CN114875767B - 一种撑杆式推力拱桥及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种撑杆式推力拱桥及其施工方法，其包括相对设置的桥墩基础，两个桥墩基础的顶部设置主拱结构，两个桥墩基础上横跨设置主梁结构，主梁结构通过若干的吊杆支撑在主拱结构上，桥墩基础的外侧设有提高反向抗推能力的反力座结构，反力座结构通过撑杆连接桥墩和主拱结构，平衡主拱结构的水平推力。主梁结构两端可向外延伸，支撑在反力座结构上，形成边跨。通过设置反力座和撑杆，对于通常需要设置柔性系杆的大跨度拱桥，可以避免大吨位、长系杆的设置和张拉施工；不增加主拱跨度的情况下，通过拱座外移和撑杆设置，形成推力拱桥。

Description

一种撑杆式推力拱桥及其施工方法

技术领域

本发明实施例涉及桥梁工程技术领域，具体涉及一种撑杆式推力拱桥及其施工方法。

背景技术

目前大跨度拱桥主要有推力拱桥和系杆拱桥，如图1所示，a)、b)为推力拱桥结构，主拱的水平推力由基础传递给地基，c)、d)、e)为系杆拱桥，主拱的水平推力由系杆的拉力平衡。

推力拱桥结构受地形和地质条件限制，通常在山区峡谷和地质条件较好的地区修建，系杆拱桥的地形和地质适应能力更好，但是随着跨度的增加，系杆长度和主拱水平推力显著增大，系杆自身造价和施工难度也随之升高。另一方面，大跨度拱桥通常采用由高强钢丝组成的柔性系杆，系杆刚度小，只能平衡主拱的恒载推力，活载推力的平衡能力弱；同时，系杆的温度敏感性高，温度作用下系杆变形释放的位移会在主拱或主墩上产生显著的附加内力，对结构的受力不利。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种撑杆式推力拱桥及施工方法，以解决大跨度系杆拱桥的柔性系杆刚度小、温度变形大、平衡主拱活载水平推力能力弱、系杆张拉规模大和施工风险高的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

在本发明的实施方式的第一方面中，提供了一种撑杆式推力拱桥，包括相对设置的桥墩基础，两个所述桥墩基础的顶部设置主拱结构，两个所述桥墩基础上横跨设置主梁结构，所述主梁结构通过若干的吊杆支撑在主拱结构上，所述桥墩基础的外侧设有提高反向抗推能力的反力座结构，所述反力座结构通过撑杆连接所述桥墩基础和主拱结构。

进一步地，所述反力座结构包括两根顶端相交的杆件和锚定结构，所述锚定结构上设置反力座，所述反力座结构的侧面为三角形结构，其顶部与撑杆连接，所述锚定结构的顶面面积大于反力座底面的面积。

进一步地，所述撑杆连接在所述反力座两根杆件轴线的交点位置，所述撑杆的宽度小于反力座的宽度或者二者宽度相同。

进一步地，所述桥墩基础为一体成型结构，所述反力座包括两根顶部相交的杆件和锚定结构，锚定结构顶面与两根相交杆件形成三角形结构，同一个反力座上，三角形反力架的个数与主拱的拱肋片数相同，每个反力架对应一片拱肋，三角形反力架之间通过顶部设置的横梁连接，三角形反力架和桥墩顶部(拱脚)之间通过撑杆连接。

进一步地，所述桥墩基础包括桩基承台，所述桩基承台上设置墩柱，所述墩柱的顶部设置拱座，所述主拱结构安装在拱座上，所述撑杆纵向连接在拱座的另一侧面。

进一步地，所述拱座上设有斜面，所述主拱结构对接在所述拱座的斜面上，所述主拱结构和斜面接触点的切线与斜面所在的面相互垂直。

进一步地，所述主拱结构包括拱肋，拱肋为弧形结构支撑在所述拱座的斜面上，所述拱肋之间设置横撑，所述横撑在横桥向将拱肋连结为整体，所述吊杆安装在所述拱肋上。

进一步地，所述主梁结构两端设有边跨主梁，所述边跨主梁支撑在反力座结构上，形成边跨结构。

在本发明的实施方式的第二方面中，提供了一种撑杆式推力拱桥的施工方法，

该撑杆式推力拱桥包括相对设置的桥墩基础，两个所述桥墩基础的顶部设置主拱结构，两个所述桥墩基础上横跨设置主梁结构，所述主梁结构通过若干的吊杆支撑在主拱结构上，所述桥墩基础的外侧设有提高反向抗推能力的反力座结构，所述反力座结构通过撑杆连接所述桥墩基础和主拱结构；

