CN208395637U - 一种主腹拱叠置的上承式系杆拱桥 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种主腹拱叠置的上承式系杆拱桥，包括系杆、拱脚墩、位于拱桥两端的边跨拱梁以及沿桥身长度方向连续设置的N个主拱，边跨拱梁和N个主拱沿桥身长度方向一字排列，所述边跨拱梁由边跨纵梁和边跨拱体构成，边跨纵梁铺设在边跨拱体上，边跨拱体与相邻的主拱以及相邻的主拱之间共同承托在同一拱脚墩上，边跨拱体远离主拱相的一端承托在靠边桥墩上，边跨拱体与相邻的主拱之间以及相邻的主拱之间还跨接有弧形的腹拱，系杆张拉在边跨纵梁与连续纵梁内，与边跨纵梁与连续纵梁锚固连接。该拱桥塑造主拱与腹拱叠置、多连拱排置的葵花造型以及平衡拱脚水平力的系杆布设形式，实现桥梁建筑美和结构的统一。

Description

一种主腹拱叠置的上承式系杆拱桥

技术领域

本实用新型涉及桥梁建筑，具体是指一种主腹拱叠置的上承式系杆拱桥。

背景技术

拱桥具有优美的拱肋曲线，是一种城市景观桥梁；对于上承式拱桥，桥面位于整个桥跨结构上面，拱肋位置较低，其拱上建筑所采用的形式影响着其景观效果。为塑造上承式拱桥的造型效果，提出拱上建筑采用腹拱和连续纵梁，形成主拱与腹拱叠置、多连拱排置的葵花造型。

拱桥在竖向荷载作用下，两端支承处除有竖向反力外，还产生水平推力；对于上承式拱桥，一般通过拱脚基础去承受水平力，所以对于基础要求比较高，在地基基础比较好的山区修建得多，不适合在软土地区修建。为平衡拱脚的不平衡水平推力，提出上承式拱桥也设置系杆，同时研究系杆的设置方式和传力方式，从而减小上承式拱桥拱脚水平力，在拱脚基础增大不大的情况下，也适合软土地区修建。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种主腹拱叠置的上承式系杆拱桥，该拱桥采用新型的拱上建筑和结构设计，塑造主拱与腹拱叠置、多连拱排置的葵花造型以及平衡拱脚水平力的系杆布设形式，实现桥梁建筑美和结构的统一。

本实用新型的上述目的通过如下技术方案来实现的：一种主腹拱叠置的上承式系杆拱桥，其特征在于：所述拱桥包括系杆、拱脚墩、位于拱桥两端的边跨拱梁以及沿桥身长度方向连续设置的N个主拱，N为≥1的自然数，边跨拱梁和N个主拱沿桥身长度方向一字排列，所述边跨拱梁由边跨纵梁和边跨拱体构成，边跨纵梁铺设在边跨拱体上，边跨拱体与相邻的主拱以及相邻的主拱之间共同承托在同一拱脚墩上，与拱脚墩形成一体，拱脚墩支撑在承台和桩基础上，边跨拱体远离主拱向的一端承托在靠边桥墩上，边跨拱体与相邻的主拱之间以及相邻的主拱之间还跨接有弧形的腹拱，形成主腹拱叠置的复合拱结构，腹拱的数量为N+1个，腹拱的位置位于拱脚墩的正上方，且腹拱所围蔽的空间截面为扇形，所述主拱的顶部构筑有主拱顶支座，所述腹拱的顶部构筑有腹拱顶支座，所述边跨拱体的顶部构筑有边跨拱梁支座，主拱顶支座、腹拱顶支座和边跨拱梁支座上面铺设有连续纵梁，边跨纵梁与连续纵梁锚固连接，两者构成拱桥的桥面，所述的系杆张拉在边跨纵梁与连续纵梁内，与边跨纵梁与连续纵梁锚固连接。

