CN114673066B - 一种地锚式斜腿刚构桥及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地锚式斜腿刚构桥及其施工方法，地锚式斜腿刚构桥包括长斜腿、主梁、斜拉索塔、地锚、第一斜拉扣索、斜拉背索和桥台，长斜腿的长度大于10m，长斜腿的一端与地基固定连接，长斜腿的另一端与主梁固定连接，斜拉索塔设置在主梁的两端，第一斜拉扣索的一端与长斜腿固定连接，第一斜拉扣索的另一端固定连接于斜拉索塔，斜拉背索的一端和地锚固定连接，斜拉背索的另一端固定连接于斜拉索塔。本发明通过设置斜拉索塔、第一斜拉扣索、斜拉背索和地锚，能够在施工和运营过程中辅助长斜腿受力，可显著改善超300米以上大跨度斜腿刚构桥的施工便利性和受力性能，基本克服大跨度混凝土梁桥主梁跨中因长期徐变影响而下挠开裂问题。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁工程技术领域，特别是一种地锚式斜腿刚构桥及其施工方法。
背景技术
大跨度桥梁结构的主要形式包括梁桥、拱桥、斜拉桥和悬索桥等。目前，针对高山峡谷地区，梁桥一般在200米跨度以内较为经济；拱桥一般在400米跨度以内较为经济，斜拉桥一般在800米跨度以上较为经济，悬索桥一般要大于1000米跨度较为经济。针对跨度在400米到800米之间的大跨度桥梁结构，以上桥梁结构形式适应性均较差，成为长期以来困扰工程界的一个突出问题。实践中一般尽量通过调整线路标高来避免修建跨度在400米到800米之间的桥梁结构。若线路调整代价过高时，则可修建大跨度梁桥、拱桥或大跨度斜拉桥。
斜拉桥由于至少需3跨连续布置，且主跨跨度是边跨跨度的2倍左右，应用于跨度总长在400米至800米之间桥梁时，其主跨跨度一般在250米至350米之间，极不经济。此外，对于高山峡谷地区，斜拉桥主塔基础往往位于谷地，修建难度和造价极高，桥型竞争力不足。
大跨度拱桥建设方面，目前已建成的最大跨度拱桥约550米左右，其拱顶距离拱脚的高度差已达到110米以上，施工难度及风险均显著加大，难以大面积推广应用。而针对跨度在600米到800米之间的拱桥，目前还没有建成先例。主要原因是：拱圈结构尺寸随着跨度的增大而显著增长，目前的施工工艺和吊装设备均不能满足要求。
梁式桥具有结构受力优越、施工技术成熟、工程风险可控、工程造价低廉等显著优势，一直是大跨度桥梁建设的首选方案。但梁式桥一般采用混凝土结构，由于长期徐变下挠等原因，主跨跨度通常不超过200米。应用于高山峡谷地区时，往往需要修建超高桥墩，目前已建成的梁式桥桥墩已近200米，桥墩的工程造价已成为大跨径桥梁的主要部分。更为不利的是，对于绝大部分高山峡谷地貌，在谷底修建桥墩因为材料及设备无法达到等原因而不能实现。
为此，针对跨度在400米到800米左右的大跨度桥梁，必须寻求更为经济的桥梁结构形式。综合分析大跨度斜拉桥、大跨度拱桥和大跨度梁式桥三种桥型的优缺点，在现有大跨径梁式桥结构基础上进行改进，改善现有斜腿刚构桥的构造特点，在保持造价低廉的前提下，尽量减少桥墩施工难度，无疑是最有价值的方向。
