，6、桥面系，7、支座，8、桥墩8 和8’，9、桥墩9和9’，10、主跨合拢段，11、边跨合拢段11和11’。

具体实施方式

下面结合图11、图12和图13、图14、图15对本发明的技术方案作进一步详细说明，但不能理解为是对技术方案的限制。

实施例1 ：如图11所示，是系杆为变截面连续梁的自锚式斜拉系杆拱桥，根据图13的步骤施工如下：

第一步，按照常规的施工方法完成桥墩8、桥墩9、桥墩8’和桥墩9’；

第二步，分别在桥墩8、桥墩8’和桥墩9、桥墩9’的墩帽上安装支座7，立模现浇完成主跨系杆的0号块、0’号块梁体块件；

第三步，采用挂篮悬臂现浇法或挂篮悬臂拼装法逐段依序进行主跨系杆1和边跨连续梁2的1号块和1’号块、2号块和2’号块……等其他梁体块件的施工，直至先后完成边跨连续梁2的合拢段11、11’和主跨系杆1的合拢段10，将主跨和边跨连续梁合拢连接成整体，实现桥梁第一次结构受力体系的转换；

第四步，同步采用挂篮悬臂现浇法或挂篮悬臂拼装法分别在0号块、0’号块和1号块及1’号块的梁体块件上进行主跨拱肋3的首段拱肋现浇施工及拱肋其他块件的现浇或拼装施工，直至完成拱肋3合拢；现浇拱肋采用向上爬动或滑动模板法配合泵送混凝土施工；预制悬拼拱肋施工采用在已经现浇或拼装完成的拱肋上设置挂篮吊机进行逐段悬吊和悬拼预制的拱肋节段，同时在第1节、第2节拱肋下设置临时支架（图13中未标示）；

第五步，在拱肋上完成全部钢锚箱或索鞍5的定位与安装；

第六步，整个施工过程中同步采用预应力后张法，依序及时地完成主跨系杆1、边跨连续梁2与拱肋3之间的斜拉索4的平衡布设和张拉；根据施工需要也可以增设一些临时性的辅助缆索；