本实用新型中，所述N为4。

本实用新型中，所述主拱和腹拱均为中空的箱形拱。

本实用新型中，所述的连续纵梁和边跨纵梁均为中空的混凝土箱梁。

本实用新型中，所述系杆为标准强度为1860MPa的钢绞线。

本实用新型的上承式系杆拱桥，塑造主拱与腹拱叠置、多连拱排置的葵花造型以及平衡拱脚水平力的系杆布设，采用主拱与腹拱叠置，腹拱和连续纵梁作为拱上建筑，系杆贯穿连续纵梁，锚固在边跨梁中横隔梁上，形成新型上承式葵花系杆拱桥桥型体系。连续纵梁形成多跨连续箱梁，同时为系杆提供布置空间。

本实用新型中，拱桥采用主、腹拱叠置、多连拱排置的葵花造型。葵花拱桥的桥型由两侧的边跨拱梁及中间的四跨连拱组成，两侧边跨主拱与边跨纵梁刚接形成曲梁，为一端简支一端固结的预应力混凝土曲线箱梁。中间的四跨连拱为空腹式箱形拱，并在墩顶主拱上设腹拱。桥面系为预应力混凝土连续箱梁。

本实用新型中，边跨拱梁为边跨纵梁和边跨拱体组成，边跨纵梁作为桥面起到直接承受汽车活载，并作为系杆的锚固端，边跨拱梁为上承式拱桥提供系杆锚固端。边跨拱梁既是上承式拱桥的拱肋一部分，同时又是承受活载的连续纵梁结构，通过边跨拱梁提供的系杆锚固端，将系杆布置在主拱圈的上面，这个巧妙地实现了上承式拱桥施加了系杆也不会影响桥下的净空。边跨拱体作为拱肋与边墩(拱脚)固结，并传递荷载传递到基础。

本实用新型中，为平衡拱脚的不平衡水平推力，采用“高强预应力钢绞线系杆+群桩基础”相结合来抵抗水平推力。预应力系杆设置于上部桥面纵梁箱内，预应力系杆贯穿连续纵梁，两端锚固在边跨梁中横隔梁上。由于上承式系杆拱桥的受力自平衡，从而对于地基要求降低，从而适用于软土地区。

本实用新型优化拱脚，与桥墩形成新颖的拱脚墩形状：主、边跨拱脚不按常规直接相交于承台的拱座上，而是从承台上设一个墩身并与主、边跨拱肋以圆弧交汇，以突出拱肋的力线和减小交汇处体量，突显出拱脚结构美。

与现有技术相比，本实用新型具有如下显著效果：

(1)上承式拱桥的拱上建筑多为立柱、桥面横梁和桥面板等，典型的有桁架拱、双曲拱，本实用新型提出主、腹拱叠置、多连拱排置的葵花造型，减少拱上建筑荷载，节约工程造价，提升景观价值。

(2)本实用新型创新提出边跨拱梁结构，为上承式拱桥提供系杆锚固端，减小上承式拱桥的不平衡水平力，从而适应软土地区。

(3)本实用新型取消拱座，从承台上设一个墩身并与主、边跨拱肋以圆弧交汇，形成新型的拱脚结构，突现出拱脚结构美。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明。

