本发明公开了一种由三种不同结构型式的拱桥、梁桥及斜拉桥的优选组合体系-拱索桥,属固定建筑物。 当今世界桥梁发展的趋势是结构轻型化、跨度长大化和施工机械化。大跨径桥梁结构国外以吊桥、斜拉桥、予应力连续梁等为主;而国内,因目前高强材料比较短缺,以拱桥(双曲拱、箱型拱、桁架拱等)居多。近年来也修建了少量的大跨径斜拉桥、予应力连续梁桥和“T”型刚构等。
拱桥的拱圈部分主要承受轴向压力,弯矩较小,能充分发挥圬工材料的抗压性能,因而它跨越能力强,且造型美观。但因为拱脚推力大,使墩台圬工体积庞大,增加了下部构造的投资。此外拱桥建筑高度大,使用受到一定限制;梁桥主要承受弯矩,虽具有结构简单、墩台轻、施工简易等优点,但跨越能力小、钢材耗量多;斜拉桥是近代发展起来的新桥型,它跨越能力大、自重轻、造型美观、便于架设,但刚度较小,抗震能力较差,同时需用大量高强钢材,造价高昂。
针对上述问题,本发明的目的在于提供一种造型轻巧美观、跨越能力大,用料省、造价低、便于架设的组合式拱索桥。
本发明的拱索桥由拱、梁、索三大部份构成。其主要特征是综合拱桥、梁桥和斜拉桥三种不同桥型的优势,以拱桥作为基本体系进行优选组合。即用梁段取代部分拱弧段,在主墩上设置索塔,并配以斜拉索和增设部分立柱的方法实现上述目的。
以下结合附图和实施例详述发明的结构物证。
附图说明:
图1为本发明桥型结构叠合图
图2为本发明的立面图
图3为本发明的主梁横剖面图
图1为本发明桥型的基本结构叠合图,实线为本发明拱索桥的基本结构图示,虚线表示拱桥被舍去部分。B、D、E、F、G、I、J、K、T、N、P、Q、R、S、V为结构体系中的固结点,A、C、H、M、O、P、Q、R为绞结点。将主桥分为AH和HO两个半桥,现以AH半桥叙述其优选组合特征。拱索桥由拱弧段(PB、PD、QG)、梁段(悬出梁段AH、跨中梁段AB、GD)及拱上梁段(BD、GH)、塔架SQ及斜拉索SE、VF组成。
①取拱桥两相邻拱脚至L/4拱弧段PB、PD并挖去腹拱部分,与梁段BD、GI构成自身平衡体系,以消除拱脚水平推力,使桥墩轻型化,同时增大拱索桥的整体刚度。
②用梁段DG取代L/4至3L/4拱弧段,用梁段AB(即悬出梁段)取代L/4至拱顶弧段A1B,以降低拱索桥的建筑高度。由于梁段AB无水平推力,因此只需作一轻型桥台,从而大量减少桥台圬工体积。
③为减小梁地计算跨径,在墩顶上增设立柱CP和HQ1,如拱弧段BD、GI较长时,可在拱弧段上再增设1个或多个立柱。为避免立柱开裂,在立柱两端分别与梁和墩顶(或拱弧段)绞结。
④在主墩上设索塔SQ,并配以斜拉索(SE、VF),以减小长梁DG、IT的计算跨径,减轻梁重,达到增大拱索桥跨越能力的目的。
经以上巧妙优选组合,构成实线所组成的拱索桥。
图2为本发明的立面图。〔1〕为Ⅰ号轻型桥台台身,材质为圬工;〔2〕为Ⅰ号桥台基础,可为扩大基础或桩基础;〔3〕为Ⅱ号桥墩墩上立柱,材质为钢筋混凝土,断面为矩形;〔4〕为Ⅱ号桥墩墩身,系双柱式矩形或圆形截面墩,材质为钢筋混凝土;〔5〕为Ⅱ号桥墩基础,可采用扩大基础或桩基,并嵌固于基岩;〔6〕为钢索扎丝锚;〔7〕为斜拉索,其材质以普通粗钢筋为好,也可用钢绞索;〔8〕为钢索在索塔之锚固点;〔9〕为门式索塔也可为A形、倒Y形等多种形式,材质为钢筋混凝土或钢质;〔10〕为索塔墩(主墩),截面形式和材质与Ⅱ号墩相同;〔11〕为拱弧段,系钢筋混凝土矩形截面;〔12〕为Ⅲ号桥墩基础,与Ⅱ号桥墩基础相同;〔13〕为主梁,系钢筋混凝土连续梁,也可为钢质梁。
在Ⅲ号桥墩体系中,基础〔12〕嵌固于岩层,索塔墩〔10〕固结于基础〔12〕上,索塔〔9〕固结于主墩〔10〕上。在主墩〔10〕两侧的拱弧段〔11〕,一端固结于主墩〔10〕,另一端与主梁〔13〕固结。索塔〔9〕的两侧配有拉索〔7〕,拉索〔7〕的一端用扎丝锚〔6〕与横系梁〔14〕固结,另一端予埋在索塔〔9〕内。这就构成以Ⅲ号墩为主体的自身平衡体系,消除了拱脚水平推力,因而桥墩受力状态得以改善,从而使桥墩轻型化。又因拱弧段〔11〕支承主梁〔13〕,增大了拱索桥的整体刚度,提高了拱索桥的抗震能力;在Ⅱ号桥墩体系中,Ⅱ号桥墩基础〔5〕嵌固于基岩,Ⅱ号桥墩〔4〕与基础〔5〕固结,立柱〔3〕一端与Ⅱ号墩顶绞结,另一端与主梁〔13〕绞结。Ⅱ号墩两侧的拱弧段〔11〕,一端与梁〔13〕固结,另一端与Ⅱ号墩顶固结,这就构成以Ⅱ号墩为主体的自身平衡体系,消除拱脚的水平推力,使桥墩得以轻型化;在Ⅰ号桥台体系中,基础〔2〕与台身〔1〕固结,悬出梁段〔13〕与Ⅰ号桥台用活动支座连接因无推力,桥台变得很小,可节省大量圬工。
图3为本发明的主梁横剖面图。〔14〕为横系梁,系钢筋混凝土矩形截面;〔15〕为桥面板,材质为钢筋混凝土;〔16〕为梁,截面形式为矩形或倒T型、箱型等,材质为钢筋混凝土也可为予应力混凝土或钢质;〔17〕为双柱式墩帽梁,材质为钢筋混凝土。主梁由梁〔16〕、横系梁〔14〕和桥面板〔15〕相互固结构成带双翼的薄壳结构,以减小主梁截面尺寸,减轻主梁自重,节省用材。帽梁〔17〕与双柱式墩〔10〕的墩顶固结,以构成一框架结构,增加桥墩的刚度和稳定性。
本发明经模拟实践以及静、动载试验检测结果表明,实测值与计算值吻合,符合发明构思。与同跨径轻型刚架拱桥相比,可节省钢材约25%,圬工体积省约50%,造价降低约30%,有明显的经济效益。