CN203334175U - 一种斜腿刚架拱桥的梁结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种斜腿刚架拱桥的梁结构，斜腿刚架拱桥的梁结构包括：沿横向等距排列的多片主梁和紧固在多片主梁间的多根横隔梁，多片主梁分别具有用以传递荷载的中支点节点，中支点节点上设置用以连接刚架拱桥斜腿的刚构支点，其中：主梁是自其中部向其具有的中支点节点逐渐增大高度的变高度结构。实施本实用新型的斜腿刚架拱桥的梁结构，主梁是自其中部向其具有的所述中支点节点逐渐增大高度的变高度结构，可以保证钢梁腹板在弯矩、剪力和局部横向集中力作用下不失稳。

Description

一种斜腿刚架拱桥的梁结构

技术领域

[0001] 本实用新型涉及工程领域，尤其涉及一种斜腿刚架拱桥的梁结构。

背景技术

[0002] 随着我国城市建设和交通事业的飞速发展，许多早期建设的桥梁已经不能满足现在城市的通行需求，现有桥梁使用年限久、接近结构的使用年限等问题突出。此外，现有桥梁的设计荷载等级较低，也无法满足当前阶段下的使用需要。

[0003] 组合梁结构在欧美、日本各国发展较早，编制了相应的设计标准或规范，但是这些规范主要是针对钢板梁以及闭截面钢箱梁的组合截面形式，体系上也主要是着重在技术上比较成熟的简支梁桥。从国外及国内的具有代表性的已建桥例来看，设计构思各异，仅仅针对所建桥梁开展了相应的研究工作，对斜腿刚架拱桥的结构设计，还未形成可供参考的具有共性的设计理论及方法。此外，斜腿刚架拱桥的桥梁形式的受力特点与普通的工字钢组合梁桥受力特点有很大的差异。考虑到国内公路桥梁设计规范中钢桥设计部分不成熟、组合梁结构相关设计条文基本没有设计的情况，申请人对斜腿刚架拱桥的结构、受力情况及施工方案给出了详细的解决方案。

实用新型内容

[0004] 本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种斜腿刚架拱桥的梁结构，可以保证钢梁腹板在弯矩、剪力和局部横向集中力作用下不失稳。

[0005] 为了解决上述技术问题，本实用新型的实施例提供了一种斜腿刚架拱桥的梁结构，斜腿刚架拱桥的梁结构包括:沿横向等距排列的多片主梁和紧固在多片主梁间的多根横隔梁，多片主梁分别具有用以传递荷载的中支点节点，中支点节点上设置用以连接刚架拱桥斜腿的刚构支点，其中:主梁是自其中部向其具有的中支点节点逐渐增大高度的变高度结构。

[0006] 其中:主梁为工字型钢梁结构，其包括:顶翼缘板、底翼缘板以及分别连接在顶翼缘板和底翼缘板之间的钢腹板，钢腹板自刚构支点向主梁中部的高度渐缩减小。

[0007] 其中:多片主梁的两端在其用以连接支座的连接处分别设置端横梁。

[0008] 其中:中支点节点及其邻侧设置加劲构件。

[0009] 其中:加劲构件包括:设置在主梁的底部，与底翼缘板设置平行的第一加劲肋。

[0010] 其中:第一加劲肋在刚架拱桥设置行车道边侧的主梁上布置为对称的双面。

[0011] 其中:第一加劲肋自刚构支点延伸设置。

[0012] 其中:加劲构件还包括:设置在主梁的顶部，与顶翼缘板设置平行的第二加劲肋。

[0013] 其中:中支点节点呈倒Y型。

[0014] 本实用新型所提供的斜腿刚架拱桥的梁结构，由于刚架拱桥的上部采用工字型钢梁与钢筋混凝土结合的组合梁结构，主梁是自其中部向其具有的所述中支点节点逐渐增大高度的变高度结构，可以保证钢梁腹板在弯矩、剪力和局部横向集中力作用下不失稳；主梁采用组合梁的结构在桥梁大部分界面位置上充分利用混凝土抗压性能好，钢结构的抗拉性能优的特点，通过连接件将二者结合，使结构在安全性和经济性上达到最优。

附图说明

[0015] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0016] 图1是本实用新型实施例斜腿刚架拱桥的立面结构示意图。

