CN111455813A - 一种新型大跨斜腿撑式钢桁反拱桥及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型大跨斜腿撑式钢桁反拱桥及施工方法，包括剪刀撑体系、钢桁反拱体系以及桥面板，所述钢桁反拱体系安装于一组剪刀撑体系上，所述钢桁反拱体系包括钢桁主拱片和钢横梁，钢桁主拱片之间通过钢横梁连接，在钢桁反拱体系上安装有桥面板。本新型大跨斜腿撑式钢桁反拱桥采用钢结构与混凝土结构完美结合，主要桥跨结构为钢桁反拱结构体系，其外观简洁新颖，结构性能良好，桥面视野通畅，在一定地质、地形条件下，是一种兼具结构受力需求与景观效果的新型桥梁，具有反对称美，打破了以往常规桥梁的制约。

Description

一种新型大跨斜腿撑式钢桁反拱桥及施工方法

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及到一种新型大跨斜腿撑式钢桁反拱桥及施工方法。

背景技术

传统的反拱形上承式悬索桥主要由桥面板、主梁、立柱和主索组成，主索是主要承重构件。由于结构特点和稳定性要求，适用于跨径不大的山区峡谷或水面落差较大、对通航要求不高的河流中，对地形要求较高。反拱形上承式悬索桥整体刚度小，抗风稳定性不佳，不能适用于更大跨径，具有局限性。

传统的斜腿刚构桥，是采用斜腿与主梁固结的型式来支撑桥梁结构，主梁一般采用混凝土箱梁结构，结构自重较大，尤其主孔自重作用下有较大的弯矩和轴力，过大的重量对主梁结构不利，也会增大斜腿的轴力和弯矩。

传统的钢桁架拱桥是指中间用实腹段，两侧用拱形桁架片构成的拱桥，桁架拱片是主要承重结构，由上下弦杆、腹杆、实腹段组成。虽然钢桁架拱桥整体性好，但是桁架杆件纤细、模板复杂、实腹段混凝土浇筑和吊运要求高，而且桁架受弯部位和刚结点容易产生裂缝。

传统的钢桁架组合梁由主桁架、平纵联、横联、桥面板组成的空间结构，除大跨度钢桁架组合梁支点处设置为变高空间桁梁外，一般桁架均按等高度设计，等高度梁符合审美要求，但是由于跨中一般弯矩较大，弦杆和桥面板应力均较大，结构整体挠度也较大，有必要根据弯矩包络图，采用变高度主桁架，来提高结构的整体性能。

新型大跨斜腿撑式钢桁反拱桥，借鉴钢桁架组合梁的受力模式和特点，把悬索桥、拱桥、刚构桥、组合梁的结构优点融为一体，反设拱形变截面钢桁组合梁，形成反拱造型，将钢桁架弦杆形成的主拱受力体系作为主要桥跨受力结构，既可发挥结构受力优势与高强材料优势，又避免了传统桁架拱桥占用桥面空间的缺点，尤其是在特殊桥位处，具有鲜明的特点。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种新型大跨斜腿撑式钢桁反拱桥及施工方法，利用钢桁架主拱作为主跨结构，其自重较小，适宜反拱形式布置，斜腿撑和边跨与峡谷地形完美结合，与周围环境协调、和谐，因此本新型大跨斜腿撑式钢桁反拱桥在一定地质、地形条件下，是一种兼具结构受力需求与景观效果的新型桥梁，具有很好的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下所述：

一种新型大跨斜腿撑式钢桁反拱桥，包括剪刀撑体系、钢桁反拱体系以及桥面板3，所述钢桁反拱体系安装于一组剪刀撑体系上，所述钢桁反拱体系包括钢桁主拱片和钢横梁，钢桁主拱片之间通过钢横梁连接，在钢桁反拱体系上安装有桥面板3。