现有斜腿刚构桥的设计方案中，斜腿一般采用V型短斜腿，有利于降低施工难度。斜腿长度一般在10米以内，斜腿的作用主要是增强墩顶区域主梁刚度。施工工艺是：采用满堂支架或托架作为短斜腿的支撑，待V型斜腿与0#块主梁连为整体并形成整体受力体系后，再拆除支架，按悬臂梁法对称施工主梁。因此，V型短斜腿方案由于斜腿长度短，对显著增大主桥跨度的实际意义较小，不适应跨度超200米的大跨径梁桥。
对于斜腿长度超过10米的长斜腿连续刚构桥，由于无法搭设支架施工长斜腿，且在刚构桥主梁中跨合拢前，斜腿不能作为独立体系进行受力，使得现有技术都无法建成长斜腿刚构桥。因此，现有长斜腿方案同样不适用主跨超200米的大跨径桥梁。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种地锚式斜腿刚构桥及其施工方法，利用斜拉扣索、背索和地锚辅助超长斜腿(和主梁)受力，可显著改善超300米以上大跨度斜腿刚构桥的施工便利性和受力性能。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种地锚式斜腿刚构桥，包括长斜腿、主梁、斜拉索塔、地锚、第一斜拉扣索、斜拉背索和桥台，所述长斜腿的长度大于10m，所述长斜腿的一端与地基固定连接，所述长斜腿的另一端与所述主梁固定连接，所述斜拉索塔设置在所述主梁的两端，所述第一斜拉扣索的一端与所述长斜腿固定连接，所述第一斜拉扣索的另一端固定连接于所述斜拉索塔，所述斜拉背索的一端和所述地锚固定连接，所述斜拉背索的另一端固定连接于所述斜拉索塔。
本发明所述的地锚式斜腿刚构桥通过设置斜拉索塔、第一斜拉扣索、斜拉背索和地锚，能够在施工和运营过程中辅助长斜腿受力，从而长斜腿的长度能够设计为10m以上，甚至长斜腿的长度能够达到50m以上，可显著改善超300米以上大跨度斜腿刚构桥的施工便利性和受力性能，基本克服大跨度混凝土梁桥主梁跨中因长期徐变影响而下挠开裂问题。
同时，本发明所述的地锚式斜腿刚构桥有利于根据地形和场地条件选择桥梁基础位置，避免修建超高桥墩和在谷底(水中)施工。另外，斜拉索塔可作为桥梁施工过程的辅助设施，实现永临结合，施工便利性和经济性均得到改善。采用本发明的方案，可使得长斜腿刚构桥能够适用于400米到800米跨度，且经济指标明显优越。初步测算，与500米跨度的拱桥相比，地锚式长斜腿刚构桥造价将节约70％。
作为本发明的优选方案，地锚式斜腿刚构桥还包括第二斜拉扣索，所述第二斜拉扣索的一端与所述主梁固定连接，所述第二斜拉扣索的另一端固定连接于所述斜拉索塔。
本发明所述的地锚式斜腿刚构桥通过增设第二斜拉扣索，能够在施工和运营过程中辅助主梁受力，可显著改善超300米以上大跨度斜腿刚构桥的施工便利性和受力性能，基本克服大跨度混凝土梁桥主梁跨中因长期徐变影响而下挠开裂问题。
作为本发明的优选方案，所述第二斜拉扣索的一端与中跨主梁固定连接。
作为本发明的优选方案，所述第二斜拉扣索为直线型钢绞线。
作为本发明的优选方案，所述第一斜拉扣索和所述斜拉背索均为直线型钢绞线。
作为本发明的优选方案，两个所述长斜腿沿着所述主梁的中轴线对称设置。
作为本发明的优选方案，所述长斜腿为钢结构或者混凝土结构。
作为本发明的优选方案，所述斜拉索塔为钻石型结构或H型结构。
作为本发明的优选方案，所述地锚为岩锚、重力锚或桩锚。
本发明还公开了一种地锚式斜腿刚构桥的施工方法，施工所述的一种地锚式斜腿刚构桥，包括以下步骤：
