CN112160230A - 一种悬索-拱组合体系桥梁结构及其装配化施工方法 - Google Patents

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高中俊
杜百计
李峰
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Abstract

本发明公开一种悬索‑拱组合体系桥梁结构及其装配化施工方法，悬索桥的主梁下方设置拱肋，拱肋上设置拱上立柱，拱肋立柱的上端连接主梁，拱肋立柱的下端连接拱肋，拱肋两端固定在拱肋基础上，拱肋基础采用独立基础，拱肋基础设置在主梁下方；拱肋包括若干预制拱肋节段，所述预制拱肋节段之间固定连接；拱肋主拱和主缆索面不共面，使主梁在横向形成连续结构，以降低主梁高度；悬索‑拱组合体系桥梁索塔和主缆的轴力水平更低，因此可以做出更加轻巧的结构尺寸，这也降低了施工控制的难度；相比普通拱桥，悬索‑拱组合体系桥梁拱圈和拱脚的荷载水平较低，亦可以减小结构的尺寸，不仅能减小索塔的轴力，也将使主拱圈的水平推力大大减小。

Description

一种悬索-拱组合体系桥梁结构及其装配化施工方法
技术领域
本发明属于市政景观桥梁技术领域，具体涉及一种悬索-拱组合体系桥梁结构及其装配化施工方法。
背景技术
随着城市化进程的不断加快，城市建设又迈上了一个新的台阶，现代城市桥梁作为城市建设的重点，不仅需要满足交通功能需要，而且需要兼顾景观及环境的需求，有时甚至成为一个区域的地标。
城市扩张必然带来人口的急剧膨胀，这也对城市交通提出了新的挑战，近年来新建的城市高等级道路大多采用快、慢行系统分离，道路断面较宽。在此前提下，城市桥梁作为城市交通的咽喉，就需要与道路设计匹配，提高建设标准。
缆索承重桥梁具有传力路径明确、跨越能力强、景观效果突出、施工便捷等优点，被广泛应用于跨江、跨河等大跨径桥梁工程领域。但由于索承重桥梁加劲梁梁高往往由横向吊杆拉索间距控制，在上述前提背景下，当桥宽过大，吊杆拉索间距过大时，加劲梁梁高取值往往较大。这一方面导致结构立面在视觉效果上比较笨重，影响景观效果；另一方面导致梁段重量较大，增加材料消耗量的同时不利于施工控制。
拱桥具有外形美观、构造简单、跨越能力大等优点，大量应用于城市内对景观要求较高的建设项目中。但拱桥在竖向荷载作用下拱脚会产生较大的水平推力，对基础要求较高。主拱圈作为拱桥的主要受力构件，其施工复杂，往往需要花费很大代价修筑临时措施，以完成拱圈施工，而临时措施在施工完成后又需要拆除，造成资源的极大浪费。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种悬索-拱组合体系桥梁结构及其装配化施工方法，合理结合拱桥与索承重桥梁的施工特点、便于预制装配化施工、结构稳定性好、景观效果突出、功能丰富、通过索力调整改变荷载分配状态的组合体系桥梁及其装配化施工方法，适于修建大跨径城市景观桥梁，拱肋和主缆索面不共面。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种悬索-拱组合体系桥梁结构，悬索桥的主梁下方设置拱肋，拱肋上设置拱上立柱，拱肋立柱的上端连接主梁，拱肋立柱的下端连接拱肋，拱肋两端固定在拱肋基础上，拱肋基础采用独立基础，拱肋基础设置在主梁下方；拱肋包括若干预制拱肋节段，所述预制拱肋节段之间固定连接；拱肋和主缆索面不共面。
采用单索双拱结构或双索单拱结构。
采用双索单拱结构时拱肋的两侧设有人行通道，采用单索双拱结构时，拱肋外侧设有人行通道。
拱上立柱的顶端与主梁采用支座连接或固定连接。
拱肋采用钢管混凝土或钢箱混凝土结构。
拱肋采用坦拱结构。
拱肋立柱采用钢混结合柱或钢筋混凝土柱。
采用本发明所述结构桥梁的装配化施工方法，包括以下步骤：
步骤1，施工索塔基础、主拱基础以及主缆地锚系统；
步骤2，架设临时缆索系统；
步骤3，利用临时缆索系统吊装主拱圈节段，
步骤4，利用临时缆索系统吊装拱上立柱，同时核对拱上立柱顶高程与设计相符；同步施工边跨及引桥下部结构；
步骤5，利用临时缆索系统吊装主梁节段，直至主梁吊装完毕；
步骤6，将临时缆索系统更换为永久主缆；
步骤7，安装吊杆及拉索，按设计控制内力张拉吊杆；
步骤8，施工桥面系及附属结构；
步骤9，二次张拉吊杆，调整吊杆索力，使体系受力均匀，荷载按设计要求分配给主拱和缆索系统，达到设计成桥线形；
步骤10，完成施工并养护。
步骤3中，主拱圈节段吊装时由拱脚向跨中按设计要求逐段吊装，直至在跨中合拢。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
