CN204282187U - 一种新型蝴蝶拱桥 - Google Patents

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梁立农
何海
姜启珍
林延鹏
郑楷柱
王璇
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Abstract

本实用新型针对追求拱桥的造型独特建筑外形和确保结构安全受力合理的矛盾，提供了一种新的拱桥桥型——带副拱的提篮式系杆拱，该系杆拱包括桥面系和组合拱肋，桥面系包括纵梁、横梁和桥面板，纵梁及横梁采用工字型钢梁，桥面板与纵梁、横梁采用剪力钉结合；其特征在于：组合拱肋包括由外倾的副拱和内倾的主拱构成，主拱为钢管混凝土拱，副拱为钢管拱，主拱和副拱之间采用横联连接，系杆采用钢箱截面的刚性系杆。通过对系杆、吊杆、桥面系等进行合理的比选，找出合理的形式，并选择合理的施工方案。

Description

一种新型蝴蝶拱桥
技术领域
本发明涉及一种公路工程、市政工程中新的拱桥造型，尤其涉及一种具有良好景观效果的拱桥设计的新特点。
背景技术
拱桥作为结构的同时也是建筑，拱桥给人们带来美的享受同时，也给结构带来更多的挑战。目前蝴蝶拱桥已修建多座，这种优雅的桥型小到人行天桥，大到跨江河的几百米拱桥都有所应用，然而其受力的复杂及不合理，直接带来了工程造价的急剧上升，同时也给结构安全带来隐患。所以在追求这种漂亮的桥型时，也兼顾受力的合理性、简洁、明确，这无疑直接减小工程造价，扩大桥型的修建适合范围。
发明内容
本发明针对追求拱桥的造型独特建筑外形和确保结构安全受力合理的矛盾，提供一种新型蝴蝶拱桥设计的新桥型，有效地平衡建筑造型和结构安全两者的关系，提出一种带副拱的提篮式系杆拱新桥型。该桥梁具有提篮式系杆拱的受力优点，又有蝴蝶拱的美观造型，该结构体系在满足城市桥梁美观的要求下，增大跨越能力和进一步降低工程造价。
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种带副拱的提篮式系杆拱，该系杆拱包括桥面系和组合拱肋，桥面系包括纵梁、横梁和桥面板，纵梁及横梁采用工字型钢梁，桥面板与纵梁、横梁采用剪力钉结合。其特征在于：组合拱肋包括由外倾的副拱和内倾的主拱构成，主拱为钢管混凝土拱，副拱为钢管拱，主拱和副拱之间采用横联连接，系杆采用钢箱截面的刚性系杆。
优选的，所述带副拱的提篮式系杆拱两主拱拱肋拱脚宽27.66m，两主拱拱顶处拱肋中心距离为16.763m，主拱拱肋向桥面板侧倾斜13°，副拱拱肋向桥面板外侧倾斜10°。
优选的，所述带副拱的提篮式系杆拱采用拱梁固结、梁墩分离的结构体系。
优选的，所述带副拱的提篮式系杆主拱拱肋矢跨比1/5。
本发明与传统的梁桥设计方法相比，优点是：（1）相比一般的提篮式系杆拱桥，本发明的拱肋具有副拱，在辅助主拱受力的同时，形成蝴蝶拱的优雅造型，进行了深入的景观设计；（2）相比一般的蝴蝶拱，本发明的受力体系具有提篮式系杆拱桥的优点，克服了一般的蝴蝶拱的结构受力极不合理、施工风险大、造价极高等缺点；（3）本发明具有了蝴蝶拱的优雅造型又有提篮拱的受力优点，具有良好的景观效果和经济性。
附图说明
图1为本发明的拱桥造型整体结构示意图；图2为“蝴蝶拱”桥面造型图；图3为主桥桥面布置。附图标记说明：1、主拱；  2、副拱；  3、横撑；  4、横联；  5、系杆；
6、刚性系杆；  7、桥墩；  8、拱脚；  9、桥面系。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述。
（1）对于拱桥各个受力构件如图1，桥面系9承受汽车等荷载，通过系杆5传递到主拱1，副拱2通过横联4与主拱1形成组合拱共同受力，同时形成“蝴蝶翅膀”造型，由于主拱1在荷载作用下，产生水平推力，通过刚性系杆6消除水平力对桥墩7的影响，主拱1内倾，通过横撑3形成稳定体系，成为典型“提篮拱”造型。通过各个受力构件，上部结构自成体系，在“蝴蝶翅膀”和“提篮拱”两种造型效果下，形成“蝴蝶”造型。
（2）“蝶舞”的概念设计造型图如图2，从图2中可以看出，远观造型，在主拱肋1上向两侧伸展开两副拱2，形成舞动的翅膀，给人静中有动的视觉享受。
（3）车辆经过桥面系9时的蝴蝶拱造型图如图3，从图中可以看出，多道横撑3和主拱1组合形成蝴蝶身体，副拱2和横联4组合形成蝴蝶翅膀，从桥上经过，犹如一只蝴蝶翩翩起舞从上空飞过，萦绕你周边，使人沉浸在清风蝶舞的氛围中。
纵梁及横梁采用工字型钢梁，桥面板与纵梁、横梁采用剪力钉结合。