步骤一：施工桥台、斜拉索塔以及长斜腿基础，开挖地锚，将斜拉背索的一端和所述地锚固定连接，将所述斜拉背索的另一端固定连接于所述斜拉索塔，将第一斜拉扣索、第二斜拉扣索的一端分别固定连接于所述斜拉索塔；
步骤二：将所述长斜腿按照施工模板条件进行分段，逐节段悬臂浇筑施工长斜腿混凝土，并逐节段张拉所述第一斜拉扣索；其中每一节段施工如下：安装长斜腿节段施工挂篮，将该节段第一斜拉扣索的另一端临时连接于所述挂篮，初始张拉该节段第一斜拉扣索，浇筑节段混凝土，待混凝土达到设计强度后，将该节段第一斜拉扣索从挂篮转移锚固至长斜腿，并调整第一斜拉扣索张拉力；
步骤三：托架施工所述长斜腿与所述主梁的连接部；
步骤四：对称悬臂施工中跨和边跨主梁，张拉主梁预应力，将所述第二斜拉扣索的一端与中跨主梁固定连接，根据设计受力需要张拉所述第二斜拉扣索；
步骤五：中跨主梁合拢，张拉中跨主梁的底板束；
步骤六：浇筑边跨主梁的合拢段，张拉边跨主梁的底板束；
步骤七：桥面铺装施工，全桥完成。
本发明所述的地锚式斜腿刚构桥的施工方法，利用第一斜拉扣索、第二斜拉扣索辅助长斜腿和主梁受力，保证了施工安全，简化了施工步骤。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明所述的地锚式斜腿刚构桥通过设置斜拉索塔、第一斜拉扣索、斜拉背索和地锚，能够在施工和运营过程中辅助长斜腿受力，从而长斜腿的长度能够设计为10m以上，甚至长斜腿的长度能够达到50m以上，可显著改善超300米以上大跨度斜腿刚构桥的施工便利性和受力性能，基本克服大跨度混凝土梁桥主梁跨中因长期徐变影响而下挠开裂问题；
2、本发明所述的地锚式斜腿刚构桥通过增设第二斜拉扣索，能够在施工和运营过程中辅助主梁受力，可显著改善超300米以上大跨度斜腿刚构桥的施工便利性和受力性能，基本克服大跨度混凝土梁桥主梁跨中因长期徐变影响而下挠开裂问题；
3、本发明所述的地锚式斜腿刚构桥有利于根据地形和场地条件选择桥梁基础位置，避免修建超高桥墩和在谷底(水中)施工。另外，斜拉索塔可作为桥梁施工过程的辅助设施，实现永临结合，施工便利性和经济性均得到改善。采用本发明所述的地锚式斜腿刚构桥，可使得长斜腿刚构桥能够适用于400米到800米跨度，且经济指标明显优越。初步测算，与500米跨度的拱桥相比，地锚式长斜腿刚构桥造价将节约70％；
4、本发明所述的地锚式斜腿刚构桥将长斜腿一端直接与地基固定连接，不仅简化了结构，便于施工，且有利于进一步增大桥梁跨径；
5、本发明所述的地锚式斜腿刚构桥的施工方法，利用第一斜拉扣索、第二斜拉扣索辅助长斜腿和主梁受力，保证了施工安全，简化了施工步骤。
附图说明
图1是本发明实施例1所述的地锚式斜腿刚构桥的结构示意图；
图2是本发明实施例2所述的地锚式斜腿刚构桥的结构示意图；
图3是本发明所述的斜拉索塔的截面示意图；
图4是本发明实施例3施工长斜腿的示意图；
图5是本发明实施例3施工主梁的示意图；
图6是现有的无斜拉索的刚构桥的全桥受力示意图；
图7是本发明所述的地锚式斜腿刚构桥的全桥受力示意图；
图8是现有的无斜拉索的刚构桥在主梁最大悬臂状态的受力示意图；
图9是本发明所述的地锚式斜腿刚构桥在主梁最大悬臂状态的受力示意图；
