CN206457713U - 一种轻质混合梁单索面矮塔斜拉桥体系 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种轻质混合梁单索面矮塔斜拉桥体系，包括：矮塔、斜拉索、连接梁段、钢桁架‑混凝土桥面板组合梁段、工字型混凝土‑钢桁架腹杆组合梁段、支座梁段和桥墩，矮塔垂直固接在所述支座梁段的上方，桥墩垂直固接在支座梁段的下方作为桥梁的支撑，斜拉索一端固接在所述矮塔的顶端，斜拉索的另一端固接在工字型混凝土‑钢桁架腹杆组合梁段上，工字型混凝土‑钢桁架腹杆组合梁段一端通过连接梁段与钢桁架‑混凝土桥面板组合梁段固接，工字型混凝土‑钢桁架腹杆组合梁段的另一端与支座梁段固接，支座梁段采用混凝土截面。本实用新型提出的桥梁体系结构简单，自重更轻，工程构件预制化程度大幅提升，施工速度显著增快。

Description

一种轻质混合梁单索面矮塔斜拉桥体系

技术领域：

本实用新型涉及桥梁设计施工技术领域，尤其涉及一种轻质混合梁单索面矮塔斜拉桥体系。

背景技术：

矮塔斜拉桥又称部分斜拉桥，它兼有斜拉桥和悬浇变截面预应力混凝土连续梁桥二种桥型的结构优点，具有较大的刚度和较低的桥塔高度，桥型美观，跨越能力大，在100-300米跨径范围内具有很强的竞争力，是一种很有发展潜力的桥型结构。近十年来，其发展速度尤为迅猛，在全世界范围内已有近百座矮塔斜拉桥建成，其中有50余座在我国境内。

目前的刚构桥桥梁结构形式不合理，容易发生跨中下挠与腹板开裂问题，矮塔斜拉桥作为介于斜拉桥与刚构桥之间的结构形式，由于其同时采用体内预应力与体外预应力，桥梁的经济跨越能力更大，达到200-300m，但目前的矮塔斜拉桥主要采用混凝土主梁，其梁体自重大，在一段时间的运营后，仍可能出现跨中下挠与腹板开裂问题，因此提出一种主梁为组合结构的轻质混合梁矮塔斜拉桥体系以大幅降低主梁自重，避免桥梁在营运使用出现跨中下挠与腹板开裂问题，具有显著的工程意义。

发明内容：

本实用新型的目的在于提供一种轻质混合梁单索面矮塔斜拉桥体系，以降低矮塔斜拉桥结构体系跨中梁段主梁结构自重，提高跨中梁段主梁的抗弯刚度，使结构受力性能优化，形成一种结构更加简单，自重更轻，具有更广阔工程运用前景的轻质混合梁单索面矮塔斜拉桥体系。

为实现上述目的，本实用新型提出的轻质混合梁单索面矮塔斜拉桥体系，包括：矮塔、斜拉索、连接梁段、钢桁架-混凝土桥面板组合梁段、工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段、支座梁段和桥墩，所述矮塔垂直固接在所述支座梁段的上方，所述桥墩垂直固接在所述支座梁段的下方作为桥梁的支撑，所述斜拉索一端固接在所述矮塔的顶端，所述斜拉索的另一端固接在所述工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段上，所述工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段一端通过所述连接梁段与所述钢桁架-混凝土桥面板组合梁段固接，所述工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段的另一端与所述支座梁段固接，所述支座梁段采用混凝土截面。

上述技术方案中，所述矮塔的高度为中跨跨径L的1/20～1/8，所述钢桁架-混凝土桥面板组合梁段的长度为中跨跨径L的 1/4～1/3，所述工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段的长度为中跨跨径L的3/14～3/7，所述支座梁段的单侧长度为中跨跨径L的 1/15～1/20。通过大量的计算及优化，规定了各个梁段的比例长度，以达到结构形式最优化的效果。

上述技术方案中，所述连接梁段包括：连接梁段下翼缘钢纵梁、腹杆、上翼缘钢纵梁、连接梁段腹板钢壳、连接梁段钢壳内栓钉、安装台座、上翼缘钢桥面板、上翼缘钢横梁、连接段钢壳端板和下翼缘钢盖板，连接梁段的抗弯刚度大于两个相邻梁段，其抗弯刚度大于相邻梁段保证了在发生结构极限荷载破坏时，不会发生在连接节点位置的破坏。

