CN111636288A - 一种梁拱组合及钢混混合连续刚构桥 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种梁拱组合及钢混混合连续刚构桥，具体涉及土木工程桥梁领域，包括钢箱梁，所述钢箱梁两侧均设有上弦箱形梁，所述上弦箱形梁底部固定设有下弦箱形拱，所述上弦箱形梁和下弦箱形拱共同组成梁拱组合连续刚构，所述上弦箱形梁中部开设有墩顶上弦箱形梁根部，所述上弦箱形梁沿墩顶上弦箱形梁根部向两侧伸出，所述上弦箱形梁远离钢箱梁一端固定设有梁拱汇合区梁段，所述钢箱梁连同两侧的下弦箱形拱共同组成主跨，所述钢箱梁设置于主跨中部，所述钢箱梁与上弦箱形梁之间过渡段固定设置有钢混连接区。本发明通过设有上弦箱形梁和下弦箱形拱，在保持传统的材料、传统的悬臂施工工艺的前提下，提高了预应力混凝土连续刚构桥的跨越能力。

Description

一种梁拱组合及钢混混合连续刚构桥

技术领域

本发明涉及土木工程桥梁技术领域，更具体地说，本发明涉及一种梁拱组合及钢混混合连续刚构桥。

背景技术

一桥飞架南北，天堑变通途，随着中国桥梁建设的蓬勃发展，桥梁不仅仅有传统的梁、拱、刚架等结构。传统的预应力混凝土连续刚构桥应用于大跨度结构时，由于混凝土较大的自重，在服役中出现跨中下挠及箱梁开裂等缺陷难以避免，从而限制了这种桥型的跨越能力与发展。

传统的单一结构在性能方面存在一定的局限性，发展前景具有一定的局限性。相较于传统单一的结构，组合及混合结构可以充分发挥各自的优点。

基于组合与混合思想，开发一种具有更大的跨越能力、更佳经济性、更快速化施工以及更好受力形式的新的连续刚构形式，具有很大的创新价值。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种梁拱组合及钢混混合连续刚构桥，本发明所要解决的技术问题是：从结构体系、受力机理方面改善刚构桥出现的开裂及下挠问题，从而提高桥梁结构的承载效率，钢混混合结构改善混凝土自重过大的缺点，从而提高了桥梁的跨越能力，降低施工风险，加快施工进度。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种梁拱组合及钢混混合连续刚构桥，所述钢箱梁两端与上弦箱形梁固结，所述上弦箱形梁部设有下弦箱形拱，所述上弦箱形梁和下弦箱形拱以及钢箱梁共同组成梁拱组合连续刚构，所述上弦箱形梁从墩顶向两侧伸出，所述上弦箱形梁与下弦箱形拱在离开钢箱梁端一定距离结合一体并向前延伸至钢箱梁端，所述钢箱梁连同两端拱梁结合一体后的延伸段、上弦箱形梁、下弦箱形拱共同组成主跨，所述钢箱梁设置于主跨中部，所述钢箱梁与拱梁结合一体后的延伸段结合部设置有钢混连接区，所述上弦箱形梁与下弦箱形拱在结合后延伸至边墩组成边跨。所述墩顶上弦箱形梁根部底部固定设有空心桥墩，所述的下弦箱形拱和上弦箱形梁与空心桥墩两侧连接，所述空心桥墩底端设有桩基，所述空心桥墩与桩基之间固定设有承台，所述梁拱节合区梁段远离上弦箱形梁一端固定设有边跨现浇段，所述边跨现浇段一端底部设有边墩。

本结构由上弦箱形梁、下弦箱形拱、主跨跨中部钢箱梁和空心桥墩组合，共同承受荷载，是一种结构受力明确、外形美观、新颖的组合结构体系，它利用拱结构承担压力，梁抵抗拱端推力，不但克服了传统拱桥巨大的拱脚推力，还能改善了连续梁桥较大的弯矩和剪力的受力状况，最大限度地发挥了混凝土拱桥和预应力混凝土刚构桥各自的特点，由于上弦箱形梁和下弦箱形拱的支撑作用，减少了梁的跨度及跨中弯矩，提高了结构承载力，增大了结构刚度。

在一个优选地实施方式中，所述桩基设置于地表以下工程地质合适的地基层中，所述承台位于桩基之上并与桩基顶部连接成整体，所述空心桥墩设置在承台顶端中部且与承台刚性连接。