图1为本实用新型拱桥的整体结构示意图；

图2为本实用新型拱桥的局部结构图，显示边跨拱梁与主拱之间的连接关系；

图3为本实用新型拱桥的局部结构图，显示相邻的主拱之间的连接关系；

图4为本实用新型拱桥在设置腹拱处的横断面布置图。

附图标记说明

1.主拱；2.边跨拱梁；3.腹拱；4.连续纵梁；5.拱脚墩；6.承台；7.桩基础；

8.主拱顶支座；9.腹拱顶支座；10.边跨拱梁支座；11.拱肋装饰条；12.系杆。

具体实施方式

如图1至图4所示的一种主腹拱叠置的上承式系杆拱桥，包括系杆12、拱脚墩5、位于拱桥两端的边跨拱梁2以及沿桥身长度方向连续设置的4个主拱1，边跨拱梁2和4个主拱1沿桥身长度方向一字排列，边跨拱梁2由边跨纵梁和边跨拱体构成，边跨纵梁铺设在边跨拱体上，边跨拱体与相邻的主拱1以及相邻的主拱1之间共同承托在同一拱脚墩5上，与拱脚墩5形成一体，拱脚墩5支撑在承台6和桩基础7上，边跨拱体远离主拱1相的一端承托在靠边桥墩上，边跨拱体与相邻的主拱1之间以及相邻的主拱1之间还跨接有弧形的腹拱3，形成主腹拱叠置的复合拱结构，腹拱3的数量为5个，腹拱3的位置位于拱脚墩5的正上方，且腹拱3所围蔽的空间截面为扇形，主拱1的顶部构筑有主拱顶支座8，腹拱3的顶部构筑有腹拱顶支座9，边跨拱体的顶部构筑有边跨拱梁支座10，主拱顶支座8、腹拱顶支座9和边跨拱梁支座10上面铺设有连续纵梁4，边跨纵梁与连续纵梁4锚固连接，两者构成拱桥的桥面，系杆12张拉在边跨纵梁与连续纵梁4内，与边跨纵梁与连续纵梁4锚固连接。

本实施例中，拱桥采用主、腹拱叠置、多连拱排置的葵花造型，葵花拱桥的桥型由两侧的边跨拱梁及中间的四跨连拱组成。主拱1和腹拱3均为中空的箱形拱，连续纵梁4和边跨纵梁均为中空的混凝土箱梁，系杆12为标准强度为1860MPa的钢绞线。

作为本实施例的变换，主拱1为及沿桥身长度方向连续设置的N个，N为≥1的自然数，腹拱3的数量为N+1个。

本实施例拱桥各个受力构件及受力传力机理如下：

恒载和活载直接作用在连续纵梁4上，连续纵梁4通过支座传力到主拱1、边跨拱梁2、腹拱3，腹拱3又作用在主拱1上，主拱1和边跨拱梁2产生的水平力，通过锚固在边跨拱梁2的系杆12进行平衡，消除水平力对拱脚墩5的影响，最后主拱1和边跨拱梁2产生的竖向力传递到拱脚墩5、承台6和基础7上。

多主拱1和边跨拱梁2连续布置，腹拱3叠置于主拱1和边跨拱梁2上，连续纵梁4支撑在主拱1和腹拱3上，塑造葵花造型，通过边跨拱梁2施加系杆12，并将系杆12藏匿于连续纵梁4中，构成一种全新的上承式葵花型系杆拱桥结构。

四个主拱1连续布置，形成连拱；边跨采用边跨拱梁2，形成拱外，作为连续纵梁4的承受活载，同时传递系杆12拉力，平衡拱脚墩5水平力；在每个拱脚墩5上，设置腹拱3支撑在主拱1，形成拱上拱叠置；主拱1、边跨拱梁2分别与拱脚墩5曲线过渡，线条流畅；在主拱1、边跨拱梁2、腹拱3上设置主拱顶支座8及装饰板、腹拱顶支座9及装饰板、边跨拱梁支座10及装饰板，支撑连续纵梁4，同时通过装饰板遮挡支座和顺畅从拱过渡到梁；连续纵梁4承受汽车活载，同时将系杆12放置于连续纵梁4内；系杆12的锚固于边跨拱梁2的横隔梁上；主拱1、边跨拱梁2、腹拱3都设置拱肋装饰条11。

边跨拱梁2作为上承式系杆拱桥施加系杆的主要构件，由边跨纵梁和边跨拱体构成。边跨纵梁作为桥面起到直接承受汽车活载，并作为系杆的锚固端；边跨拱体作为拱肋与边墩(拱脚)固结，并传递荷载传递到基础。边跨拱梁2位于两边过渡墩与边墩之间，一端简支于过渡墩上，另一端与边墩(拱脚)固结，边跨拱梁为19.96m长的变截面箱梁和20m(平面投影长)的等截面曲梁组合而成的预应力砼结构。平衡拱脚部分水平推力的体外预应力系杆锚固在简支端的中横隔上。