第七步，完成桥面系6主体工程施工及全部斜拉索4的索力调整；

第八步，拆除在第1节和第2节拱肋下设置的临时支架、其他临时性的辅助缆索，并完成桥面系的剩余工程。

实施例2 ：如图12所示，是系杆为等截面连续梁的自锚式斜拉系杆拱桥，根据图14的步骤施工如下：

第一步，按照常规的施工方法完成桥墩8、桥墩9和桥墩8’、桥墩9’；

第二步，采用满堂支架施工法完成主跨系杆1、边跨连续梁2的现浇梁体的施工支架的临时工程(图14中未标示)；

第三步，在满堂支架上逐段现浇主跨系杆1和边跨主梁2，直至先后完成整个连续梁的边跨合拢、中跨合拢；

第四步，在主跨和边跨的主梁上逐段悬浇或悬拼拱肋节段；根据施工需要也可以增设一些临时性的辅助缆索；

第五步，完成除合拢段以外的拱肋3所有节段的悬臂作业；

第六步：完成拱肋3合拢、桥面系6，并完成全部斜拉索的索力调整。

第七步，拆除在第1节和第2节拱肋下设置的临时支架、其他临时性的辅助缆索，并完成桥面系6的剩余工程；

第八步，拆除用于主跨系杆1、边跨连续梁2的现浇梁体施工用的满堂支架临时工程。

实施例3 ： 如图12所示，是系杆为等截面连续梁的自锚式斜拉系杆拱桥，根据图15的步骤施工如下：

第一步，按照常规的施工方法完成桥墩8、桥墩9和桥墩8’、桥墩9’；

第二步，采用满堂支架法完成主墩顶部的0、0’号梁块和主跨的1、1’号梁块及边跨2的主梁；

第三步，完成主跨主梁除合拢段的所有梁块悬浇或悬拼施工，同步进行拱肋3的悬浇或悬拼施工；根据施工需要也可以增设一些临时性的辅助缆索；

第四步，完成主跨系杆的主梁1的合拢段施工；

第五步，完成除合拢段以外的拱肋3所有节段的悬臂作业；

第六步：完成拱肋3合拢、桥面系6，并完成全部斜拉索4的索力调整。

第七步，完成桥面系6主体工程施工及全部斜拉索4的索力调整；

第八步，拆除在第1节和第2节拱肋下设置的临时支架、其他临时性的辅助缆索，完成桥面系6的剩余工程；拆除主墩顶部的0号块、0’号块梁体块件的施工支架和边跨连续梁2的现浇梁体的全部施工支架的临时工程(图15中未标示)。

Claims (15)

1.自锚式斜拉系杆拱桥，其特征是：它是一种通过斜拉索将主跨的系杆、边跨的连续梁与主跨的拱肋之间进行自锚的单肋拱、双肋拱或多肋拱与加劲梁组合的梁、拱、索组合体系的新型结构桥梁；并且双肋拱、多肋拱之间通过横梁和风撑横向刚性连接，或根据需要不设风撑；其结构体系为拱梁固结、拱墩分离、主梁连续、斜拉自锚、横向刚接的组合体系；其组成包括主跨的系杆、边跨的连续梁、主跨的拱肋、梁拱之间的斜拉索、拱肋上的钢锚箱或索鞍、双肋拱之间或多肋拱之间的横梁与风撑、以及桥面系共8种基本构件。

2.根据权利要求1所述的自锚式斜拉系杆拱桥，其特征是所述自锚式斜拉系杆拱桥的总体布置：按照3跨桥孔布设，尽可能将主孔跨径L放大，边跨尽可能短，边跨以（0.2~0.5）L为宜；主跨与边跨的桥跨结构采取先主梁连续后主梁与拱肋协作组合的结构体系；拱肋的拱轴线采用二次抛物线或悬链线或半圆线，其矢跨比在传统的圆拱桥的1/2与传统的系杆拱桥的1/5~1/7的矢跨比之间选取；小跨径景观桥梁宜取较大值，一般以1/2~1/4为宜；大中跨径桥梁宜取较小值，一般以1/4~1/6为宜；在主跨的系杆与拱肋之间，以主跨中心线对称布设左、右交叉的若干组斜拉索，并通过设置于拱肋上与斜拉索组数相对应的索鞍，将斜拉索转向且均布锚固在右侧或左侧的边跨主梁上；主跨的斜拉索采用以主跨中心线对称的向左或向右同向平行布索，同时形成左右交叉索的网状索面布置形式，而边跨的斜拉索则将主跨左侧或右侧的斜拉索穿过索鞍后采用斜扇形索的索面布置形式，将其均布锚固在右侧或左侧的边跨主梁上；或者在拱肋上设置钢锚箱替代索鞍，将斜拉索转向改为斜拉索锚固；少量靠近拱肋且无法越过拱顶再转向另一侧边跨的斜拉索则通过设置在拱肋上的钢锚箱直接锚固在拱肋的相应位置上。

3.根据权利要求1所述的自锚式斜拉系杆拱桥，其特征是所述自锚式斜拉系杆拱桥的主跨的系杆：选用刚性系杆，拱肋与系杆的两端固结；桥梁主跨拱肋下面的系杆采用单箱单室、或单箱双室的预应力混凝土、或波形钢腹板预应力混凝土、或钢结构的变截面或者等截面连续箱梁的加劲梁结构；根据桥面宽度的需要，设置单肋拱、双肋拱或多肋拱与预应力混凝土、或波形钢腹板预应力混凝土、或钢结构的连续箱梁的加劲梁组合，并通过在预应力混凝土、或波形钢腹板预应力混凝土、或钢结构的连续箱梁之间设置若干根钢筋混凝土、或预应力混凝土、或钢结构的横梁；双肋拱及多肋拱的加劲梁的截面形式类似于简支梁拱组合式桥梁布置；单片拱肋必须配置有箱形加劲梁，以加劲梁强大的抗扭刚度抵消偏载影响；主跨的刚性系杆与边跨的连续梁之间是连续的，并一起构成整体的连续梁结构。