拱肋与缆索系统协同受力，承担外部荷载，缆索承重系统可以帮助主拱减小拱脚推力，反之，拱圈可以帮助索塔、主缆减小轴力；拱肋和主缆索面纵向不共面，相当于在加劲梁横向增加一个支撑结构，可以大大减小加劲梁横向跨度，达到降低梁高的目的，整体来看，悬索-拱组合体系桥梁可以在相同桥梁规模性下获得更加轻巧的外观造型；相对于普通悬索桥和拱桥，有利于悬索-拱组合体系桥梁各主要受力构件设计出更轻巧的构件尺寸，一方面便于运输，可以装配化施工，对城市环境影响小，另一方面对施工控制也更为有利。
进一步的，缆索系统承担一部分荷载，主拱的荷载水平较低，通常可以将主拱设计为坦拱；在坦拱上增加桥下人行景观通道，不仅方便了主桥与桥头两岸的人行通道的衔接，也可以丰富桥梁立面，增加桥梁的功能性与景观性。
基于本发明所述桥梁结构，施工过程中可以利用临时缆索系统吊装主拱、主梁节段，临时缆索系统支架可以利用主缆索塔，不必另外搭设临时缆索支架，相比传统结构形式的桥梁，减少临时措施的架设，节约资源；成桥后，可以通过调整吊杆索力来改变结构内力的分布状态，使体系受力均匀；合理利用主拱临时施工体系，将其转化为结构永久受力的一部分，一方面可以合理利用资源，另一方面可以丰富桥梁的立面配置，增强景观效果，同时又提高了结构本身的承载能力。
附图说明
图1是悬索-拱组合体系桥梁的结构示意图。
图2是双拱肋-单索面悬索-拱组合体系桥梁横断面示意图。
图3是单拱肋-双索面悬索-拱组合体系桥梁横断面示意图。
附图中：1—索塔基础；2—主缆地锚；3—索塔；4—主缆；5—主缆吊杆；6—拉索；7—拱肋基础；8—拱肋；9—拱上立柱；10—桥墩；11—主梁。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参考图1，图2和图3，一种悬索-拱组合体系桥梁结构，悬索桥的主梁11下方设置拱肋，拱肋上设置拱上立柱9，拱肋立柱9的上端连接主梁11，拱肋立柱的下端连接拱肋，拱肋两端固定在拱肋基础上，拱肋基础7采用独立基础，拱肋基础7设置在主梁下方；拱肋包括若干预制拱肋节段，所述预制拱肋节段之间固定连接，采用预制拼装施工；拱肋8主拱和主缆索面不共面；拱肋可以和缆索系统协同受力，承担外部荷载。缆索承重系统可以帮助主拱减小拱脚推力，反之，拱圈可以帮助索塔、主缆减小轴力，是一种全新的结构体系；主拱和主缆索面纵向不共面，这样相当于在加劲梁横向增加一个支撑结构，可以大大减小加劲梁横向跨度，达到降低梁高，增加桥下通透性的目的；主拱与缆索系统协同受力，且主梁高度小，因此，相对于普通悬索桥和拱桥，悬索-拱组合体系桥梁各主要受力构件可以设计出更轻巧的构件尺寸，一方面便于运输，可以装配化施工，对城市环境影响小，另一方面对施工控制也更为有利。
拱上立柱9的顶端与主梁11采用支座连接或焊接。
拱肋8采用钢管混凝土或钢箱混凝土结构；拱肋立柱9采用钢混结合柱或钢筋混凝土柱。
拱肋8采用坦拱结构。
采用本发明所述结构桥梁的装配化施工方法，包括以下步骤：
步骤1，施工索塔基础1、主拱基础7以及主缆地锚系统2；
步骤2，架设临时缆索系统；
步骤3，利用临时缆索系统吊装主拱圈节段8，步骤3中，主拱圈节段8吊装时由拱脚向跨中按设计要求逐段吊装，直至在跨中合拢。
步骤4，利用临时缆索系统吊装拱上立柱9，同时核对拱上立柱9顶高程与设计相符；同步施工边跨及引桥下部结构10；
步骤5，利用临时缆索系统吊装主梁节段，直至主梁吊装完毕；
步骤6，将临时缆索系统更换为永久主缆4；
步骤7，安装吊杆5及拉索6，按设计控制内力张拉吊杆；
步骤8，施工桥面系及附属结构；
步骤9，二次张拉吊杆5，调整吊杆索力，使体系受力均匀，荷载按设计要求分配给主拱和缆索系统，达到设计成桥线形；
步骤10，完成施工并养护。施工过程中可以利用缆索系统吊装主拱、主梁节段，相比传统结构形式的桥梁，减少临时措施的架设，节约资源。
由于缆索系统承担一部分荷载，主拱的荷载水平较低，通常可以将主拱设计为坦拱。在坦拱上增加桥下人行景观通道，不仅方便了主桥与桥头两岸的人行通道的衔接，也可以在丰富桥梁立面，增加桥梁的功能性与景观性。
成桥后可以通过调整索力来改变结构内力的分布状态，并依此调整结构构件的尺寸，以达到景观设计预期的效果。
主拱和主缆索面纵向上处于不同的平面。
采用单索双拱结构或双索单拱结构。
采用单索双拱结构时，拉索6位于主梁11的中线，拱肋8位于两侧；采用双索单拱结构时，拉索6位于主梁两侧，拱肋8位于主梁11的中线处。
采用双索单拱结构时拱肋8的两侧设有人行通道，采用单索双拱结构时，拱肋外侧设有人行通道。
本发明所述桥梁结构拱肋可以和缆索系统协同受力，承担外部荷载。缆索承重系统可以帮助主拱减小拱脚推力，反之，拱圈可以帮助索塔、主缆减小轴力，是一种全新的结构体系。
可选的，主缆可以锚固于主梁上，形成自锚体系，能取消主缆地锚系统。