所述剪刀撑体系包括混凝土箱梁1与斜腿撑2，斜腿撑2与混凝土箱梁1之间呈40°～60°安装，且混凝土箱梁2与斜腿撑3浇筑成为受力整体。

所述混凝土箱梁1为双主梁形式的现浇箱梁，由纵梁1-1与横梁1-2组成，纵梁1-1为变高度箱形梁。

所述钢桁主拱片由上弦杆4、主拱圈5以及腹杆6组成，所述腹杆6安装于上弦杆4和主拱圈5形成的圆拱内。

所述主拱圈5线形为二次抛物线，矢跨比在1/12～1/6之间。

所述钢横梁包括由横梁上弦杆7、横梁下弦杆8以及横梁腹杆9组成，钢横梁之间通过下平联11连接。

本发明还提供了一种新型大跨斜腿撑式钢桁反拱桥的施工方法，包括

S1：施工基础地锚；

S2：浇筑混凝土箱梁及斜腿撑，形成悬挑结构；

S3：在施工现场拼装主拱片，并将主拱片吊装至斜腿撑牛腿处搭设；

S4：吊装钢横梁并与主拱片连接；

S5：吊装下平联连接钢横梁；

S6：浇筑桥面板及其它附属设施。

本发明的有益效果为：1)本发明提供的新型大跨斜腿撑式钢桁反拱桥结构新颖独特，钢结构与混凝土结构完美契合，外观简洁流畅，在特殊地质、地形条件下与自然景观融合良好，且将主跨受力结构置于桥面以下，不仅使桥面视野通畅，利于交通通行，而且桥梁空间感强具有一定的视觉冲击力。

2)本发明提供的新型大跨斜腿撑式钢桁反拱桥主要桥跨结构为钢桁反拱体系，其受力体系为空间桁架杆系结构形成的简支自锚式体系，稳定性良好，刚度适中；主拱为钢桁杆件组成的桁架拱结构，并采用反拱形式，在减轻自重的同时，也可充分发挥高强材料性能优势，具有较好的经济技术效益。

3)本发明提供的新型大跨斜腿撑式钢桁反拱桥，其下部结构支撑体系为混凝土箱梁与斜腿撑共同浇筑成为整体而形成的剪刀撑体系，提供了有益的拱和悬臂作用，并且有效减小了主跨跨度。该新型大跨斜腿撑式钢桁反拱桥将斜腿支撑与钢桁架组合梁结构相结合，整桥结构线形明快，在一定环境条件下，给人以耳目一新的视觉感受，可达到良好的景观效果。

附图说明

图1为本发明实施例1立面示意图；

图2为本发明实施例1跨中有横梁处横断面示意图；

图3为本发明实施例1跨中无横梁处横断面示意图；

图4为本发明实施例1边跨混凝土箱梁横断面示意图；

图5为本发明实施例1主跨钢桁反拱结构的平面示意图；

图6为本发明实施例2立面示意图；

图7为本发明实施例2主跨钢桁反拱结构的平面示意图；

图中所示：1.混凝土箱梁；纵梁1-1；横梁1-2；2.斜腿撑；3.桥面板；4. 上弦杆；5.主拱圈；6.腹杆；7.横梁上弦杆；8.横梁下弦杆；9.横梁腹杆；10. 腹杆节点板；11.下平联。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体的实施例进一步的说明本发明的技术方案：

实施例1

本发明提供了一种新型大跨斜腿撑式钢桁反拱桥及施工方法，本实施例包括混凝土箱梁1、斜腿撑2、桥面板3、上弦杆4、主拱圈5、腹杆6、横梁上弦杆7、横梁下弦杆8、横梁腹杆9、腹杆节点板10以及下平联11，如图1～5所示。

本发明所述新型大跨斜腿撑式钢桁反拱桥一般适用于地质状况良好的V形沟谷，且桥下净空足够，不影响通航。本实施例中所述新型大跨斜腿撑式钢桁反拱桥全长150m，主跨为75m的钢桁反拱结构，主拱两侧为与斜腿撑一体的混凝土箱形梁，箱梁长度为37.5m。

本实施例所述新型大跨斜腿撑式钢桁反拱桥的支撑体系为混凝土箱梁1与斜腿撑2组成的剪刀撑体系，且斜腿撑2的倾斜角度根据地形不同而变化，本实施例斜腿撑2与混凝土箱梁1的夹角为52°。

其中，混凝土箱梁1为双主梁形式的现浇箱梁，其是由纵梁1-1与横梁1-2 组成，纵梁1-1为变高度箱形梁，梁端高度为2.3m，与斜腿撑2结合处的梁高为3.5m，如图4所示；斜腿撑2的截面形式为矩形箱式截面，其在施工时与混凝土箱梁1现浇成为受力整体，并在斜腿撑2的顶部设置牛腿构造，用于搭设钢桁主拱。

本实施例所述新型大跨斜腿撑式钢桁反拱桥的主要桥跨结构为钢桁反拱体系，其是由上弦杆4、主拱圈5以及腹杆6组成钢桁主拱片，再由钢横梁连接两片钢桁主拱片形成的空间桁架拱式受力结构。上弦杆4通过剪力钉与桥面板3 连接。

所述上弦杆4和主拱圈5为焊接矩形截面，其截面尺寸为700×500mm，主拱圈5的线形采用二次抛物线，主拱的矢高为12m，矢跨比为1/6.25。

所述腹杆6为三角形式，以拱顶为中心两侧对称布置，相邻两根腹杆的夹角为48.5°，腹杆6的截面形式为焊接矩形，其截面尺寸为700×700mm，腹杆 6的长度根据主拱圈5的矢高变化而变化，其长度范围为7.5～12m之间。