主拱为钢管混凝土拱，副拱为钢管拱，主拱和副拱之间采用横联连接，系杆采用钢箱截面的刚性系杆。
优选的，所述带副拱的提篮式系杆拱两主拱拱肋拱脚宽27.66m，两主拱拱顶处拱肋中心距离为16.763m，主拱拱肋向桥面板侧倾斜13°，副拱拱肋向桥面板外侧倾斜10°。
优选的，所述带副拱的提篮式系杆拱采用拱梁固结、梁墩分离的结构体系。
优选的，所述带副拱的提篮式系杆主拱拱肋矢跨比采用1/5。
由于通航条件的复杂性，采用了一跨118m跨越江门水道，桥墩设在两岸陆地上。主桥跨径为118m。主桥为下承式带副拱的提篮式系杆拱桥，桥面系为钢混组合结构，吊杆纵向间距为5m，拱肋为内填混凝土的钢管混凝土组合结构。主拱的矢跨比为1/5，副拱的矢跨比为1/3.41，拱轴系数均为m=1.3的悬链线。
两主肋拱脚宽27.66m，拱顶处拱肋间距16.763m，主拱肋向内倾斜13°，主拱构成提篮式拱；两副拱向外倾斜10°，整个结构构成一个翩翩起舞的“蝴蝶”造型。
矢跨比的选择
矢跨比选择通常是从受理合理的角度考虑的，旨在寻找合理的拱轴线，使拱的受力以压力为主，尽量避免拱受过多的弯矩。主桥为带副拱的拱篮式拱桥，矢跨比的选择需要兼顾受力和美观。
由于主拱为主要受力拱，副拱起辐助受力作用，从主拱受力合理的角度考虑，主拱采用1/4的矢跨比较合适，主拱的高度接近30米，具有一定的标志性，但考虑到副拱必须与主拱以一定的夹角向外倾，构成“蝶”形造型，则副拱就显得突兀，因此，主拱1/4的矢跨比被否定。而当主拱矢跨比采用1/5时，显然主拱承受的压力会更大，但搭配合理的副拱矢跨比后，整个主桥的景观造型会更理想。经多方案比选，最终选定主拱矢跨比为1/5，副拱矢跨比为1/3.41。
拱梁固结、梁墩分离的体系是最适合本桥的结构体系。拱梁固结能够可靠地将拱传来的力传递到主墩上；拱梁固结构造尺寸小，不用增加桥梁宽度，节约空间、节省造价；拱梁固结可将拱脚和梁段一起制造，安装方便；上部梁拱在温度作用下能自由伸缩，不受墩的约束，主墩构造尺寸小，结构显得轻盈，景观效果好。
拱肋结构形式选择
主拱采用钢管混凝土拱，副拱采用钢管拱，以主拱受力为主，副拱起辅助受力的作用，可以使拱肋在造价、施工难度、建设工期和景观造型等方面综合性能最优，因此，初步设计采用主拱为钢管混凝土、副拱为钢管拱的组合拱肋。
桥面系形式选择
由于主桥桥面宽，跨度不大，桥面受力结构采用混凝土桥面板比较适宜，从减轻主桥恒载、减小横梁吊重、方便与系杆连接等方面综合考虑，桥面系横梁及纵梁采用工字形钢梁。为改善桥面板的受力，桥面板与纵横梁采用剪力钉进行结合。
主桥桥面全宽34.5m，桥面布置：2.5m（人行道）＋2.5m（拱肋构造宽）＋0.5m（防撞栏）＋11.5m（车行道宽）＋0.5m（中央分隔栏）＋11.5m（车行道宽）＋0.5m（防撞栏）＋2.5m（拱肋构造宽）+2.5m（人行道）。
吊杆形式选择
主桥跨度为118米，吊杆间距不宜太大，采用5米的间距是比较合适的，这样，就决定了吊杆采用外形较小的柔性吊杆最合适。目前柔性吊杆主要有两种：                                                高强度钢丝成品拉索，钢绞线整束挤压拉索。
由于钢绞线整束挤压拉索的索体截面更小，主拱内锚管占用的空间小，对钢管内压力灌注混凝土的阻碍小，有利于控制钢管内混凝土的灌注质量，因此，设计采用钢绞线整束挤压拉索。
为方便吊杆的施工，对吊杆的锚固形式进行了优化，张拉端设在主拱上，系杆上设置锚拉板，这样避免在系杆狭窄的箱体内穿索，改善了工作条件。
主拱采用Q370qD钢，副拱采用Q345qD钢，系杆采用Q345qD钢。

Claims (4)

1.一种新型蝴蝶拱桥，由带副拱的提篮式系杆拱构成，该系杆拱包括桥面系和组合拱肋，桥面系包括纵梁、横梁和桥面板，纵梁及横梁采用工字型钢梁，桥面板与纵梁、横梁采用剪力钉结合；其特征在于：组合拱肋包括由外倾的副拱和内倾的主拱构成，主拱为钢管混凝土拱，副拱为钢管拱，主拱和副拱之间采用横联连接，系杆采用钢箱截面的刚性系杆。
2.如权利要求1所述的一种新型蝴蝶拱桥，其特征在于：两主拱拱肋拱脚宽27.66m，两主拱拱顶处拱肋中心距离为16.763m，主拱拱肋向桥面板侧倾斜13°，副拱拱肋向桥面板外侧倾斜10°。
3.如权利要求2所述的一种新型蝴蝶拱桥，其特征在于：该系杆拱采用采用拱梁固结、梁墩分离的结构体系。
4.如权利要求3所述的一种新型蝴蝶拱桥，其特征在于：该系杆拱主拱拱肋矢跨比采用1/5。
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