斜柱桥技术领域
本实用新型属于一种桥梁结构形式,特别是一种斜柱桥,主要应用于桥梁领域。
背景技术
拱桥是将拱与梁两种基本结构形式组合在一起,共同承受荷载,充分发挥梁受弯、
拱受压的结构性能和组合作用;斜拉桥是以桥面系、拉索、索塔、承台、基础为传力路径的桥
梁。中大跨度的桥梁多用这两种结构形式,在施工过程中,拱桥在裸拱、最大悬臂状态面内
外稳定性极差,抗风稳定性能较低,拱轴线为曲线造成材料的浪费;斜拉桥施工工艺复杂,
周期较长,斜拉索长索振动明显,影响结构的疲劳寿命。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对上述的问题,提供了一种斜柱桥。该斜柱桥在结构上,
由两根斜柱连接成V型,两斜柱之间通过多根系杆连接,桥面荷载通过吊杆或者立柱传给斜
柱;系杆的张拉力由使斜柱弯矩为零的条件来确定,其大小与吊杆力或立柱力、斜柱自重及
斜柱倾角等有关,也就是使本V型柱桥变成斜柱桥。本实用新型的斜柱桥与其它同跨度斜拉
桥、拱桥相比,刚度大幅度提高,内力大幅度减小。
为了实现上述目的,本实用新型采用了以下技术方案:
一种斜柱桥,包括桥面系和承台;其中:在桥面系两侧的每一个承台上均分别设置
两根纵桥竖向对称并且呈V型的斜柱,并且这两根斜柱沿纵桥向采用系杆相连接;在桥面系
下方的斜柱上设置立柱支撑桥面系和/或在桥面系上方的斜柱设置吊杆支撑桥面系;两两
相邻的斜柱在端部固结;在桥面系前后两端的斜柱的端部采用立柱及支座支撑,或者直接
采用支座支撑。
进一步说明,所述的系杆的张拉力S根据下式确定:
S=(P+mg)·tanα;其中,mg为斜柱节段的自重,P为吊杆或立柱传来的力,α为
斜柱的倾斜角度。
系杆拉力的确定原理为:在斜杆上取一小段作为隔离体AB,其中:S为水平索(系
杆)的张拉力,mg为斜杆节段AB的自重,P为吊杆或立柱传来的力,则由力系在沿与斜杆轴
线垂直方向平衡得S·cosα=(P+mg)·sinα,
则得:S=(P+mg)·tanα;
由以上条件确定的水平索的拉力,就能保证斜杆只受轴力作用,或承受较小的弯
矩,从而使斜杆成为斜柱。
进一步说明,所述的斜柱采用混凝土箱型结构或者采用钢箱结构。当斜柱采用混
凝土箱型结构时,施工工艺采用滑模施工;当斜柱采用钢箱结构时,施工工艺采用自承式吊
装斜拼。
进一步说明,所述的桥面系的浇筑材料采用C40混凝土;所述的承台的浇筑材料采
用C25混凝土;所述的吊杆和系杆均分别采用钢杆。
与现有技术相比较,本实用新型具备的有益效果:
本实用新型的斜柱桥与其它同跨度斜拉桥、拱桥相比,刚度大幅度提高,内力大幅
度减小;施工工艺简单,可以采用滑模施工,工期较短,施工不存在体现转换。
附图说明
图1是本实用新型中上承式斜柱桥的结构示意图。
图2是本实用新型中下承式斜柱桥的结构示意图。
图3是本实用新型中中承式斜柱桥的结构示意图。
图4是本实用新型中斜柱受力分析示意图。
附图标记:1-斜柱,2-系杆,3-立柱,4-桥面系,5-吊杆,6-承台,7-支座。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
实施例1:
如图1所示,一种(上承式)斜柱桥,包括桥面系4和承台6;在桥面系4两侧的每一个
承台6上均分别设置两根纵桥竖向对称并且呈V型的斜柱1,并且这两根斜柱1沿纵桥向采用
系杆2相连接;斜柱1完全处于桥面系4的下方,在桥面系4下方的斜柱1上设置立柱3支撑桥
面系4;两两相邻的斜柱1在端部固结;在桥面系4前后两端的斜柱1的端部直接采用支座7支