本实施例中所述钢桁反拱体系的钢横梁由横梁上弦杆7、横梁下弦杆8以及横梁腹杆9组成，钢横梁的布置与腹杆6对应，即钢横梁布置在两侧钢桁主拱片上对应的腹杆之间，钢横梁的布置数量与主拱片上腹杆6的数量相同。

横梁上弦杆7、横梁下弦杆8的截面形式为焊接矩形，其截面尺寸为500× 500mm，横梁腹杆9的截面形式为焊接H型钢，其规格型号为HW500X500X14X16，横梁腹杆9与横梁上弦杆7和横梁下弦杆8焊接。

所述横梁腹杆9的布置形式为十字交叉型，横梁腹杆9的长度及交叉角度与主拱圈的矢高相关，并根据其变化而变化，横梁腹杆9在十字交叉处通过腹杆节点板10连接。

本实施例中所述钢桁反拱体系的钢横梁之间通过下平联11连接，下平联11 布置形式为对称反置的三角形式，连接相邻两个钢横梁，下平联11为焊接H型钢，其规格型号为HW300X300X10X14。

本实施例所述桥面板3为钢桁主拱结构上搭设的桥面结构，其材料采用C50 混凝土，在有横梁断面，桥面板加厚形成横向梁肋，如图2所示；在无横梁断面，截面与主拱片连接处呈倒三角形布置，如图3所示。

本实施例所述一种新型大跨斜腿撑式钢桁反拱桥的施工方法为：

1.工厂制作钢桁主拱结构的各个杆件；检验合格后，运输至桥位或施工现场存放地；

2.施工基础地锚，设置拉杆与混凝土箱梁连接；现浇斜腿撑及混凝土箱梁，并在悬臂端浇筑成为受力整体；

3.在施工现场将上弦杆、主拱圈以及腹杆焊接形成平面主拱片，利用桥下起重设施或桥面起重设施，将两个平面主拱片分别吊装搭设在斜腿撑牛腿处，并采用临时固定支撑；将钢横梁吊装至平面主拱片之间，并与主拱片焊接；吊装下平联将各钢横梁连接；

4.在钢桁主拱上浇筑桥面板；拆除临时固定支撑使钢桁主拱呈简支受力状态；施工其他附属设施。

实施例2

本发明提供了一种新型大跨斜腿撑式钢桁反拱桥及施工方法，本实施例在实施例1的基础上改变钢桁主拱的腹杆布置形式为竖直式，改变斜腿撑的截面形式为板式，包括混凝土箱梁1、斜腿撑2、桥面板3、上弦杆4、主拱圈5、腹杆6、横梁上弦杆7、横梁下弦杆8、横梁腹杆9、腹杆节点板10以及下平联11，如图6～7所示。

本发明所述新型大跨斜腿撑式钢桁反拱桥一般适用于地质状况良好的V形沟谷，且桥下净空足够，不影响通航。本实施例中所述新型大跨斜腿撑式钢桁反拱桥全长150m，主跨为75m的钢桁反拱结构，主拱两侧为与斜腿撑一体的混凝土箱形梁，箱梁长度为37.5m。

本实施例所述新型大跨斜腿撑式钢桁反拱桥的支撑体系为混凝土箱梁1与斜腿撑2组成的剪刀撑体系，且斜腿撑2的倾斜角度根据地形不同而变化，本实施例斜腿撑2与混凝土箱梁1的夹角为52°。

混凝土箱梁1为双主梁形式的现浇箱梁，其是由纵梁1-1与横梁1-2组成，纵梁1-1为变高度箱形梁，梁端高度为2.3m，与斜腿撑2结合处的梁高为3.5m，如图4所示；斜腿撑2的截面形式为实腹矩形板式，其在施工时与混凝土箱梁1 现浇成为受力整体，并在斜腿撑2的顶部设置牛腿构造，用于搭设钢桁主拱。

本实施例所述新型大跨斜腿撑式钢桁反拱桥的主要桥跨结构为钢桁反拱体系，其是由上弦杆4、主拱圈5以及腹杆6组成钢桁主拱片，再由钢横梁连接两片钢桁主拱片形成的空间桁架拱式受力结构。上弦杆4通过剪力钉与桥面板3 连接。

所述上弦杆4和主拱圈5为焊接矩形截面，其截面尺寸为700×500mm，主拱圈5的线形采用二次抛物线，主拱的矢高为12m，矢跨比为1/6.25。

所述腹杆6为竖直式，以拱顶为中心两侧对称布置，相邻两根腹杆的间距为7.5m，腹杆6的截面形式为焊接矩形，其截面尺寸为700×600mm，腹杆6的长度根据主拱圈5的矢高变化而变化，其长度范围为7.5～12m之间。