在一个优选地实施方式中，所述上弦箱形梁、下弦箱形拱与空心桥墩刚性连接，所述上弦箱形梁的上缘线形与梁拱结合区梁段和钢混连接区上缘线形顺畅，车辆、人群舒适度提高。

在一个优选地实施方式中，所述下弦箱形拱沿空心桥墩对称分布，倾斜向上，剖面形状呈拱轴线，受力平衡。

在一个优选地实施方式中，所述上弦箱形梁与下弦箱形拱在空心桥墩位置对称浇筑施工，在空心桥墩两侧固结，上弦箱形梁在顺桥向由墩顶上弦箱形梁根部向两端伸出，下弦箱形拱采用合理的线形，主跨跨中区段钢箱梁两端有钢混结合区，与预应力混凝土连接过渡段形成连接区，连接区传力合理明确。

在一个优选地实施方式中，所述主跨两端与空心桥墩固接相连，形成刚构体系，有效的增加了结构的刚度。

在一个优选地实施方式中，所述边跨现浇段与边墩之间设有活动支座，根据结构受力大小、现行有效的结构设计规范确定适宜的梁拱组合结构各构件尺寸、连接区连接及传力构件设计和预应力大小以及体外索的张拉应力张拉时间，充分利用各构件即相应结构形式的优点。

在一个优选地实施方式中，所述主跨的钢箱梁采用整体制造吊装，在混凝土梁拱结合连续刚构桥基础上，将主跨中央区段混凝土结构采用钢结构的钢箱梁替代，可以进一步降低结构自重，从而最大限度避免大跨径混凝土结构后期徐变引起结构下挠与开裂，进一步拓展连续刚构桥的跨径适用范围，提高结构跨越能力与耐久性能，钢箱梁设置在主跨跨中，在纵桥向钢箱梁两端设有钢混连接区，与预应力混凝土连接过渡段形成连接区，可以很好的与对称浇筑的上弦箱形梁和下弦箱形拱及主跨两端空心桥墩合理传力，连接区两侧断面构造相同并通过一定的连接构造平顺传力，钢箱梁的设置，有效的降低了钢混连接区及墩顶上弦箱形梁根部的负弯矩，提高结构的安全储备，也成为了此类桥梁体系的主跨跨度进一步增加的关键因素。

本发明的技术效果和优点：

1、本发明通过设有上弦箱形梁、下弦箱形拱以及主跨钢箱梁组成新型连续刚构桥，在保持传统的材料、传统的施工工艺前提下，提高了混凝土连续刚构的结构刚度及跨越能力。

2、本发明通过设置钢箱梁和钢混结合区，充分利用了拱、梁结构的力学特征优点，以及混凝土材料容重大，钢材强度高的优点，提高了刚架结构的承载效率，为梁拱组合及钢混混合连续刚构桥节省了材料，具有更好的工程经济性，加快了施工速度，降低了施工风险，从而提高施工效率，具有更好的耐久性。

附图说明

图1为本发明的整体结构立面示意图。

图2为本发明的单侧立面结构示意图。

图3为本发明的对称浇筑的梁拱组合三角悬臂结构示意图。

图4为本发明的上弦箱形梁截面结构示意图。

图5为本发明的下弦箱形拱截面结构示意图。

图6为本发明的钢箱梁截面结构示意图。

附图标记为：1钢箱梁、2上弦箱形梁、3下弦箱形拱、4墩顶上弦箱形梁根部、5梁拱结合区梁段、6主跨、7钢混结合区、8拱梁结合一体后的延伸段、9空心桥墩、10桩基、11承台、12边跨现浇段、13边墩。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种梁拱组合及钢混混合连续刚构桥，包括钢箱梁1，所述钢箱梁1两侧均设有上弦箱形梁2，所述上弦箱形梁2底部固定设有下弦箱形拱3，所述上弦箱形梁2和下弦箱形拱3共同组成梁拱组合连续刚构，所述上弦箱形梁2与下弦箱形拱3同步悬臂浇筑形成三角悬臂结构，所述上弦箱形梁2中部开设有墩顶上弦箱形梁根部4，所述上弦箱形梁2沿墩顶上弦箱形梁根部4向两侧伸出，所述上弦箱形梁2远离钢箱梁1一端固定设有梁拱汇合区梁段5，所述钢箱梁1连同两侧的下弦箱形拱3共同组成主跨6，所述钢箱梁1设置于主跨6中部，所述钢箱梁1与上弦箱形梁2之间过渡段固定设置有钢混连接区7，所述上弦箱形梁2远离钢箱梁1一端固定设有对称浇筑的梁拱组合式悬臂结构8，所述墩顶上弦箱形梁根部4底部固定设有空心桥墩9，所述的下弦箱形拱3和上弦箱形梁2与空心桥墩9两侧连接，所述空心桥墩9底端设有桩基10，所述空心桥墩9与桩基10之间固定设有承台11，所述梁拱汇合区梁段5远离上弦箱形梁2一端固定设有边跨现浇段12，所述边跨现浇段12一端底部设有边墩13。