首先，根据测量点确定位置并设置桥墩基础与反力座结构，将撑杆分别与桥墩基础及反力座结构固定；

其次，通过缆索吊机系统将主拱结构节段由两侧的桥墩顶部拱座固定后，分别向跨中拼装，直至合龙；

再次，通过支架或顶推施工架设边跨主梁，并通过缆索吊机系统安装吊杆、吊装中跨主梁结构，直至主梁结构合龙；

最后，拆除缆索吊机系统，铺设桥面，成桥。

在本发明的实施方式的第三方面中，提供了一种撑杆式推力拱桥的施工方法，

首先，根据测量点确定位置并设置桥墩基础与反力座结构，在桥墩底部设置平转球铰系统；

其次，以转体单元中的桥墩中心线为轴，与成桥位置呈适当的角度在支架上拼装拱肋，施工撑杆，拱肋与墩顶拱座铰接；

再次，在墩顶设置临时塔架，通过临时拉索和千斤顶将拱肋竖转到设计位置，然后利用墩底设置的平转系统将转体单位平转到成桥位置，接着利用拱肋吊机吊装合龙段，实现主拱合龙，并将拱脚与墩顶固结；

最后，通过支架或顶推施工架设边跨主梁，通过拱肋吊机安装吊杆、拼装中跨主梁直至主梁结构合龙；拆除支架和拱肋吊机系统，铺设桥面，成桥。

根据本发明的实施方式，该推力拱桥结构具有如下优点：其包括相对设置的桥墩基础，两个桥墩基础的顶部设置主拱结构，两个桥墩基础上横跨设置主梁结构，主梁结构通过若干的吊杆支撑在主拱结构上，桥墩基础的外侧设有提高反向抗推能力的反力座结构，反力座结构通过撑杆连接桥墩基础和主拱结构，通过设置反力座的结构形式对于通常需要设置系杆的大跨度拱桥，可以避免大吨位、长系杆的设置和张拉施工；解决柔性系杆对活载引起的主拱推力平衡能力弱和高强钢丝系杆温度敏感性高、温度变形大的问题；不增加主拱跨度的情况下，通过拱座外移和撑杆设置，形成推力拱桥；

该撑杆式推力拱桥的施工方法，与现有技术相比，通过利用撑杆作为平衡重，实现了拱肋先在岸边支架上拼装，然后竖转到设计高度，再平转就位的转体施工，从而避免大体量和大吨位拱肋节段的高空焊接拼装作业，可以提高施工质量，降低安全风险，同时最大限度地减少施工对既有线路或航道的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例提供的现有技术中几种大跨度拱桥的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的撑杆式推力拱桥的主视图；

图3为本发明实施例提供的撑杆式推力拱桥的俯视图；

图4为图2中A-A向的剖视图；

图5为本发明实施例提供的撑杆式推力拱桥中反力座结构的立体图；

图6为本发明实施例提供的撑杆式推力拱桥中桥墩基础的立体图；

图7为本发明另一实施例提供的撑杆式推力拱桥施工方法的分步图；

图8为本发明另一实施例提供的撑杆式推力拱桥施工方法的分步图；

图9为本发明另一实施例提供的撑杆式推力拱桥施工方法的分步图；

图10为本发明另一实施例提供的撑杆式推力拱桥施工方法的分步图；

图11为本发明另一实施例提供的撑杆式推力拱桥施工方法的分步图；

图12为本发明另一实施例提供的撑杆式推力拱桥施工方法的分步图；

图13为本发明另一实施例提供的撑杆式推力拱桥施工方法的分步图；

图14为本发明另一实施例提供的撑杆式推力拱桥施工方法的分步图；

图15为本发明另一实施例提供的撑杆式推力拱桥施工方法的分步图；

图16为本发明另一实施例提供的撑杆式推力拱桥施工方法的分步图。

图中：1、桥墩基础；1-1、桩基承台；1-2、墩柱；1-3、拱座；1-4、斜面；2、主拱结构；2-1、拱肋；2-2、横撑；3、主梁结构；3-1、边跨主梁；4、吊杆；5、撑杆；6、锚定结构；7、反力座；8、反力架横梁；9、三角形反力架；10、缆索吊机系统；11、临时塔架；12、地质层；13、临时拉索。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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。