本实施例中所述钢桁反拱体系的钢横梁由横梁上弦杆7、横梁下弦杆8以及横梁腹杆9组成，钢横梁的布置与腹杆6对应，即钢横梁布置在两侧钢桁主拱片上对应的腹杆之间，本实施例钢横梁竖直布置，并连接在主拱的竖直腹杆上。

横梁上弦杆7、横梁下弦杆8的截面形式为焊接矩形，其截面尺寸为500× 500mm，横梁腹杆9的截面形式为焊接H型钢，其规格型号为HW500X500X14X16，横梁腹杆9与横梁上弦杆7和横梁下弦杆8焊接。

所述横梁腹杆9的布置形式为十字交叉型，横梁腹杆9的长度及交叉角度与主拱圈的矢高相关，并根据其变化而变化，横梁腹杆9在十字交叉处通过腹杆节点板10连接。

本实施例中所述钢桁反拱体系的钢横梁之间通过下平联11连接，下平联11 布置形式为十字交叉型，连接相邻两个钢横梁，如图7所示，下平联11为焊接 H型钢，其规格型号为HW300X300X10X14。

本实施例所述桥面板3为钢桁主拱结构上搭设的桥面结构，其材料采用UHPC (超高性能混凝土)，在有横梁断面，桥面板加厚形成横向梁肋，如图2所示；在无横梁断面，截面与主拱片连接处呈倒三角形布置，如图3所示。UHPC可显著提高桥面板的结构强度，使桥梁耐久性得到提升。

本实施例所述一种新型大跨斜腿撑式钢桁反拱桥的施工方法为：

1.工厂制作钢桁主拱结构的各个杆件；检验合格后，运输至桥位或施工现场存放地；

2.施工基础地锚，设置拉杆与混凝土箱梁连接；现浇斜腿撑及混凝土箱梁，并在悬臂端浇筑成为受力整体；

3.在施工现场将上弦杆、主拱圈以及腹杆焊接形成平面主拱片，利用桥下起重设施或桥面起重设施，将两个平面主拱片分别吊装搭设在斜腿撑牛腿处，并采用临时固定支撑；将钢横梁吊装至平面主拱片之间，并与主拱片焊接；吊装下平联将各钢横梁连接；

4.在钢桁主拱上浇筑UHPC桥面板；拆除临时固定支撑使钢桁主拱呈简支受力状态；施工其他附属设施。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种新型大跨斜腿撑式钢桁反拱桥，包括剪刀撑体系、钢桁反拱体系以及桥面板，其特征在于：所述钢桁反拱体系安装于一组剪刀撑体系上，所述钢桁反拱体系包括钢桁主拱片和钢横梁，钢桁主拱片之间通过钢横梁连接，在钢桁反拱体系上安装有桥面板。

2.根据权利要求1所述的一种新型大跨斜腿撑式钢桁反拱桥，其特征在于：所述剪刀撑体系包括混凝土箱梁与斜腿撑，斜腿撑与混凝土箱梁之间呈40°～60°安装，且混凝土箱梁与斜腿撑浇筑成为受力整体。

3.根据权利要求2所述的一种新型大跨斜腿撑式钢桁反拱桥，其特征在于：所述混凝土箱梁为双主梁形式的现浇箱梁，由纵梁与横梁组成，纵梁为变高度箱形梁。

4.根据权利要求1所述的一种新型大跨斜腿撑式钢桁反拱桥，其特征在于：所述钢桁主拱片由上弦杆、主拱圈以及腹杆组成，所述腹杆安装于上弦杆和主拱圈形成的圆拱内。

5.根据权利要求4所述的一种新型大跨斜腿撑式钢桁反拱桥，其特征在于：所述主拱圈线形为二次抛物线，矢跨比在1/12～1/6之间。

6.根据权利要求1所述的一种新型大跨斜腿撑式钢桁反拱桥，其特征在于：所述钢横梁包括由横梁上弦杆、横梁下弦杆以及横梁腹杆组成，钢横梁之间通过下平联连接。

7.一种新型大跨斜腿撑式钢桁反拱桥的施工方法，其特征在于：包括

S1：施工基础地锚；

S2：浇筑混凝土箱梁及斜腿撑，形成悬挑结构；

S3：在施工现场拼装主拱片，并将主拱片吊装至斜腿撑牛腿处搭设；

S4：吊装钢横梁并与主拱片连接；

S5：吊装下平联连接钢横梁；

S6：浇筑桥面板及其它附属设施。

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