上述技术方案中，所述钢桁架-混凝土桥面板组合梁段由跨中混凝土桥面板、跨中钢桁架腹杆、跨中钢桁架下弦杆和跨中钢桁架下弦横杆构成，所述跨中钢桁架腹杆固定设置在所述跨中混凝土桥面板与跨中钢桁架下弦杆及跨中钢桁架下弦横杆之间，所述跨中钢桁架下弦杆与跨中钢桁架下弦横杆垂直相接，所述跨中混凝土桥面板采用强度大于C60的高性能纤维混凝土，采用高强度高性能纤维混凝土可以大幅的降低板的厚度，减轻跨中钢桁架-混凝土桥面板组合梁段的重量。

上述技术方案中，所述工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段是由工字型混凝土截面与钢桁架腹杆构成的空间结构。

上述技术方案中，所述工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段由顶部的混凝土顶板、底部的混凝土底板以及固定设置在所述混凝土顶板和混凝土底板之间的钢桁架腹杆和混凝土腹板组成，所述混凝土顶板、混凝土底板和混凝土腹板内设置有张拉预应力。

上述技术方案中，所述支座梁段采用单箱多室混凝土截面形式，所述支座梁段由支座梁段上翼缘板、支座梁段外腹板、支座梁段内底板和支座梁段内腹板组成，所述支座梁段外腹板和所述支座梁段内腹板固定设置在所述支座梁段上翼缘板和支座梁段内底板之间。

本实用新型中三个梁段的连接方法如下：

在施工时，首先通过桁架杆拼接螺栓将工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段的钢桁架腹杆与连接梁段的腹杆平行对接，连接梁段下翼缘钢纵梁与工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段的连接面上布置连接段端部栓钉，通过在连接梁段的工字型钢壳与工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段的工字型模板内一体浇筑钢筋混凝土，使工字型混凝土-钢桁架腹杆组合段与连接梁段结合为整体；连接梁段的连接段钢壳端板外部设置跨中钢桁架-混凝土桥面板组合梁段的安装台座，钢桁架-混凝土桥面板组合梁段整体预制后吊装上安装台座，之后在工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段、连接梁段、与钢桁架-混凝土桥面板组合梁段内张拉预应力筋，使以上个梁段整体工作；下翼缘钢盖板采用开放式，可以使混凝土的浇筑更为方便。

本实用新型与现有技术方案相比具有以下有益效果和优点：

本实用新型在靠近支座梁段采用混凝土截面，提供强大的抗压与抗扭能力；在斜拉索锚固段采用工字型混凝土-钢桁架腹杆组合截面，并将斜拉索锚固在该截面的混凝土腹板上，工字型混凝土的底板提供强大的抗压能力；跨中梁段采用钢桁架-混凝土桥面板组合结构，不仅可大幅降低跨中梁段主梁结构自重，减小跨中弯矩，而且能够大幅提高跨中梁段主梁的抗弯刚度，使结构受力性能大幅优化；与现有的矮塔斜拉桥对比，本实用新型专利公开的桥梁体系结构简单，自重更轻，工程构件预制化程度大幅提升，施工速度显著增快。

附图说明

图1为轻质混合梁单索面矮塔斜拉桥立面图；

图2为支座梁段横截面图；

图3为工字型混凝土-钢桁架腹杆组合截面图；

图4为跨中钢桁架-混凝土桥面板组合截面图；

图5为桁架腹杆连接示意图；

图6为连接梁段立面布置示意图；

图7为连接梁段钢壳结构布置示意图；

图8为连接梁段桁架结构布置示意图；

图9为连接梁段钢桥面板布置示意图；

图10为84+220+84m轻质混合梁单索面矮塔斜拉桥立面布置图；

图11-1为图10的A-A剖面图；

图11-2为图10的B-B剖面图；

图11-3为图10的C-C剖面图；

图12为96+240+96m轻质混合梁单索面矮塔斜拉桥立面布置图；

图13-1为图12的A-A剖面图；

图13-2为图12的B-B剖面图；

图13-3为图12的C-C剖面图；

附图标号说明：1、矮塔；2、斜拉索；3、连接梁段；4、钢桁架-混凝土桥面板组合梁段；5、工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段；6、支座梁段；7、桥墩；8、连接段端部栓钉；9、桁架杆拼接螺栓；31、连接梁段下翼缘钢纵梁；32、腹杆；33、上翼缘钢纵梁；34、连接梁段腹板钢壳；35、下翼缘钢盖板；36、连接梁段钢壳内栓钉；37、安装台座；38、上翼缘钢桥面板；39、上翼缘钢横梁；310、连接段钢壳端板；41、跨中混凝土桥面板；42、跨中钢桁架腹杆；43、跨中钢桁架下弦杆；44、跨中钢桁架下弦横杆；51、混凝土顶板；52、钢桁架腹杆；53、混凝土底板；54、混凝土腹板； 61、支座梁段上翼缘板；62、支座梁段外腹板；63、支座梁段内底板；64、支座梁段内腹板。