本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

大跨度拱桥的关键技术问题是主拱水平推力如何平衡。特定条件下，受地形、通航和行洪等建设条件以及技术和经济条件限值，大跨度拱桥的起拱线位于桥墩顶部，主拱的水平推力一般通过柔性系杆的拉力平衡。鉴于大跨度拱桥柔性系杆存在的问题，通过拉力和推力的相对关系，提出在边跨设置抗推撑杆和反力座，通过撑杆的压力平衡主拱水平推力，在不增加主拱跨度的情况下形成推力式拱桥，即撑杆式推力拱桥。

实施例1

如图2、图3、图4所示，其示出了本发明实施例提供的撑杆式推力拱桥，包括相对设置的桥墩基础1，两个桥墩基础1的顶部设置主拱结构2，两个桥墩基础1上横跨设置主梁结构3，主梁结构3通过若干的吊杆4支撑在主拱结构2上，桥墩基础1的外侧设有提高反向抗推能力的反力座结构，反力座结构通过撑杆5连接桥墩基础1，撑杆5一方面承受主拱水平推力传递的压力，另一方面作为水平构件，需要承担自重引起的弯矩，因此属于压弯构件，应按压弯构件设计，并具备足够的强度。

该撑杆式推力拱桥通过设置反力座7的结构形式对于通常需要设置系杆的大跨度拱桥，可以避免大吨位、长系杆的设置和张拉施工；解决柔性系杆对活载引起的主拱推力平衡能力弱和高强钢丝系杆温度敏感性高、温度变形大的问题；不增加主拱跨度的情况下，通过撑杆5、锚定结构6和反力座7的设置，形成推力拱桥。

具体的结构中如图5所示，反力座结构包括锚定结构6，锚定结构6上设置反力座7，反力座7的侧面为三角形结构，其顶部与撑杆5连接，锚定结构6的顶面面积大于反力座7底面的面积。

在上述结构体系中，主拱结构2为主要承重结构，其水平推力主要由撑杆5与反力座结构组成的“抗推单元”承担，“抗推单元”的抗推刚度与桥墩基础1的抗推刚度的大小关系决定主拱水平推力在撑杆5和桥墩中的分配关系，应用中通过上述形式调整撑杆5、反力座7和桥墩基础1的结构以及截面或材料，保证二者的抗推刚度比值不小于10。

其中为达到高于上述比值范围，可增加撑杆5的截面面积或材料弹性模量，桥墩基础1可采用双薄壁结构，撑杆5的宽度小于反力座7的宽度或者二者宽度相同。

在更具体的实施例中，桥墩基础1为一体成型结构，反力座7包括纵向固定在锚定结构6上的反力架9，反力架9的横向连接横梁8，同侧桥墩基础1通过两个撑杆5对接在三角形反力架9的顶部，使得“抗推单元”的抗推刚度与桥墩基础1抗推刚度的比值大于10，从而更有效的保障抗推单元主要承担主拱水平推力、桥墩基础1承担主拱竖向力，使得结构传力体系明确，承载能力可靠。

在实际建造过程中，反力架9可以是三角形框架，包含两根顶部相交的杆件组成的一体结构，横梁8为三角架端部的横梁结构或板状结构。

如图6所示，桥墩基础1包括桩基承台1-1(或沉井或扩大基础等形式的基础)，桩基承台1-1上设置墩柱1-2，墩柱1-2的顶部设置拱座1-3，主拱结构2安装在拱座1-3上，撑杆5纵向连接在拱座1-3的侧面。

具体的结构中，拱座1-3上设有斜面1-4，主拱结构2对接在拱座1-3的斜面1-4上，主拱结构2和斜面1-4接触点的切线与斜面1-4所在的面相互垂直，即保障主拱结构2对桥墩基础1的作用力保持在同一方向上，从而使得主拱结构传递给拱座1-3的荷载方向不发生改变，结构的传力途径简单明了。