4.根据权利要求1所述的自锚式斜拉系杆拱桥，其特征是所述自锚式斜拉系杆拱桥的主跨的拱肋：选用刚性拱肋，刚性拱肋与刚性系杆的两端固结；拱肋的断面形式选择矩型、或工字型、或哑铃型、或等截面形式，如FRP管混凝土拱；或选择变截面形式，包括拱脚段为实体拱肋与拱顶段为空心拱肋的空实相结合的变截面；或者选择组合截面形式，如钢腹板或钢腹杆-混凝土组合拱；拱肋的材料采用钢筋混凝土、钢管或钢箱混凝土、钢管或钢箱高性能混凝土HPC、钢管或钢箱超高性能混凝土UHPC；含有拱脚的第一节拱肋采用现场立模浇筑的方法施工，现浇混凝土、或高性能混凝土HPC、或超高性能混凝土UHPC；其余拱肋节段的施工采用爬滑模施工法逐段现浇混凝土、或高性能混凝土HPC、或超高性能混凝土UHPC；或采用挂篮悬拼法逐段悬拼预制钢管、或钢箱结构的拱肋节段，待拱肋合拢后再向钢管或钢箱中压注混凝土、或高性能混凝土HPC、或超高性能混凝土UHPC；或采取前述二者现浇拱肋和预制悬拼拱肋相结合的方法施工。

5.根据权利要求1所述的自锚式斜拉系杆拱桥，其特征是所述自锚式斜拉系杆拱桥的边跨的连续梁：边跨选用与刚性系杆相同的连续梁结构；桥梁边跨的连续梁采用与主跨的系杆的主梁结构一致的单箱单室、或单箱双室的预应力混凝土、或波形钢腹板预应力混凝土、或钢结构的变截面或者等截面的连续箱梁的加劲梁结构；边跨的连续梁与主跨的刚性系杆之间是对应连续的，并一起构成桥梁整体的连续梁结构；根据桥面宽度的需要，通过在预应力混凝土、或波形钢腹板预应力混凝土、或钢结构的连续箱梁之间设置若干根钢筋混凝土、或预应力混凝土、或钢结构的横梁；为了满足拱肋斜拉索平衡配重的需求，并使边跨末端支座尽可能不出现拉力，通过加长边跨跨径、增加边跨梁体压重或加大边跨末端梁体体积进行配重予以解决。

6.根据权利要求1所述的自锚式斜拉系杆拱桥，其特征是所述自锚式斜拉系杆拱桥的斜拉索：选用柔性拉索，它是自锚式斜拉系杆拱桥的主要受力构件之一，采用镀锌高强钢丝拉索、镀锌钢绞线拉索、环氧喷涂钢绞线拉索、环氧钢丝拉索；主跨的吊杆采用尼尔森体系斜拉索，边跨的斜拉索采用斜扇形索面布置；采用设置在主拱肋上的索鞍将斜拉索上端进行转向，通过鞍座的斜拉索的转角应大于90度且转角最小弯曲半径不宜小于20D（D为斜拉索的直径），即拉索弯曲半径不得小于20倍索径；斜拉索在主梁上的锚固方式则按照不同的斜拉索索体材料相应选用PEST系列冷铸墩头锚、夹片锚或OVM锚等锚固形式；将斜拉索的下端按照等距离分布的原则分别锚固在主跨的系杆上或者边跨的连续梁上；所有斜拉索的下端原则上吊拉在与横梁对应设置的箱梁内的横隔板或横隔梁和连续箱梁的交叉节点上；拱肋与边跨的连续梁之间的斜拉索不仅是施工过程中的临时拉索，通过整桥结构索力调整后更是桥梁结构的永久拉索，通过这些斜拉索使得拱与梁之间形成自锚。