优选的，边跨纵梁2半幅全宽19.85m，为单箱双室变截面箱梁。桥面横坡为2％单向坡，箱梁底板保持横向水平，横坡通过调整腹板高度来实现。箱中心高由简支侧2.2m变化至与纵梁接缝处的3.4m，箱顶缘按纵断面曲线变化，底缘按圆曲线变化，曲线半径为242.7m。箱底宽10.85m，两侧悬臂翼缘板宽4.5m，悬臂根部高度0.6m，箱梁中腹板和边腹板厚度均采用50cm～60cm，箱梁顶板厚26cm，底板厚25cm。为增加整体美观，箱梁外表面采用0.25m长的装饰凸起。简支侧支点横梁厚度为0.96m；跨中横梁分三种类型，体外预应力系杆锚固处中横隔为类型I，厚度2.0m，边跨纵梁与边跨主拱结合处中横隔为类型II，厚度2.2m，边跨主拱与腹拱结合处中横隔为类型III，厚度1.2m。

优选的，边跨主拱2采用四次抛物线为拱轴线，为单箱双室等截面箱型拱，截面高1.6m，矢跨比为1/6。拱轴线方程为：y＝-2.308934718E-6x4-7.910742382E-3x2+8.286。边跨主拱为单箱双室箱形截面，箱底宽10.85m，两侧悬臂翼缘板宽4.5m，悬臂根部高度0.6m；箱梁中腹板厚度采用55cm～75cm，边腹板厚度采用60cm～80cm。

优选的，主拱1的拱轴线采用四次抛物线，为单箱双室变截面箱型拱，拱脚处截面高1.6m，拱顶处截面高1.2m，矢跨比为1/7。拱轴线方程为：y＝-2.308934718E-6x4-7.910742382E-3x2+8.286。主跨主拱为单箱双室箱形截面，全宽11.35m(含边腹板外侧各0.25m长的装饰凸起条)。主拱1中腹板厚度采用45cm～75cm，边腹板厚度采用50cm～80cm；主拱顶、底板厚均为22cm。每个主拱1均设置有五个横梁，除与腹拱交接处横梁厚度为1.2m外，其余厚度均为0.4m。与腹拱交接处横梁沿主拱拱轴线径向设置，其余横梁作竖向布置。

优选的，腹拱3的拱轴线采用椭圆线，拱轴线方程为：y＝3.7561×SQRT(1-x2/84.64)。腹拱为单箱双室变截面箱型拱，拱脚处截面高1.1m，拱顶处截面高0.8m。腹拱全宽11.35m(含边腹板外侧各0.25m长的装饰凸起条)。腹拱3拱圈中腹板厚度采用70cm～105cm，边腹板厚度采用75cm～110cm；腹拱拱圈顶、底板厚均为22cm。每个腹拱3均设置有两个横梁，厚度均为0.4m，作竖向布置。

优选的，连续纵梁4全长共272m，为23跨预应力混凝土单箱双室的连续箱梁，跨径组合为：

(16.5+7+17+2x8.5+17+7+17+2x8.5+17+7+17+2x8.5+17+7+17+2x8.5+17+7+16.5)m。连续纵梁4与边跨拱梁之间设置一道单元式多向变位梳形板桥梁伸缩缝，连续纵梁通过球形支座或板式橡胶支座支承在主拱和腹拱上。纵梁半幅全宽19.85m，为单箱双室等截面箱梁。桥面设置2％的横坡，横坡由箱梁斜置调整，底板、顶板保持平行。纵梁梁高1.3m，箱底宽10.85m，两侧悬臂翼缘板宽4.5m，悬臂根部高度0.6m；箱梁中腹板厚度采用40cm～55cm，边腹板厚度采用45cm～60cm；箱梁顶板厚26cm，底板厚25cm。

优选的，系杆12位于连续纵梁4及边跨纵梁箱内，锚固于桥梁两端边跨纵梁中横梁处(类型Ⅰ)，单幅桥设置8束，全桥共设置16束。系杆在通长范围内均平行于纵梁(边跨纵梁)顶板，为了方便系杆的牵引安装及将来的更换，将箱室内净空较小的连续纵梁的系杆通道设计为矩形导向滑道，滑道顶预埋钢板，用小车牵引系杆并定位。系杆采用XGK15-37B可换索式成品索体，钢绞线标准强度为1860MPa，钢绞线束公称截面积为51.8cm2，单位重量为45.7kg/m，索体单位重量为48.1kg/m，拉索外径为140mm，破断索力为9635KN。系杆设计张拉控制应力为σcon＝0.5fpk＝930MPa，单根系杆设计张拉控制力为4817.4KN。