本实施例中，主拱结构2包括拱肋2-1，拱肋2-1为弧形结构支撑在拱座1-3的斜面1-4上，拱肋2-1的内部设置横撑2-2，吊杆4固定在拱肋2-1上，横撑2-2将相对设置的拱肋2-1在横桥向连接为整体结构，提高拱肋2-1的稳定性以及承载能力。

主梁结构3两端设有边跨主梁3-1，边跨主梁3-1支撑在反力座结构上，形成边跨结构，边跨主梁3-1与主梁结构3为一体结构，实现将主梁设计成连续结构，提高行车(特别是铁路列车)的平顺性、舒适性和安全性。

主梁结构与反力座滑动连接，不承担主拱的水平推力，反力座只是在竖向和横桥向上支撑主梁。

该撑杆式推力拱桥在不增加主拱跨度的情况下，可以解决高起拱线大跨度拱桥需要设置长系杆的问题，避免大吨位长系杆的张拉施工风险，以及柔性系杆刚度小、温度敏感性高和后期养护更换困难的问题，具有广阔的应用空间。

实施例2

如图7-10所示，撑杆式推力拱桥的施工方法：

该撑杆式推力拱桥包括相对设置的桥墩基础1，两个桥墩基础1的顶部设置主拱结构2，两个桥墩基础1上横跨设置主梁结构3，主梁结构3通过若干的吊杆4支撑在主拱结构2上，桥墩基础1的外侧设有提高反向抗推能力的反力座结构，反力座结构通过撑杆5连接桥墩基础1和主拱结构2；

首先，根据测量点确定位置并在地质层12上设置桥墩基础1与反力座结构，将撑杆5分别与桥墩基础1及反力座结构固定，为改善墩柱1-2的受力状态，在施工过程中可以对墩柱1-2施加预变形；

其次，在墩柱1-2顶部设置缆索吊机系统10的临时塔架11，建立缆缆索吊机系统10，通过缆索吊机系统10将分段式的拱肋节段由两侧的桥墩基础1固定后，分别向相对内侧拼装，直至合龙；

再次，主拱结构2合龙后安装吊杆4，支架上施工边跨主梁，利用缆索吊机系统10起吊、拼装中跨主梁结构3，直至主梁结构3合龙；

最后，拆除缆索吊机系统10及临时塔架11，铺装桥面，成桥，如图16所示。

实施例3

如图11-15所示，撑杆式推力拱桥的施工方法，

该撑杆式推力拱桥包括相对设置的桥墩基础1，两个桥墩基础1的顶部设置主拱结构2，两个桥墩基础1上横跨设置主梁结构3，主梁结构3通过若干的吊杆4支撑在主拱结构2上，桥墩基础1的外侧设有提高反向抗推能力的反力座结构，反力座结构通过撑杆5连接桥墩基础1和主拱结构2；

将墩柱1-2、部分或全部撑杆5(起平衡重作用)和半跨拱肋作为转体单元，在墩底设置平转球铰系统，转体施工的优点是避免拱肋的高空焊接作业，便于施工质量控制，同时减少施工对既有线路或航道的影响。施工方法如下：

首先，根据测量点确定位置并在地质层12上设置桥墩基础1与反力座结构，以转体单元的桥墩1中心线为轴，与成桥位置呈适当的角度搭设支架，在支架上拼装主拱结构2和撑杆5，拱肋与墩顶拱座铰接；

其次，将撑杆5作为平衡重，利用墩顶临时塔架11、临时拉索13和千斤顶将拱肋竖转到设计位置，再利用墩底的平转系统，将转体单元平转到成桥位置，吊装拱肋、撑杆合龙段，实现主拱和撑杆合龙，同时将拱脚和墩顶拱座固结，拆除临时塔架11和临时拉索13；