[0017] 图2是本实用新型实施例斜腿刚架拱桥的俯视结构示意图。

[0018]图3是本实用新型实施例刚架拱桥支撑连接结构的侧视结构示意图。

[0019] 图4是本实用新型实施例斜腿刚架拱桥的梁结构中设置加劲构件的结构示意图。

[0020] 图5是本实用新型实施例斜腿刚架拱桥组合梁的侧视结构示意图。

[0021] 图6是本实用新型实施例用于斜腿刚架拱桥组合梁连接结构的示意图。

[0022] 图7是本实用新型实施例刚架拱桥组合梁斜腿的结构示意图。

具体实施方式

[0023] 下面參考附图对本实用新型的优选实施例进行描述。

[0024] 结合參见图1-图7，为本实用新型斜腿刚架拱桥的实施例一。

[0025] 本实施例中的斜腿刚架拱桥为上承式斜腿刚架拱桥，为超静定结构体系，其单幅桥面上设有人行道、非机动车道以及机动车道。

[0026] 參见图1，为本实施例中斜腿刚架拱桥的立面结构示意图，该斜腿刚架拱桥包括:钢混凝土组合梁1、多根斜腿2、桥面板3 (如图2所示)以及支撑构件5，桥面板3通过连接件4紧固在钢混凝土组合梁1上。

[0027] 钢混凝土组合梁1包括:沿横向排列的多片主梁11和紧固在多片主梁11间的多根横隔梁12，主梁11包括:用以连接斜腿2的刚构支点111、顶翼缘板112、底翼缘板114以及分别连接在顶翼缘板112和底翼缘板114之间的钢腹板113，钢腹板113自刚构支点111向主梁1中部的高度渐缩减小；多根斜腿2的一端紧固在钢混凝土组合梁1的主梁11上，相对的另一端紧固在支撑构件5具有的承台52上，斜腿2相对承台52设置倾斜；支撑构件5还包括设置在承台52底部的桩基51和设置在承台52顶部的与多根斜腿2相适配的桥台53，多片主梁11的两端分别紧固在多个桥台53上。

[0028] 具体地，请结合參见图5，为本实施例中斜腿刚架拱桥组合梁的侧视结构示意图，其中:本实施例中的斜腿刚架拱桥的梁结构采用钢-混凝土组合エ字梁结构，单幅桥纵向共有7片主梁11，该7片主梁11的横向间距为3.6米。7片主梁11沿纵向每隔3.8-4.0m设置一道横隔梁12。

[0029] 进ー步的，主梁11包括:顶翼缘板112、底翼缘板114以及分别连接在顶翼缘板112和底翼缘板114之间的钢腹板113，其中:顶翼缘板112的板宽为0.6m，板厚为25_，底翼缘板114的板宽为0.6m,板厚为40mm。

[0030] 进ー步的，在主梁11两侧的中部分别具有用以传递荷载的中支点节点11A，呈倒Y型。本实施例中的中支点节点IlA为一大尺寸的高腹板节点，其一端具有用以连接斜腿2的刚构支点111。本实施例中，主梁11是自其中部向其具有的中支点节点IlA逐渐增大高度的变高度结构，也就是说:主梁11的钢腹板113自刚构支点111向主梁11中部的高度渐缩减小。

[0031] 将主梁11设置为钢-混凝土组合工字梁的变高度结构，通过中支点节点IIA与斜腿2的稳定受力情况，使上述结构承担的荷载能够安全、有效、平顺的传递至斜腿2以及斜腿2以下的承台52部分。

[0032] 本实施例中变高度中支点节点IlA的作用是:由于斜腿与主梁连接处工字型梁高度较高，远高于常规斜拉桥、悬索桥的钢箱梁，其高腹板稳定问题突出，变高度中支点节点IlA可以保证钢梁腹板在弯矩、剪力和局部横向集中力作用下不失稳。

[0033] 进一步的，在主梁11的两端分别设置端横梁13，多片主梁11通过端横梁13紧固在多个桥台53分别具有的支座处532上。

[0034] 主梁11与桥台53之间设置端横梁13的作用是:由于钢混凝土组合梁I在端支座532处可能出现支座负反力，采用钢一混凝土组合端横梁13，有利于改善支座反力；此外，由于主梁11两端侧的伸缩缝易发生漏水现象，采用端横梁13对结构耐久性有利，可进一步提高组合梁的抗弯和抗扭刚度。