优选的，桥面下主、边跨拱脚不按常规直接相交于承台的拱座上，而是从承台上设一个主墩并与中边跨拱肋以圆弧交汇，以突出拱肋的力线和减小交汇处体量，突显出拱脚结构美。特殊的拱脚造型与多连拱肋的布置配合，再加上腹拱的叠置，使结构显得既通透、轻巧柔美，又雄伟壮观。墩身与拱脚融合在一起，采用矩形截面实体墩，侧立面采用圆倒角接顺主拱弧线，墩身横桥向与主拱同宽为11.35m(含边腹板外侧各0.25m长的装饰凸起)。

上述主腹拱叠置的上承式系杆拱桥的施工方法，包括如下步骤：

步骤一：做好桩基础、承台、拱桥墩、靠边桥墩；

步骤二：搭设支架，施工主拱、边跨纵梁和边跨拱体；

步骤三：先合拢主拱和边跨拱体的合拢段，再合拢边跨纵梁；

步骤四：在拱脚墩上搭设支架，施工腹拱；

步骤五：在主拱、腹拱上搭设支架，施工连续纵梁，连续纵梁为5段，先合拢中间3段，再合拢两边2段，合拢后拆除连续纵梁的支架；

步骤六：张拉系杆，将系杆锚固在边跨拱梁上；

步骤七：先拆除主拱支架、再拆除腹拱的支架；

步骤八：施工桥面，完成全桥施工。

本实用新型的上述实施例并不是对本实用新型保护范围的限定，本实用新型的实施方式不限于此，凡此种种根据本实用新型的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，对本实用新型上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种主腹拱叠置的上承式系杆拱桥，其特征在于：所述拱桥包括系杆(12)、拱脚墩(5)、位于拱桥两端的边跨拱梁(2)以及沿桥身长度方向连续设置的N个主拱(1)，N为≥1的自然数，边跨拱梁(2)和N个主拱(1)沿桥身长度方向一字排列，所述边跨拱梁(2)由边跨纵梁和边跨拱体构成，边跨纵梁铺设在边跨拱体上，边跨拱体与相邻的主拱(1)以及相邻的主拱(1)之间共同承托在同一拱脚墩(5)上，与拱脚墩(5)形成一体，拱脚墩(5)支撑在承台(6)和桩基础(7)上，边跨拱体远离主拱(1)相的一端承托在靠边桥墩上，边跨拱体与相邻的主拱(1)之间以及相邻的主拱(1)之间还跨接有弧形的腹拱(3)，形成主腹拱叠置的复合拱结构，腹拱(3)的数量为N+1个，腹拱(3)的位置位于拱脚墩(5)的正上方，且腹拱(3)所围蔽的空间截面为扇形，所述主拱(1)的顶部构筑有主拱顶支座(8)，所述腹拱(3)的顶部构筑有腹拱顶支座(9)，所述边跨拱体的顶部构筑有边跨拱梁支座(10)，主拱顶支座(8)、腹拱顶支座(9)和边跨拱梁支座(10)上面铺设有连续纵梁(4)，边跨纵梁与连续纵梁(4)锚固连接，两者构成拱桥的桥面，所述的系杆(12)张拉在边跨纵梁与连续纵梁(4)内，与边跨纵梁与连续纵梁(4)锚固连接。

2.根据权利要求1所述的主腹拱叠置的上承式系杆拱桥，其特征在于：所述N为4。

3.根据权利要求1所述的主腹拱叠置的上承式系杆拱桥，其特征在于：所述主拱(1)和腹拱(3)均为中空的箱形拱。

4.根据权利要求1所述的主腹拱叠置的上承式系杆拱桥，其特征在于：所述的连续纵梁(4)和边跨纵梁均为中空的混凝土箱梁。

5.根据权利要求1所述的主腹拱叠置的上承式系杆拱桥，其特征在于：所述系杆(12)为标准强度为1860MPa的钢绞线。