如图1-图6所示，实施方式具体为：(1)本结构由上弦箱形梁2、下弦箱形拱3、钢箱梁1、边跨现浇段12和空心桥墩9组合，共同承受荷载，是一种结构受力明确、外形美观、新颖的组合结构体系，它利用拱结构承担压力，梁拱汇合区梁段5抵抗拱端推力，不但克服了传统拱桥巨大的拱端推力，还能改善了连续梁桥较大的弯矩和剪力的受力状况，最大限度地发挥了混凝土拱桥和预应力混凝土刚构桥各自的特点，由于上弦箱形梁2和下弦箱形拱3的支撑作用，减少了主梁跨度，提高了结构承载力，增大了结构刚度；

(2)对于对称悬臂浇筑的梁拱结构，上弦箱形梁2受拉、下弦箱形拱3受压，下弦箱形拱3采用合理拱轴线方案，使得下弦箱形拱3成为以压力为主的混凝土拱，充分利用梁拱结构的受力特点，利用拱结构承担压力，上弦箱形梁2(相当于上承式系杆拱的系梁)抵抗拱端推力，不但克服了传统拱桥巨大的拱端推力，还能改善了连续梁桥较大的弯矩和剪力的受力状况，最大限度地发挥了混凝土拱桥和预应力混凝土刚构桥各自的特点；

(3)主跨6中部一定长度的钢箱梁1，由于钢材具有较高的强度，充分利用钢材受拉性能，两边预应力混凝土压重，承载能力得到大大的提高；拱梁框架结构，下弦箱形拱3的轴向压力，可以平衡悬臂结构传递来的剪力，具有强大的抗剪能力；上弦箱形梁2拉力与下弦箱形拱3压力的力臂作用，可以平衡悬臂结构传递来的弯矩，具有强大的抗弯能力；

(4)钢箱梁与预应力混凝土梁之间有过渡区进行连接，通过剪力板、预应力筋和钢筋等很好的将连接部位的剪力传力并且减小应力集中。

结合图1所示，所述桩基10设置于地表以下工程地质合适的地基层中，所述承台11位于桩基10之上并与桩基10顶部连接成整体，所述空心桥墩9设置在承台11顶端中部且与承台11刚性连接；

结合图1、图3、图5所示，所述上弦箱形梁2与空心桥墩9刚性连接，所述上弦箱形梁2的上缘线形与梁拱结合区梁段5和钢混连接区7上缘线形顺畅，车辆、人群舒适度提高，上弦箱形梁2与上弦箱形拱3结合，有效的减少了主跨跨中弯矩；

结合图1、图3所示，所述下弦箱形拱3沿空心桥墩9对称分布，倾斜向上，剖面形状呈拱轴线，受力平衡；

结合图1、图2所示，所述上弦箱形梁2与下弦箱形拱3在空心桥墩9位置对称浇筑施工，在空心桥墩9两侧结合，上弦箱形梁2在顺桥向由墩顶上弦箱形梁根部4向两侧伸出，下弦箱形拱3采用合理的线形，主跨6跨中区段钢箱梁1两端有钢混结合区7，与预应力混凝土连接过渡段形成连接区，连接区传力合理明确；

结合图3所示，所述主跨6两端与空心桥墩9固接相连，形成刚构体系，有效的增加了结构的刚度；

结合图1，所述边跨现浇段12与边墩13之间设有活动支座，根据结构受力大小、现行有效的结构设计规范确定适宜的梁拱组合结构各构件尺寸、连接区连接及传力构件设计，充分利用各构件即相应结构形式的优点；