具体实施方式

为便于更好的理解本实用新型的目的、结构、特征以及功效等，现结合附图图1至图13-3和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述。

实施例1：

如图1所示，本实施例中的轻质混合梁单索面矮塔斜拉桥体系，包括：矮塔1、斜拉索2、连接梁段3、钢桁架-混凝土桥面板组合梁段4、工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段5、支座梁段6和桥墩 7，矮塔1垂直固接在支座梁段6的上方，桥墩7垂直固接在支座梁段6的下方作为桥梁的支撑，斜拉索2一端固接在矮塔1的顶端，另一端固接在工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段5上，工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段5一端通过连接梁段3与钢桁架-混凝土桥面板组合梁段4固接，工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段5的另一端与支座梁段6固接，支座梁段6采用混凝土截面。

如图10所示，本实施例中的轻质混合梁单索面矮塔斜拉桥跨径组合为84+220+84m，桥塔高25m，桥面宽度为15m。采用本实用新型提出的轻质混合梁单索面矮塔斜拉桥结构体系，靠近支座梁段 6的单侧长度为中跨跨径L的1/15～1/20，取为12m；中跨的工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段5的长度为中跨跨径L的3/14～3/7，取为66m(包括连接段3m)，边跨的工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段5的长度为中跨跨径L的3/14～3/7，取为72m。钢桁架-混凝土桥面板组合梁段4的长度为中跨跨径L的1/3～1/4，取为64m，矮塔1的高度为中跨跨径L的1/20～1/8，取为25m。

如图5至图8所示，连接梁段3包括：连接梁段下翼缘钢纵梁 31、腹杆32、上翼缘钢纵梁33、连接梁段腹板钢壳34、下翼缘钢盖板35、连接梁段钢壳内栓钉36、安装台座37、上翼缘钢桥面板 38、上翼缘钢横梁39和连接段钢壳端板310，连接梁段3的抗弯刚度大于两个相邻梁段，其抗弯刚度大于相邻梁段保证了在发生结构极限荷载破坏时，不会发生在连接节点位置的破坏。

如图4所示，钢桁架-混凝土桥面板组合梁段4由跨中混凝土桥面板41、跨中钢桁架腹杆42、跨中钢桁架下弦杆43和跨中钢桁架下弦横杆44构成，跨中钢桁架腹杆42固定设置在跨中混凝土桥面板41与跨中钢桁架下弦杆43及跨中钢桁架下弦横杆44之间，跨中钢桁架下弦杆43与跨中钢桁架下弦横杆44垂直相接，跨中混凝土桥面板41采用强度大于C60的高性能纤维混凝土，采用高强度高性能纤维混凝土可以大幅的降低板的厚度，减轻跨中钢桁架-混凝土桥面板组合梁段4的重量。

如图3所示，工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段5是由工字型混凝土截面与钢桁架腹杆构成的空间结构。工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段5由顶部的混凝土顶板51、底部的混凝土底板53以及固定设置在混凝土顶板51和混凝土底板53之间的钢桁架腹杆52 和混凝土腹板54组成。混凝土顶板51、混凝土底板53和混凝土腹板54内设置有张拉预应力。

如图2所示，支座梁段6采用单箱多室混凝土截面形式。支座梁段6由支座梁段上翼缘板61、支座梁段外腹板62、支座梁段内底板63和支座梁段内腹板64组成，支座梁段外腹板62和支座梁段内腹板64固定设置在支座梁段上翼缘板61和支座梁段内底板63 之间。

如图11-1至11-3所示，跨中钢桁架-混凝土桥面板组合梁段的截面高度为2.4～3m，桥面板厚度为25cm，桥面板宽15m，桁架截面底部宽度为6m；工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段的截面图高度为3～5.4m，上翼缘宽度为15m，下翼缘混凝土板宽度为6m；支座梁段的横截面高度为5.4～6.6m，箱梁上翼缘宽度为15m，下翼缘混凝土板宽度为6m，主梁立面下翼缘线型呈1.8次抛物线变化。