[0035] 进一步的，中支点节点IlA及中支点节点IlA的邻侧设置加劲构件14。参见图4，为本实施例中斜腿刚架拱桥梁结构中设置加劲构件的结构示意图。

[0036] 加劲构件14包括:设置在主梁11的底部，自刚构支点111延伸设置，与底翼缘板114设置平行的第一加劲肋141。

[0037] 所设置第一加劲肋141的作用是:由于在中支点节点IlA附近主梁11靠近顶翼缘板112处受到的应力较小，主梁11靠近底翼缘板114处受到的应力较大，并且应力较大处集中在底翼缘板114处，使得主梁11应力分布较不均匀，且应力传递路径也不明确。考虑到主梁11传力主要靠下翼缘，其应力较大，因此在主梁11的底部，设置与底翼缘板114平行的第一加劲肋141，防止主梁11在偏载的不利影响下最边侧主梁11发生失稳现象，提高桥梁稳定性。通过调整主梁11的加劲构造，使主梁11的应力传递主要靠底翼缘板114及与其平行的第一加劲肋141共同承担，应力得到较大的分担。

[0038] 此外，加劲构件14还包括:设置在主梁11的顶部，与顶翼缘板112设置平行的第二加劲肋142。通过设置第二加劲肋142，使主梁11的应力分布更为均匀，进一步分散主梁11的应力。

[0039] 优选的，第一加劲肋141在刚架拱桥设置行车道边侧的主梁上布置为对称的双面。

[0040] 所设置第一加劲肋141和第二加劲肋142，除了具有力传递更为明确、主梁应力更为分散的作用外，还使主梁11在恒载作用下，桥梁屈曲系数均超过10，稳定性较好。同时，可以使桥梁主要失稳的位置从跨中向边跨第四、第五个横隔梁之间。当车辆荷载满布于车道上时，桥梁整体处于偏载作用下，内侧第二片主梁会先于最内侧主梁失稳，屈曲系数均超过5,稳定性好。

[0041] 钢混凝土组合梁I充分利用了钢材和混凝土的各自材料性能，具有设计合理、结构轻巧、施工周期短等特点，相比钢板梁以及闭截面钢箱梁的组合梁，其设计创新空间更大。

[0042] 结合參见图7，为本实施例刚架拱桥组合梁斜腿的结构示意图。本实施例中的斜腿2可以紧固连接在刚架拱桥变高度结构的主梁11及刚架拱桥的承台52之间用以传递主梁11的荷载在承台53上。

[0043] 斜腿2的作用是:将上部结构承担的荷载安全、有效、平顺的传递至斜腿以及斜腿以下的承台。

[0044] 本实施例中的斜腿2包括:型钢21和包覆在型钢21外周的混凝土浇注体24 ;斜腿2的一端具有用以将其与主梁11具有的刚构支点111相紧固的第一柱脚22，相对的另一端具有用以将其与承台53相紧固的第二柱脚23，第一柱脚22和第二柱脚23分别与型钢21紧固相连。

[0045] 进ー步的，斜腿2呈立方柱状，使用钢混组合斜腿柱脚的结构一方面可以解决水流对柱脚的腐蚀，另一方面可以保证斜腿2与承台52的紧密固结。具体实施时，第一柱脚22和第二柱脚23分别与型钢21相紧固，斜腿2通过第一柱脚22紧固在主梁11具有的刚构支点111上，斜腿2通过第二柱脚23紧固在承台52上。完成上述装配后边可在型钢21的外周浇注混凝土形成混凝土浇注体24。

[0046] 优选的，斜腿2相对承台53设置傾斜，型钢21的中心轴线与斜腿2的中心轴线相重合。

[0047] 优选的，型钢21包括交叉捆绑为一体的多根横向钢筋和多根纵向钢筋，多根纵向钢筋间相互平行并沿斜腿2的延伸方向设置。

[0048] 具体施工时，型钢21的结构可通过预制完成，通过在装配斜腿2处安装支架(图未示)完成型钢21与刚构支点111和承台52间的装配。此后，拆除斜腿2处的支架并浇注混凝土，其好处是:可以减小斜腿处混凝土的受力，也就是说，拆除斜腿型钢21的支架并浇注混凝土对桥梁的挠度及上部结构的受カ影响较小。

[0049] 进ー步的，型钢21上焊接有T肋(图未示)。斜腿2大部分区域的应カ较小。斜腿2上部腹板与底翼缘板的连接处有一定的应カ集中现象。实施时，腹板受カ较不均匀，上翼缘在斜腿上部受カ较小，在斜腿下部受カ较大；而下翼缘正好相反，斜腿上不受カ较大，下部较小，说明斜腿不仅受到上部主梁11的压力，还受到较大的弯矩作用。斜腿21外包混凝土的结构，使斜腿混凝土总体应力水平较低，最大拉应カ为0.6Mpa，出现在斜腿下部位置，且斜腿混凝土大部分区域均是受到压应カ的作用。