图标：1-长斜腿，2-主梁，3-斜拉索塔，4-地锚，5-第一斜拉扣索，6-斜拉背索，7-第二斜拉扣索。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1所示，一种地锚式斜腿刚构桥，包括长斜腿1、主梁2、斜拉索塔3、地锚4、第一斜拉扣索5、斜拉背索6、桥台等。
两个长斜腿1沿着主梁2的中轴线对称设置，长斜腿1的长度大于10m，长斜腿1的一端与地基固定连接，长斜腿1的另一端与主梁2固定连接。长斜腿1为钢结构或者混凝土结构，是主要承力构件。长斜腿1与中跨主梁2形成门式刚架，为偏压构件。
斜拉索塔3设置在主梁2的两端，斜拉索塔3为钻石型结构或H型结构等构造，如图3所示。斜拉索塔3与边跨桥台形成整体，支撑在地基上，作为第一斜拉扣索5和斜拉背索6的传力构件，斜拉索塔3可为钢结构或混凝土结构。
地锚4可采用岩锚、重力锚或桩锚等。第一斜拉扣索5和斜拉背索6均为直线型钢绞线。
第一斜拉扣索5的一端与长斜腿1固定连接，第一斜拉扣索5的另一端固定连接于斜拉索塔3。第一斜拉扣索5通过施加预应力对长斜腿1进行辅助受力，确保长斜腿1可按节段进行悬臂浇筑法施工。
斜拉背索6的一端和地锚4固定连接，斜拉背索6的另一端固定连接于斜拉索塔3。斜拉背索6通过施加预应力对斜拉索塔3进行支撑，以平衡第一斜拉扣索5传来的水平拉力。
实施例2
如图2所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中地锚式斜腿刚构桥还包括第二斜拉扣索7，第二斜拉扣索7的一端与中跨主梁2固定连接，第二斜拉扣索7的另一端固定连接于斜拉索塔3。第二斜拉扣索7为直线型钢绞线。
如图6-图7所示，在增设了第一斜拉扣索5和第二斜拉扣索7后，全桥受力中负弯矩M2’<负弯矩M2，正弯矩M3’<正弯矩M3，正弯矩M4’<负弯矩M4。可知，本发明的地锚式斜腿刚构桥可显著改善长斜腿1和主梁2的受力性能，基本克服大跨度混凝土梁桥主梁跨中因长期徐变影响而下挠开裂问题。
实施例3
本实施例公开了一种施工实施例2所述的一种地锚式斜腿刚构桥的方法，包括以下步骤：
步骤一：施工桥台、斜拉索塔3以及长斜腿1基础，开挖地锚4，将斜拉背索6的一端和地锚4固定连接，将斜拉背索6的另一端固定连接于斜拉索塔3，将第一斜拉扣索5、第二斜拉扣索7的一端分别固定连接于斜拉索塔3；
步骤二：如图4所示，分将所述长斜腿1按照施工模板条件进行分段，逐节段悬臂浇筑施工长斜腿1混凝土，并逐节段张拉所述第一斜拉扣索5；其中每一节段施工如下：安装长斜腿1节段施工挂篮，将该节段第一斜拉扣索5的另一端临时连接于所述挂篮，初始张拉该节段第一斜拉扣索5，浇筑节段混凝土，待混凝土达到设计强度后，将该节段第一斜拉扣索5从挂篮转移锚固至长斜腿1，并调整第一斜拉扣索5张拉力；
步骤三：托架施工长斜腿1与主梁2的连接部；
步骤四：如图5所示，对称悬臂施工中跨和边跨主梁2，张拉主梁2预应力，将第二斜拉扣索7的一端与中跨主梁2固定连接，根据设计受力需要张拉第二斜拉扣索7；
步骤五：中跨主梁2合拢，张拉中跨主梁2的底板束；
步骤六：浇筑边跨主梁2的合拢段，张拉边跨主梁2的底板束；
步骤七：桥面铺装施工，全桥完成。