本实施例中的轻质混合梁单索面矮塔斜拉桥结构体系设计与普通矮塔斜桥设计对比，跨中结构自重下降50％，桥梁跨越能力大幅提升。

本实用新型中三个梁段的连接方法如下：

如图5和图6所示，在施工时，首先通过桁架杆拼接螺栓9将工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段5的钢桁架腹杆52与连接梁段 3的腹杆32平行对接，连接梁段下翼缘钢纵梁31与工字型混凝土- 钢桁架腹杆组合梁段5的连接面上布置连接段端部栓钉8，通过在连接梁段3的工字型钢壳与工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段5 的工字型模板内一体浇筑钢筋混凝土，使工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段5与连接梁段3结合为整体；连接梁段3的连接段钢壳端板310外部设置跨中钢桁架-混凝土桥面板组合梁段4的安装台座37，钢桁架-混凝土桥面板组合梁段4整体预制后吊装上安装台座37，之后在工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段5、连接梁段3、与钢桁架-混凝土桥面板组合梁段4内张拉预应力筋，使以上3个梁段整体工作；下翼缘钢盖板35采用开放式，可以使混凝土的浇筑更为方便。

实施例2：

如图1所示，本实施例中的轻质混合梁单索面矮塔斜拉桥体系，包括：矮塔1、斜拉索2、连接梁段3、钢桁架-混凝土桥面板组合梁段4、工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段5、支座梁段6和桥墩 7，矮塔1垂直固接在支座梁段6的上方，桥墩7垂直固接在支座梁段6的下方作为桥梁的支撑，斜拉索2一端固接在矮塔1的顶端，另一端固接在工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段5上，工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段5一端通过连接梁段3与钢桁架-混凝土桥面板组合梁段4固接，工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段5的另一端与支座梁段6固接，支座梁段6采用混凝土截面。

如图12所示，本实施例中的轻质混合梁单索面矮塔斜拉桥跨径组合为96+240+96m，桥塔高30m，桥面宽度为24m。采用本实用新型提出的轻质混合梁单索面矮塔斜拉桥结构体系，靠近支座梁段 6的单侧长度为中跨跨径L的1/15～1/20，取为16m；中跨的工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段5的长度为中跨跨径L的3/14～3/7，取为66m(包括连接段3m)，边跨的工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段5的长度为中跨跨径L的3/14～3/7，取为80m。钢桁架-混凝土桥面板组合梁段4的长度为中跨跨径L的1/3～1/4，取为76m，矮塔1高度为中跨跨径L的1/20～1/8。

如图5至图8所示，连接梁段3包括：连接梁段下翼缘钢纵梁 31、腹杆32、上翼缘钢纵梁33、连接梁段腹板钢壳34、下翼缘钢盖板35、连接梁段钢壳内栓钉36、安装台座37、上翼缘钢桥面板 38、上翼缘钢横梁39和连接段钢壳端板310，连接梁段3的抗弯刚度大于两个相邻梁段，其抗弯刚度大于相邻梁段保证了在发生结构极限荷载破坏时，不会发生在连接节点位置的破坏。

如图4所示，钢桁架-混凝土桥面板组合梁段4由跨中混凝土桥面板41、跨中钢桁架腹杆42、跨中钢桁架下弦杆43和跨中钢桁架下弦横杆44构成，跨中钢桁架腹杆42固定设置在跨中混凝土桥面板41与跨中钢桁架下弦杆43及跨中钢桁架下弦横杆44之间，跨中钢桁架下弦杆43与跨中钢桁架下弦横杆44垂直相接，跨中混凝土桥面板41采用强度大于C60的高性能纤维混凝土，采用高强度高性能纤维混凝土可以大幅的降低板的厚度，减轻跨中钢桁架-混凝土桥面板组合梁段4的重量。

如图3所示，工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段5是由工字型混凝土截面与钢桁架腹杆构成的空间结构。工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段5由顶部的混凝土顶板51、底部的混凝土底板53以及固定设置在混凝土顶板51和混凝土底板53之间的钢桁架腹杆52 和混凝土腹板54组成。混凝土顶板51、混凝土底板53和混凝土腹板54内设置有张拉预应力。

如图2所示，支座梁段6采用单箱多室混凝土截面形式。支座梁段6由支座梁段上翼缘板61、支座梁段外腹板62、支座梁段内底板63和支座梁段内腹板64组成，支座梁段外腹板62和支座梁段内腹板64固定设置在支座梁段上翼缘板61和支座梁段内底板63 之间。

如图13-1至13-3所示，跨中桁架-混凝土桥面板组合截面梁段的高度为2.8～3.4m，桥面板厚度为25cm，桥面板宽24m，桁架截面底部宽度为14m；工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段的截面图高度为3.4～5.6m，上翼缘宽度为24m，下翼缘混凝土板宽度为14m；支座梁段横截面高度为5.6～7.0m，箱梁上翼缘宽度为24m，下翼缘混凝土板宽度为14m，主梁立面下翼缘线型呈1.8次抛物线变化。