7.根据权利要求1所述的自锚式斜拉系杆拱桥，其特征是所述自锚式斜拉系杆拱桥的索鞍或钢锚箱：索鞍采用摆轴式主索鞍或辊轴式散索鞍，根据布索设计将其设置在拱肋的相应位置上；采用钢锚箱形式将斜拉索的上端锚固在主拱肋上。

8.根据权利要求1所述的自锚式斜拉系杆拱桥，其特征是所述自锚式斜拉系杆拱桥的横梁：根据桥面宽度的需要，设置单肋拱、双肋拱或多肋拱与预应力混凝土、或波形钢腹板预应力混凝土、或钢结构的连续箱梁的加劲梁组合，通过在预应力钢筋混凝土、或波形钢腹板预应力混凝土、或钢结构的连续箱梁之间设置若干根钢筋混凝土、或预应力混凝土、或钢结构的横梁，以支撑桥面板；横梁与箱梁内的横隔板统筹考虑、对应设置；桥梁的宽度通过横梁的长度来调节，将桥梁做成单幅桥面、或双幅桥面、或多幅桥面；

当单肋拱的自锚式斜拉系杆拱桥的系杆采用预应力混凝土箱梁时，在单肋拱的自锚式斜拉系杆拱桥的墩顶横梁、端横梁和所有斜拉索所吊拉的箱梁内的横隔板或横隔梁的加宽侧预设搭接接头，在双肋拱或多肋拱的自锚式斜拉系杆拱桥的箱梁之间增设横梁，横梁预制安装并现浇湿接头或托架现浇，横梁与单肋拱的自锚式斜拉系杆拱桥的墩顶横梁、端横梁和所有斜拉索所吊拉的箱梁内的横隔板或横隔梁的之间增设钢筋混凝土横梁刚性连接，或采用预应力混凝土箱梁作为横梁刚性连接；其施工顺序与主梁箱梁的施工顺序一样，先实施与墩顶0号块箱梁所对应的横梁0号梁，后依次对应实施与1号（1’）、2号（2’）、3号（3’）块箱梁块件……所对应的横梁；采用预应力混凝土箱梁作为连接横梁时，在箱梁内的横隔板或横隔梁和增设的横梁内预设预应力管道，用以施加横向预应力；最后在横梁上现浇或拼装桥面板，现浇桥面调平层，其施工顺序参照横梁的施工顺序；当单肋拱的自锚式斜拉系杆拱桥的箱梁采用钢箱梁时，在双肋拱或多肋拱的自锚式斜拉系杆拱桥的钢箱梁之间增设钢横梁，钢箱梁与钢横梁之间采用栓焊连接。

9.根据权利要求1所述的自锚式斜拉系杆拱桥，其特征是所述自锚式斜拉系杆拱桥的设计：该桥结构内部为超静定体系，外部则为静定，在其设计过程中，先采用综合程序进行总体计算分析，通过索力调整使系杆、或连续梁与拱肋线形、或内力达到最优或较优，然后根据选定的索力对系杆、或连续梁与拱肋进行设计；以双肋拱的自锚式斜拉系杆拱桥为例：采用主跨两个带有拱肋的箱梁连续边跨的双箱梁，且在两个连续箱梁之间加横梁的组合体系，从而形成整体式断面，构成“两个带拱肋的箱梁连续边跨的双箱梁+中虚拟纵梁（桥面板）+横梁”的空间梁格模式；建立尼尔森体系空间有限元计算模型，采用MIDAS/Civil程序对其内力和变形等进行结构计算；斜拉索与主跨的系杆、边跨的连续梁之间的竖向受力分配比例参照矮塔斜拉桥的索与梁的最大比例为3：7来考虑，即假定斜拉索的竖向荷载承担率不超过30%，或斜拉索在活载作用下的应力变化幅度不超过50MPa；双肋拱或多肋拱的自锚式斜拉系杆拱桥之间采用横向刚性连接进行拼接后，单肋拱的自锚式斜拉系杆拱桥结构转换为双肋拱或多肋拱的自锚式斜拉系杆拱桥结构，双肋拱或多肋拱的自锚式斜拉系杆拱桥之间的系梁即主梁，由空间双悬臂结构受力体系转变成了空间梁格结构受力体系，根据受力体系转换前后的主梁受力状态及其受力大小，拟定主梁各部位尺寸并对其进行配筋设计和验算；拱肋设计时，还应留出斜拉索及其索鞍或钢锚箱的相应空间和位置；边跨的连续梁的跨径大小根据斜拉拱肋平衡配重的需要，综合考虑施工阶段、运营阶段等不同工况，并在桥梁总体设计时合理选择确定；同时边跨还要求弯矩图以负弯矩为主，即使出现正弯矩，也只限于在活载作用下发生，而且正弯矩区域限制在较小的范围内，这样有利于配置梁体预应力束，基本上是直索。