Claims (9)

1.一种悬索-拱组合体系桥梁结构，其特征在于：悬索桥的主梁(11)下方设置拱肋，拱肋上设置拱上立柱(9)，拱肋立柱(9)的上端连接主梁(11)，拱肋立柱的下端连接拱肋，拱肋两端固定在拱肋基础上，拱肋基础(7)采用独立基础，拱肋基础(7)设置在主梁下方；拱肋包括若干预制拱肋节段，所述预制拱肋节段之间固定连接；拱肋(8)和主缆索面不共面。
2.根据权利要求1所述的悬索-拱组合体系桥梁结构，其特征在于：采用单索双拱结构或双索单拱结构。
3.根据权利要求2所述的悬索-拱组合体系桥梁结构，其特征在于：采用双索单拱结构时拱肋(8)的两侧设有人行通道，采用单索双拱结构时，拱肋(8)外侧设有人行通道。
4.根据权利要求1所述的悬索-拱组合体系桥梁结构，其特征在于：拱上立柱(9)的顶端与主梁(11)采用支座连接或固定连接。
5.根据权利要求1所述的悬索-拱组合体系桥梁结构，其特征在于：拱肋(8)采用钢管混凝土或钢箱混凝土结构。
6.根据权利要求1所述的悬索-拱组合体系桥梁结构，其特征在于：拱肋(8)采用坦拱结构。
7.根据权利要求1所述的悬索-拱组合体系桥梁结构，其特征在于：拱肋立柱(9)采用钢混结合柱或钢筋混凝土柱。
8.采用权利要求1所述结构桥梁的装配化施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，施工索塔基础(1)、主拱基础(7)以及主缆地锚系统(2)；
步骤2，架设临时缆索系统；
步骤3，利用临时缆索系统吊装主拱圈节段(8)，
步骤4，利用临时缆索系统吊装拱上立柱(9)，同时核对拱上立柱(9)顶高程与设计相符；同步施工边跨及引桥下部结构(10)；
步骤5，利用临时缆索系统吊装主梁节段，直至主梁吊装完毕；
步骤6，将临时缆索系统更换为永久主缆(4)；
步骤7，安装吊杆(5)及拉索(6)，按设计控制内力张拉吊杆；
步骤8，施工桥面系及附属结构；
步骤9，二次张拉吊杆(5)，调整吊杆索力，使体系受力均匀，荷载按设计要求分配给主拱和缆索系统，达到设计成桥线形；
步骤10，完成施工并养护。
9.根据权利要求8所述的施工方法，其特征在于：步骤3中，主拱圈节段(8)吊装时由拱脚向跨中按设计要求逐段吊装，直至在跨中合拢。
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