[0050] 桥面板3通过连接件4与钢混凝土组合梁1相连接，具体实施吋，为了减小混凝土桥面板3负弯矩的拉应力，桥面板3可通过分段浇注的方法进行施工。

[0051] 首先，架设钢梁，利用大跨度支架架设拼装钢梁。其中:使用大跨度支架施工，桥梁可看作多跨的连续梁，并且仅有钢梁自重作用在主梁11上，所以桥梁结构的变形及受カ较小。通过对主梁应カ云图的分析，靠近支点处的支架跨度较大且梁高相对跨中较小，故边跨的挠度最大；此外，通过对提取桥面板3中心线处的主梁的受カ进行分析得知，在此施工阶段，主梁11的受カ很小。其中:上翼缘最大拉应カ出现在边跨处的临时支架位置，下翼缘最大绝对值应カ出现在支点及临时支架位置，其他位置应カ值较小。

[0052] 其次，浇注边跨及中跨正弯矩区的桥面板混凝土，施工后，桥梁的挠度有明显的增カロ，在主梁11变高度处由于支架约束较多，并且主梁11顶部未浇注混凝土，其挠度相对较小。正弯矩混凝土浇注后，在中跨及边跨处主梁应力有明显的增加，主梁11下翼缘受到较大的顺桥向拉应力，且边跨应力大于中跨应力；钢梁上翼缘受力较不均匀，而应力值较小。通过对桥面板3混凝土应力云图的分析，桥面板3的总体应力水平较低，最大拉应力的超过IMpa,出现在边跨处临时支架处。各临时支架位置处桥面板顶面均出现一定的拉应力，而顶面其他位置混凝土基本处于受压状态。桥面板3地面混凝土受到的拉应力较小。

[0053] 紧接着，浇注完正弯矩区混凝土后拆掉除斜腿2处的所有支架，根据主梁的受力云图，拆除主梁11下的临时支架，钢梁的整体受力有明显的增加，尤其在中跨由于拆除之间跨径增加较大，其下部翼缘受到较大的拉应力。拆除支架后，桥面板3顶面大部分区域受到压应力,但桥面板3总体应力水平较低。

[0054] 然后，负弯矩桥面板3的浇注，在正弯矩区混凝土硬化收缩后浇注负弯矩桥面板3，桥面板3负弯矩混凝土浇注后的桥梁挠度，除在中支点负弯矩区主梁挠度有所增加外，其他位置的挠度相比之前的施工阶段并没有明显的变化。也就是说:浇注负弯矩区混凝土后主梁在中支点处上翼缘拉应力稍有减小，同时中跨中下翼缘的拉应力也有所减小。

[0055] 最后，拆除斜腿2处支架并浇注斜腿混凝土。浇注斜腿混凝土的步骤上述已详细说明，不再赘述。

[0056] 施工完成的桥面板3的结构包括:紧固在钢混凝土组合梁上的防水层31、中粒式改性浙青砼层32和改性浙青砼层33。其中:防水层31、中粒式改性浙青砼层32以及改性浙青砼层33紧固为一体，其可以提升桥面板3的抗裂性能。此外，上述分段浇注的施工方法可确保桥面板3的安全性和耐久性。

[0057] 请结合参见图6，为本实施例中用于斜腿刚架拱桥组合梁连接结构的示意图，其中:连接件4是用以将斜腿刚架拱桥的多段主梁11进行互连拼接以及主梁11与斜腿刚架拱桥的桥面板3间进行连接的结构件。

[0058] 具体地，本实施例中的主梁11包括多个节段，每个节段的主梁分别包括顶翼缘板112、底翼缘板114以及分别连接在顶翼缘板112和底翼缘板114之间的钢腹板113。其中:顶翼缘板112的顶部沿横向等距排列多排用以连接桥面板3的焊钉41，每个节段主梁11的至少一端设有用以拼接多个节段主梁11的螺栓连接件42。所述每个节段的主梁11通过其顶部的多排焊钉41与桥面板3相连接，所述每个节段的主梁11通过其端部具有的螺栓42拼接为一体。

[0059] 连接件4的布置对桥梁整体的受力有着至关重要的影响，本实施例中的斜腿刚架拱桥在每根工字型主梁沿顺桥向分为5个节段制作，每个节段之间采用螺栓连接件42进行连接。