10.根据权利要求1所述的自锚式斜拉系杆拱桥，其特征是所述自锚式斜拉系杆拱桥的施工：采用“悬臂现浇或预制悬拼连续梁+悬臂现浇或预制悬拼拱肋+对称平衡张拉斜拉索”的三步施工法，即“先梁后拱再拉施工法”，亦称梁拱同步悬臂平衡作业法，简称梁拱同步悬作法；具体为：首先，主梁采用挂篮现浇或悬拼法进行主跨的系杆和边跨的连续梁施工，直至完成整个连续梁合拢；其次，拱肋采取挂篮悬浇或悬拼施工法在连续梁上完成主跨拱肋的现场浇筑或预制拼装施工，直至完成整个拱肋合拢；再之，及时采用预应力后张法对称平衡地完成边跨的连续梁与拱肋之间的斜拉索和主跨的系杆与拱肋之间的斜拉索的张拉及其索力调整；无论自锚式斜拉系杆拱桥的系杆是采用等截面连续梁还是变截面连续梁，均采用“同步逐段悬臂现浇梁拱施工法”或“同步逐段悬臂拼装梁拱施工法”。

11.根据权利要求10所述的自锚式斜拉系杆拱桥，其特征是所述同步逐段悬臂现浇梁拱施工法，即：首先，在主墩顶立模现浇完成自锚式斜拉系杆拱桥的0号块、0’号块梁体；其次，采用挂篮悬臂现浇法逐段进行主跨的系杆和边跨的连续梁施工；再之，紧跟连续梁施工之后，采用挂篮悬臂现浇法在连续梁0号块、0’号块梁体上逐段立模(爬模或滑模)现浇主跨的拱肋节段施工；在前述施工过程中同步采用预应力后张法及时平衡地逐根进行边跨的连续梁与拱肋之间的斜拉索和主跨的系杆与拱肋之间的斜拉索的施工首次张拉，使得支撑在桥墩上的连续梁两端节段悬浇施工、拱肋悬浇施工始终处于平衡推进作业状态，直至先完成连续梁合拢，再完成拱肋合拢；最后，完成桥面系工作及斜拉索的索力调整。

12.根据权利要求10所述的自锚式斜拉系杆拱桥，其特征是所述同步逐段悬臂拼装梁拱施工法，即：首先，在主墩顶立模现浇完成自锚式斜拉系杆拱桥的0号块、0’号块梁体；其次，采用挂篮悬臂拼装法逐段进行主跨的系杆和边跨的连续梁施工；再之，紧跟连续梁施工之后，采用挂篮悬臂拼装法在连续梁0号块、0’号块梁体上逐段拼装主跨的拱肋节段施工；在前述施工过程中同步采用预应力后张法及时平衡地逐根进行边跨的连续梁与拱肋之间的斜拉索和主跨的系杆与拱肋之间的斜拉索的施工首次张拉，使得支撑在主墩上的连续梁两端节段悬拼施工、拱肋悬拼施工始终处于平衡推进作业状态，直至先完成连续梁合拢，再完成拱肋合拢；最后，完成桥面系工作及全部斜拉索的索力调整。