再次，采用支架或顶推施工架设边跨主梁3-1，通过拱肋吊机安装吊杆和中跨主梁3，直至主梁3合龙。

最后，拆除支架，施工桥面，成桥，如图16所示。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种撑杆式推力拱桥，包括相对设置的桥墩基础，其特征在于，两个所述桥墩基础的顶部设置主拱结构，两个所述桥墩基础上横跨设置主梁结构，所述主梁结构通过若干的吊杆支撑在主拱结构上，所述桥墩基础的外侧设有提高反向抗推能力的反力座结构，所述反力座结构通过撑杆连接所述桥墩基础和主拱结构；

其中，所述反力座结构包括锚定结构，所述锚定结构上设置反力座，所述反力座的侧面为三角形结构，三角形结构的顶部与撑杆连接，所述锚定结构的顶面面积大于反力座底面的面积；

其中，所述桥墩基础包括桩基承台，所述桩基承台上设置墩柱，所述墩柱的顶部设置拱座，所述主拱结构安装在拱座上，所述撑杆纵向连接在拱座的另一侧面。

2.如权利要求1所述的撑杆式推力拱桥，其特征在于，所述撑杆连接在三角形结构的反力座的竖杆和斜杆之轴线交点位置，所述撑杆的宽度小于反力座的宽度或者二者宽度相同。

3.如权利要求2所述的撑杆式推力拱桥，其特征在于，所述桥墩基础为一体成型结构，所述反力座包括锚定基础，所述锚定基础的顶面上设置两个三角形反力架，同侧所述桥墩基础通过两个撑杆对接在与三角形反力架上。

4.如权利要求3所述的撑杆式推力拱桥，其特征在于，所述拱座上设有斜面，所述主拱结构对接在所述拱座的斜面上，所述主拱结构和斜面接触点的切线与斜面所在的面相互垂直。

5.如权利要求1所述的撑杆式推力拱桥，其特征在于，所述主拱结构包括拱肋，拱肋为弧形结构支撑在所述拱座的斜面上，所述两片拱肋之间设置横撑，所述横撑将所述两片拱肋横向连接形成整体，所述吊杆固定在所述拱肋上。

6.如权利要求1所述的撑杆式推力拱桥，其特征在于，所述主梁结构两端设有边跨主梁，所述边跨主梁支撑在反力座结构上，形成边跨结构。

7.一种包含权利要求1-6任意一项所述撑杆式推力拱桥的施工方法，其特征在于，该撑杆式推力拱桥包括相对设置的桥墩基础，两个所述桥墩基础的顶部设置主拱结构，两个所述桥墩基础上横跨设置主梁结构，所述主梁结构通过若干的吊杆支撑在主拱结构上，所述桥墩基础的外侧设有提高反向抗推能力的反力座结构，所述反力座结构通过撑杆连接所述桥墩基础和主拱结构；

首先，根据测量点确定位置并设置桥墩基础与反力座结构，将撑杆分别与桥墩基础及反力座结构固定；

其次，通过缆索吊机系统将主拱结构节段由两侧的桥墩顶部拱座固定后，分别向跨中拼装，直至合龙；

再次，通过支架或顶推施工架设边跨主梁，安装吊杆，并通过缆索吊机系统吊装中跨主梁结构，直至主梁结构合龙；

最后，拆除缆索吊机系统，铺设桥面，成桥。

8.一种包含权利要求1-6任意一项所述撑杆式推力拱桥的施工方法，其特征在于，半跨主拱结构、桥墩和部分或全部撑杆组成转体单元，转体单元以桥墩中心线为轴，与成桥位置呈适当的角度施工，主拱结构在支架上拼装完成后先竖转到设计位置，然后整个转体单元平转就位；

首先，根据测量点确定位置并设置桥墩基础与反力座结构，在桥墩底部设置平转球铰系统；

其次，以转体单元中的桥墩中心线为轴，与成桥位置呈适当的角度在支架上拼装拱肋，施工撑杆，拱肋与墩顶拱座铰接；

再次，在墩顶设置临时塔架，通过临时拉索和千斤顶将拱肋竖转到设计位置，然后利用墩底设置的平转系统将转体单位平转到成桥位置，接着利用拱肋吊机吊装合龙段，实现主拱合龙，并将拱脚与墩顶固结；

最后，通过支架或顶推施工安装边跨主梁，通过拱肋吊机架设吊杆、拼装中跨主梁直至主梁结构合龙；

拆除支架和拱肋吊机系统，铺设桥面，成桥。