本实施例中的轻质混合梁单索面矮塔斜拉桥结构体系设计与普通矮塔斜桥设计对比，跨中结构自重下降55％，桥梁跨越能力大幅提升。

本实用新型中三个梁段的连接方法如下：

如图5和图6所示，在施工时，首先通过桁架杆拼接螺栓9将工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段5的钢桁架腹杆52与连接梁段 3的腹杆32平行对接，连接梁段下翼缘钢纵梁31与工字型混凝土- 钢桁架腹杆组合梁段5的连接面上布置连接段端部栓钉8，通过在连接梁段3的工字型钢壳与工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段5 的工字型模板内一体浇筑钢筋混凝土，使工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段5与连接梁段3结合为整体；连接梁段3的连接段钢壳端板310外部设置跨中钢桁架-混凝土桥面板组合梁段4的安装台座37，钢桁架-混凝土桥面板组合梁段4整体预制后吊装上安装台座37，之后在工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段5、连接梁段3、与钢桁架-混凝土桥面板组合梁段4内张拉预应力筋，使以上3个梁段整体工作；下翼缘钢盖板35采用开放式，可以使混凝土的浇筑更为方便。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。

Claims (7)

1.一种轻质混合梁单索面矮塔斜拉桥体系，其特征在于，包括：矮塔、斜拉索、连接梁段、钢桁架-混凝土桥面板组合梁段、工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段、支座梁段和桥墩，所述矮塔垂直固接在所述支座梁段的上方，所述桥墩垂直固接在所述支座梁段的下方作为桥梁的支撑，所述斜拉索一端固接在所述矮塔的顶端，所述斜拉索的另一端固接在所述工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段上，所述工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段一端通过所述连接梁段与所述钢桁架-混凝土桥面板组合梁段固接，所述工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段的另一端与所述支座梁段固接，所述支座梁段采用混凝土截面。

2.根据权利要求1所述的轻质混合梁单索面矮塔斜拉桥体系，其特征在于，所述矮塔的高度为中跨跨径L的1/20～1/8，所述钢桁架-混凝土桥面板组合梁段的长度为中跨跨径L的1/4～1/3，所述工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段的长度为中跨跨径L的3/14～3/7，所述支座梁段的单侧长度为中跨跨径L的1/15～1/20。

3.根据权利要求1所述的轻质混合梁单索面矮塔斜拉桥体系，其特征在于，所述连接梁段包括：连接梁段下翼缘钢纵梁，腹杆，上翼缘钢纵梁，连接梁段腹板钢壳，连接梁段钢壳内栓钉，安装台座，上翼缘钢桥面板，上翼缘钢横梁，连接段钢壳端板，下翼缘钢盖板。

4.根据权利要求1所述的轻质混合梁单索面矮塔斜拉桥体系，其特征在于，所述钢桁架-混凝土桥面板组合梁段由跨中混凝土桥面板、跨中钢桁架腹杆、跨中钢桁架下弦杆和跨中钢桁架下弦横杆构成，所述跨中钢桁架腹杆固定设置在所述跨中混凝土桥面板与跨中钢桁架下弦杆及跨中钢桁架下弦横杆之间，所述跨中钢桁架下弦杆与跨中钢桁架下弦横杆垂直相接，所述跨中混凝土桥面板采用强度大于C60的高性能纤维混凝土。

5.根据权利要求1所述的轻质混合梁单索面矮塔斜拉桥体系，其特征在于，所述工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段是由工字型混凝土截面与钢桁架腹杆构成的空间结构。

6.根据权利要求1所述的轻质混合梁单索面矮塔斜拉桥体系，其特征在于，所述工字型混凝土-钢桁架腹杆组合梁段由顶部的混凝土顶板、底部的混凝土底板以及固定设置在所述混凝土顶板和混凝土底板之间的钢桁架腹杆和混凝土腹板组成，所述混凝土顶板、混凝土底板和混凝土腹板内设置有张拉预应力。

7.根据权利要求1所述的轻质混合梁单索面矮塔斜拉桥体系，其特征在于，所述支座梁段采用单箱多室混凝土截面形式，所述支座梁段由支座梁段上翼缘板、支座梁段外腹板、支座梁段内底板和支座梁段内腹板组成，所述支座梁段外腹板和所述支座梁段内腹板固定设置在所述支座梁段上翼缘板和支座梁段内底板之间。