如图8-图9所示，在施工过程中处于主梁最大悬臂状态时，正弯矩M-2<负弯矩M-1。可知，通过增设第一斜拉扣索5能够显著长斜腿1在施工过程中的受力，从而能够在设计时增大长斜腿1的长度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种地锚式斜腿刚构桥，其特征在于，包括长斜腿(1)、主梁(2)、斜拉索塔(3)、地锚(4)、第一斜拉扣索(5)、斜拉背索(6)和桥台，所述长斜腿(1)的长度大于10m，所述长斜腿(1)的一端与地基固定连接，所述长斜腿(1)的另一端与所述主梁(2)固定连接，所述斜拉索塔(3)设置在所述主梁(2)的两端，所述第一斜拉扣索(5)的一端与所述长斜腿(1)固定连接，所述第一斜拉扣索(5)的另一端固定连接于所述斜拉索塔(3)，所述斜拉背索(6)的一端和所述地锚(4)固定连接，所述斜拉背索(6)的另一端固定连接于所述斜拉索塔(3)。
2.根据权利要求1所述的地锚式斜腿刚构桥，其特征在于，还包括第二斜拉扣索(7)，所述第二斜拉扣索(7)的一端与所述主梁(2)固定连接，所述第二斜拉扣索(7)的另一端固定连接于所述斜拉索塔(3)。
3.根据权利要求2所述的地锚式斜腿刚构桥，其特征在于，所述第二斜拉扣索(7)的一端与中跨主梁(2)固定连接。
4.根据权利要求3所述的地锚式斜腿刚构桥，其特征在于，所述第二斜拉扣索(7)为直线型钢绞线。
5.根据权利要求4所述的地锚式斜腿刚构桥，其特征在于，所述第一斜拉扣索(5)和所述斜拉背索(6)均为直线型钢绞线。
6.根据权利要求1-5任一所述的地锚式斜腿刚构桥，其特征在于，两个所述长斜腿(1)沿着所述主梁(2)的中轴线对称设置。
7.根据权利要求1-5任一所述的地锚式斜腿刚构桥，其特征在于，所述长斜腿(1)为钢结构或者混凝土结构。
8.根据权利要求1-5任一所述的地锚式斜腿刚构桥，其特征在于，所述斜拉索塔(3)为钻石型结构或H型结构。
9.根据权利要求1-5任一所述的地锚式斜腿刚构桥，其特征在于，所述地锚(4)为岩锚、重力锚或桩锚。
10.一种地锚式斜腿刚构桥的施工方法，其特征在于，施工如权利要求2-9任一所述的一种地锚式斜腿刚构桥，包括以下步骤：
步骤一：施工桥台、斜拉索塔(3)以及长斜腿(1)基础，开挖地锚(4)，将斜拉背索(6)的一端和所述地锚(4)固定连接，将所述斜拉背索(6)的另一端固定连接于所述斜拉索塔(3)，将第一斜拉扣索(5)、第二斜拉扣索(7)的一端分别固定连接于所述斜拉索塔(3)；
步骤二：将所述长斜腿(1)按照施工模板条件进行分段，逐节段悬臂浇筑施工长斜腿(1)混凝土，并逐节段张拉所述第一斜拉扣索(5)；其中每一节段施工如下：安装长斜腿(1)节段施工挂篮，将该节段第一斜拉扣索(5)的另一端临时连接于所述挂篮，初始张拉该节段第一斜拉扣索(5)，浇筑节段混凝土，待混凝土达到设计强度后，将该节段第一斜拉扣索(5)从挂篮转移锚固至长斜腿(1)，并调整第一斜拉扣索(5)张拉力；
步骤三：托架施工所述长斜腿(1)与所述主梁(2)的连接部；
步骤四：对称悬臂施工中跨和边跨主梁(2)，张拉主梁(2)预应力，将所述第二斜拉扣索(7)的一端与中跨主梁(2)固定连接，根据设计受力需要张拉所述第二斜拉扣索(7)；
步骤五：中跨主梁(2)合拢，张拉中跨主梁(2)的底板束；
步骤六：浇筑边跨主梁(2)的合拢段，张拉边跨主梁(2)的底板束；
步骤七：桥面铺装施工，全桥完成。
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