撑。所述的斜柱1采用混凝土箱型结构。
如图4所示,所述的系杆2的张拉力S根据下式确定:S=(P+mg)·tanα;其中,mg
为斜柱节段的自重,P为吊杆或立柱传来的力,α为斜柱段的倾斜角度。
实施例2:
如图2所示,一种(下承式)斜柱桥,包括桥面系4和承台6;在桥面系4两侧的每一个
承台6上均分别设置两根纵桥竖向对称并且呈V型的斜柱1,并且这两根斜柱1沿纵桥向采用
系杆2相连接;桥面系4靠近斜柱1的底部,在桥面系4上方的斜柱1设置吊杆5支撑桥面系4,
在桥面系4下方的斜柱1上设置立柱3支撑桥面系4;两两相邻的斜柱1在端部固结;在桥面系
4前后两端的斜柱1的端部直接采用立柱3及支座7支撑。所述的斜柱1采用混凝土箱型结构。
所述的系杆2的张拉力S根据下式确定:S=(P+mg)·tanα;其中,mg为斜柱节段
的自重,P为吊杆或立柱传来的力,α为斜柱的倾斜角度。
实施例3:
如图3所示,一种(中承式)斜柱桥,包括桥面系4和承台6;在桥面系4两侧的每一个
承台6上均分别设置两根纵桥竖向对称并且呈V型的斜柱1,并且这两根斜柱1沿纵桥向采用
系杆2相连接;桥面系4处于斜柱1的中部位置,在桥面系4下方的斜柱1上设置立柱3支撑桥
面系4,在桥面系4上方的斜柱1设置吊杆5支撑桥面系4;两两相邻的斜柱1在端部固结;在桥
面系4前后两端的斜柱1的端部直接采用立柱3及支座7支撑。所述的斜柱1采用钢箱结构。
所述的系杆2的张拉力S根据下式确定:S=(P+mg)·tanα;其中,mg为斜柱节段
的自重,P为吊杆或立柱传来的力,α为斜柱的倾斜角度。
应用实例1:
一座斜柱桥,包含4根斜柱、40根吊杆、20根系杆、2个墩台(承台);跨度105m,斜柱
与桥面呈45°角,水平拉索(系杆)与斜柱呈45°夹角,吊杆与斜柱呈45°夹角,水平拉索(系
杆)和吊杆有一个共同的端点。水平索(系杆)的力与吊杆力相等,合力沿着斜柱轴向方向,
因此,斜柱只受轴向方向的压力。斜柱桥全长210m,主跨105m,桥面系材料采用C40混凝土;
主梁(承台)材料采用C25混凝土;吊杆及系杆材料为钢材,采用直径0.085m的圆形截面,其
中,E=2.0600e+008KN/m2,容重为92.32KN/m3,泊松比为0.3。
建一座拱桥模型比较跨度105m,拱肋、主梁横截面尺寸及材料与斜柱桥的斜柱均
相同,立柱横截面采用宽6.1m,高0.6m的实腹长方形截面,材料选择C40混凝土。
提取结果可知:斜柱桥自重作用下,主跨最大位移:3.183cm,主跨最大应力发生
在主跨一侧斜柱根部:-9.5Mpa;拱桥模型自重作用下,最大位移:5.015cm,最大应力:
11.7Mpa,分析结果比较:与相同跨度的拱桥相比,斜柱桥刚度提高了36.34%,内力减少了
18.8%。
应用实例2:
斜柱桥全长400m,主跨200m,桥面系材料采用C40混凝土;承台材料采用C25混凝
土;吊杆及系杆材料为钢材,采用直径0.085m的圆形截面,其中,E=2.0600e+008KN/m2,容
重为92.32KN/m3,泊松比为0.3。
斜拉桥全长400m,主跨200m,桥面系材料采用C40混凝土;系杆材料采用C25混凝
土;拉索材料为钢材,采用直径0.085m的圆形截面,其中,E=2.0600e+008KN/m2,容重为
92.32KN/m3,泊松比为0.3。
提取结果可知:斜柱柱桥在25KN/m均布荷载工况作用下,主跨最大位移:1.883cm。
斜拉桥只在25KN/m均布荷载作用下,主跨最大位移:10.086cm。与相同跨度的斜拉桥相比,
斜柱桥刚度提高了81.33%。