结合图1、图2所示，所述主跨6的钢箱梁1采用整体制造吊装，在混凝土梁拱结合连续刚构桥基础上，将主跨6中央区段混凝土结构采用钢结构的钢箱梁1替代，可以进一步降低结构自重，从而最大限度避免大跨径混凝土结构后期徐变引起结构下挠与开裂，进一步拓展连续刚构桥的跨径适用范围，提高结构跨越能力与耐久性能，钢箱梁1设置在主跨6跨中，在纵桥向钢箱梁1两端设有钢混结合区7，与预应力混凝土连接过渡段形成连接区，可以很好的与对称悬臂浇筑的上弦箱形梁2和下弦箱形拱3及主跨6两端空心桥墩9合理传力，连接区两段断面构造相同并通过一定的连接构造平顺传力，钢箱梁1的设置，有效的降低了钢混结合区7及墩顶上弦箱形梁根部4的负弯矩，提高结构的安全储备，也成为了此类桥梁体系的主跨6跨度进一步增加的关键因素。

最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“结合”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；

其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种梁拱组合及钢混混合连续刚构桥，包括钢箱梁(1)，其特征在于：所述钢箱梁(1)两侧均设有上弦箱形梁(2)，所述上弦箱形梁(2)底部固定设有下弦箱形拱(3)，所述上弦箱形梁(2)和下弦箱形拱(3)共同组成梁拱组合连续刚构，所述上弦箱形梁(2)中部开设有墩顶上弦箱形梁根部(4)，所述上弦箱形梁(2)沿墩顶上弦箱形梁根部(4)向两侧伸出，所述上弦箱形梁(2)远离钢箱梁(1)一端固定设有梁拱汇合区梁段(5)，所述钢箱梁(1)连同两侧的下弦箱形拱(3)共同组成主跨(6)，所述钢箱梁(1)设置于主跨(6)中部，所述钢箱梁(1)与上弦箱形梁(2)之间过渡段固定设置有钢混连接区(7)，所述上弦箱形梁(2)远离钢箱梁(1)一端固定设有对称浇筑的梁拱组合式悬臂结构(8)，所述墩顶上弦箱形梁根部(4)底部固定设有空心桥墩(9)，所述的下弦箱形拱(3)和上弦箱形梁(2)与空心桥墩(9)两侧连接，所述空心桥墩(9)底端设有桩基(10)，所述空心桥墩(9)与桩基(10)之间固定设有承台(11)，所述梁拱汇合区梁段(5)远离上弦箱形梁(2)一端固定设有边跨现浇段(12)，所述边跨现浇段(12)一端底部设有边墩(13)。

2.根据权利要求1所述的一种梁拱组合及钢混混合连续刚构桥，其特征在于：所述桩基(10)设置于地表以下工程地质合适的地基层中，所述承台(11)位于桩基(10)之上并与桩基(10)顶部连接成整体，所述空心桥墩(9)设置在承台(11)顶端中部且与承台(11)刚性连接。

3.根据权利要求1所述的一种梁拱组合及钢混混合连续刚构桥，其特征在于：所述上弦箱形梁(2)与空心桥墩(9)刚性连接，所述上弦箱形梁(2)的上缘线形与梁拱结合区梁段(5)、延伸段(8)与钢混连接区(7)上缘线形一致。

4.根据权利要求1所述的一种梁拱组合及钢混混合连续刚构桥，其特征在于：所述下弦箱形拱(3)沿空心桥墩(9)对称分布，立面呈拱形。

5.根据权利要求1所述的一种梁拱组合及钢混混合连续刚构桥，其特征在于：所述上弦箱形梁(2)与下弦箱形拱(3)在空心桥墩(9)位置对称浇筑施工，在空心桥墩(9)两侧汇合。

6.根据权利要求1所述的一种梁拱组合及钢混混合连续刚构桥，其特征在于：所述主跨(6)两端与空心桥墩(9)固接相连，形成刚构体系。

7.根据权利要求1所述的一种梁拱组合及钢混混合连续刚构桥，其特征在于：所述边跨现浇段(12)与边墩(13)之间设有活动支座。

8.上弦箱形梁(2)与下弦箱形拱(3)采用对称、同步悬臂施工。

9.根据权利要求1所述的一种梁拱组合及钢混混合连续刚构桥，其特征在于：所述主跨(6)的钢箱梁(1)采用整体制造吊装。

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