[0060] 主梁11上翼缘处螺栓连接处均布置有焊钉连接件41，如每根主梁沿横桥向有6排焊钉，间距为IOOmm ;在顺桥向边支点附近焊钉间距为100mm，其他位置按150mm间距布置。根据计算，焊钉41受到的剪力水平不高，最大剪力约为25KN，较多剪力的焊钉41出现在主梁制作段的拼接处，此处采用螺栓连接件42连接主梁11.由于桥梁上内侧的车辆荷载大于外侧的人群荷载，所以在行车道下的主梁焊钉受到的剪力较大，而人行道下主梁焊钉受到的剪力最小。

[0061] 多段梁体通过连接件4进行装配，方便了梁体的运输，且多段梁体通过螺栓连接件42施工连接，提升梁体的抗疲劳性能、减少施工焊接。[0062] 參见图3，为本实用新型实施例刚架拱桥支撑连接结构的侧视结构示意图。其中:支撑构件5包括:承台52、设置在承台52底部的桩基51和设置在承台52顶部的与多根斜腿2相适配的桥台53，多片主梁11的两端分别紧固在多个桥台53上。

[0063] 支撑构件5还包括分别紧固在相邻两斜腿2和与其相对应的相邻两桥台53上的呈K型的连梁54。

[0064] 进ー步的，连梁54包括:第一连梁541和第二连梁542，第一连梁541的两端分别紧固在相邻两斜腿2上，第二连梁542的一端分别抵顶在第一连梁541的中部，相对的另一端分别紧固在相邻两桥台53上。

[0065] 具体实施时，桥面板3上的荷载可直接传递至距其最近的主梁11，并通过支座传递至下部斜腿2或连梁54结构上，增强钢架拱桥的稳定性。

[0066] 实施本实用新型的斜腿刚架拱桥的梁结构，由于刚架拱桥的上部采用エ字型钢梁与钢筋混凝土结合的组合梁结构，主梁是自其中部向其具有的所述中支点节点逐渐增大高度的变高度结构，可以保证钢梁腹板在弯矩、剪力和局部横向集中力作用下不失稳。主梁采用组合梁的结构在桥梁大部分界面位置上充分利用混凝土抗压性能好，钢结构的抗拉性能优的特点，通过连接件将二者结合，使结构在安全性和经济性上达到最优。在组合梁和承台之间通过型钢混凝土斜腿进行传力，斜腿与主梁作刚构连接，主梁上承担的荷载能够安全、有效、平顺的传递至斜腿以及斜腿以下的承台部分。斜腿采用型钢外包混凝土结构，使两构件共同受力，此外，型钢使斜腿与钢主梁的连接简化，混凝土包覆体増加了斜腿的稳定性及传递カ的可靠性；造型独特，结构新颖。

[0067] 以上所揭露的仅为本实用新型较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (9)

1.ー种斜腿刚架拱桥的梁结构，其特征在于，所述斜腿刚架拱桥的梁结构包括:沿横向等距排列的多片主梁和紧固在所述多片主梁间的多根横隔梁，所述多片主梁分别具有用以传递荷载的中支点节点，所述中支点节点上设置用以连接刚架拱桥斜腿的刚构支点，其中: 所述主梁是自其中部向其具有的所述中支点节点逐渐增大高度的变高度结构。

2.如权利要求1所述的斜腿刚架拱桥的梁结构，其特征在于，所述主梁为エ字型钢梁结构，其包括:顶翼缘板、底翼缘板以及分别连接在所述顶翼缘板和所述底翼缘板之间的钢腹板，所述钢腹板自所述刚构支点向所述主梁中部的高度渐缩减小。

3.如权利要求2所述的斜腿刚架拱桥的梁结构，其特征在于，所述多片主梁的两端在其用以连接支座的连接处分别设置端横梁。

4.如权利要求2所述的斜腿刚架拱桥的梁结构，其特征在于，所述中支点节点及其邻侧设置加劲构件。

5.如权利要求4所述的斜腿刚架拱桥的梁结构，其特征在于，所述加劲构件包括:设置在所述主梁的底部，与所述底翼缘板设置平行的第一加劲肋。

6.如权利要求5所述的斜腿刚架拱桥的梁结构，其特征在于，所述第一加劲肋在刚架拱桥设置行车道边侧的主梁上布置为对称的双面。

7.如权利要求6所述的斜腿刚架拱桥的梁结构，其特征在于，所述第一加劲肋自所述刚构支点延伸设置。

8.如权利要求5或6或7所述的斜腿刚架拱桥的梁结构，其特征在于，所述加劲构件还包括:设置在所述主梁的顶部，与所述顶翼缘板设置平行的第二加劲肋。

9.如权利要求1或2所述的斜腿刚架拱桥的梁结构，其特征在于，所述中支点节点呈倒Y型。