13.根据权利要求10所述的自锚式斜拉系杆拱桥，其特征是所述具体施工方法一，即无支架无悬索非对称悬臂平衡作业施工法：当自锚式斜拉系杆拱桥的系杆采用变截面连续梁时，采用梁拱同步悬臂作业法，按照“第一步，按照常规施工方法先完成主跨和边跨的桥墩8、9、8’和9’；第二步，采用梁拱同步悬臂作业法在主墩上进行主梁1、2和拱肋3的平衡悬臂施工；第三步，完成边跨主梁合拢段11、11’并张拉斜拉索4；第四步，完成主跨系杆1的合拢段施工；第五步，完成除合拢段以外的拱肋3所有节段的悬臂作业；第六步：完成拱肋3合拢、桥面系6，并完成全部斜拉索的索力调整”逐步实施；该法为非对称悬臂平衡作业施工法，需要在主梁0号、0’号梁体块件下面设置临时支撑，并结合拱肋节段的悬臂作业荷载，考虑对边跨主梁块件要大于主跨主梁块件的不对称梁体块件的平衡设计，以确保整个梁拱同步悬臂作业时的施工过程中达到结构施工平衡推进、安全稳定；该法适用于建设大中型跨径桥梁，特别是主跨有通航需求的桥梁；其主要优点是避免深水支架施工、节省主梁满堂支架的临时工程费用、做到边施工边通航。

14.根据权利要求10所述的自锚式斜拉系杆拱桥，其特征是所述具体施工方法二，即满堂支架先梁后拱再拉施工法：当自锚式斜拉系杆拱桥的系杆采用等截面连续梁时，采用“主跨和边跨满堂支架施工法”加上“先梁后拱再拉施工法”，按照“第一步，采用满堂支架施工法逐段现浇主跨系杆1和边跨主梁2；第二步，在主跨和边跨的主梁上逐段悬浇或悬拼拱肋节段；第三步，完成除合拢段以外的拱肋3所有节段的悬臂作业；第四步：完成拱肋3合拢、桥面系6，并完成全部斜拉索的索力调整”逐步实施；该法适用于建设浅滩浅水中的中小型跨径桥梁，特别是梁底至河床高差较小的桥梁；其显著优点是有支架施工安全稳定性高，其缺点是满堂支架的临时工程费用占比高、工作量大而工期长、桥下中断通航。

15.根据权利要求10所述的自锚式斜拉系杆拱桥，其特征是所述具体施工方法三，即部分支架（边跨有支架）先梁后拱再拉施工法：当自锚式斜拉系杆拱桥的系杆不论是采用变截面连续梁，还是采用等截面连续梁时，采用“边跨满堂支架施工法”加上“先梁后拱再拉施工法”，按照“第一步，按照常规施工方法先完成主跨和边跨的桥墩8、9、8’和9’；第二步，采用满堂支架法完成主墩顶部的0、0’号梁块和主跨的1、1’号梁块及边跨2的主梁；第三步，完成主跨主梁除合拢段的所有梁块悬浇或悬拼施工，同步进行拱肋3的悬浇或悬拼施工；第四步，完成主跨系杆的主梁1的合拢段施工；第五步，完成除合拢段以外的拱肋3所有节段的悬臂作业；第六步：完成拱肋3合拢、桥面系6，并完成全部斜拉索的索力调整”逐步实施；该法适用于建设边跨处于浅滩浅水中而主跨处于水深且宽的大中型跨径桥梁；当以合理的边跨跨径配置主跨时，该法特别适用于主跨有通航需求的大跨径桥梁；其突出特点是边跨有支架施工安全稳定性高，主跨悬臂施工不中断桥下通航；其缺点是满堂支架的临时工程的费用占有一定的比例、致使工期有所加长。

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