一种桁架梁-拱组合的桥梁结构及桥梁施工方法 |
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| 申请号 | CN202311651841.4 | 申请日 | 2023-12-05 | 公开(公告)号 | CN117488648A | 公开(公告)日 | 2024-02-02 |
| 申请人 | 广州市城市规划勘测设计研究院有限公司; | 发明人 | 孙全利; 谢桂兰; 管广博; 孙秀银; 黄竞锋; 张淑贤; 谭静文; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 桥梁 建设领域，公开了一种桁架梁‑拱组合的桥梁结构及桥梁施工方法，包括主桁架、主拱圈以及吊杆；主拱圈两端的拱脚与主桁架的固定连接，吊杆的两端分别与主拱圈及主桁架活动连接；主桁架包括多个 弦杆 ，上下相邻的两个弦杆之间设有斜腹杆和竖腹杆，左右对应的两个弦杆之间设有横梁；横梁上设有支承板，支承板与横梁组成 桥面 系共同承担桥面荷载；通过将主拱圈的拱脚直接固定在主桁架上，使得主拱圈的 水 平推 力 直接作用在了主桁架上，桥梁整体上由主桁架的受弯结构变为拉弯结构，提高了桥梁的承载能力，桥梁的跨径可以更大，也能够承载更多的车辆。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种桁架梁‑拱组合的桥梁结构，其特征在于，包括桁架单元，所述桁架单元包括主桁架以及架设于主桁架上方的两个主拱圈； |
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| 说明书全文 | 一种桁架梁‑拱组合的桥梁结构及桥梁施工方法技术领域[0001] 本发明涉及桥梁领域，特别是涉及一种桁架梁‑拱组合的桥梁结构及桥梁施工方法。 背景技术[0002] 桁架梁是桥梁、建筑中广泛应用的一种结构，其由许多腹杆组成。桁架梁以其优良的抗弯性能和较强的变形协调能力作为大型支撑结构被引进，且由于桁架的设计、制作、安装均较为简便，故在工程中应用非常广泛，其中桁架梁桥一般是由两片主桁架、纵向联结系及横向联结系组成空间结构，但由于桁架桥梁的跨中正弯矩与跨径成正比级数关系，跨径越大，桥梁的跨中正弯矩也就越大，桁架也就需要更大的结构高度以提高桁架桥梁的稳定性和承载能力，而桥梁上部结构建筑的高度往往又受到限制，以至于不得不减小桥梁跨径来降低桁架高度，也即是属于受弯结构的桁架桥梁的跨越能力较差； [0003] 拱桥是一种古老的桥型，也是现代桥梁建设中经常用到的一种桥型，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，正是这个水平推力，使拱内产生轴向压力，并大大减小了跨中弯矩，使它的主拱截面材料强度得到充分发挥，跨越能力增大，因此，拱桥在桥梁工程建设中特别是景观桥梁中应用较多，但是由于水平推力的原因导致拱桥的架设对地质条件有较高的要求，地质不良地区不适合建造拱桥。 发明内容[0004] 本发明要解决的技术问题是：如何组合桁架梁桥与拱桥，以在保证桥梁跨越能力的情况下提高桥梁的承载能力。 [0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种桁架梁‑拱组合的桥梁结构，包括桁架单元，所述桁架单元包括主桁架以及架设于主桁架上方的两个主拱圈； [0006] 所述主桁架包括沿宽度方向对称分布的两弦杆组，所述弦杆组包括由上至下依次间隔设置的至少两根弦杆，所述弦杆沿长度方向延伸；各沿宽度方向对应的两根弦杆之间分别设有桥面系，所述桥面系包括支承板及多根横梁，多根横梁沿长度方向依次间隔设置，所述横梁的两端分别连接于一所述弦杆，所述支承板设于多根所述横梁上方；各沿竖直方向相邻的两根所述弦杆之间均沿长度方向间隔连接有多根沿竖直方向延伸的竖腹杆，各沿长度方向相邻两根所述竖腹杆之间设有相对于竖直方向呈倾斜设置的斜腹杆； [0007] 两个所述主拱圈一一对应设于各所述弦杆组的上方，所述主拱圈的两端分别固定连接于各所述弦杆组位于最上方的所述弦杆的两端，各所述主拱圈和与其连接的所述弦杆之间连接有多根吊杆，多根所述吊杆沿长度方向依次间隔设置，所述吊杆的上端与所述主拱圈铰接，所述吊杆的下端铰接于所述弦杆。 [0008] 优选地，各所述弦杆组包括三根弦杆，对应地，设置有三层桥面系。 [0009] 优选地，所述主拱圈的与桥面系之间的夹角范围为60°～120°。 [0010] 优选地，所述支承板朝向横梁的一面具有多个沿宽度方向间隔设置的压槽。 [0011] 优选地，设置有多个所述桁架单元，多个所述桁架单元沿长度方向依次设置。 [0012] 优选地，相邻两个所述桁架单元的主桁架相互焊接。 [0014] 优选地，所述主桁架的各个构件与主拱圈均为钢件，所述主桁架的各构件之间以及所述主桁架与所述主拱圈之间均采用焊接相连。 [0016] 基于上述桁架梁‑拱组合的桥梁结构，本发明还提供一种桥梁施工方法，包括以下步骤： [0017] 步骤S1、施工建设桩基、承台以及墩台，同时分别成型主桁架和主拱圈的各个分段结构； [0018] 步骤S2、搭设临时支墩，将主桁架的各个分段结构分别吊装至墩台和临时支墩上，并将主桁架的各个分段结构连接成整体结构； [0019] 步骤S3、在主桁架上设置临时支柱，吊装主拱圈的各个分段结构至临时支柱上，将主拱圈的各个分段结构连接成整体结构并将主拱圈两端的拱脚与主桁架连接固定； [0020] 步骤S4、在主拱圈和主桁架之间安装吊杆，拆除临时支墩和临时支柱。 [0022] 在本实施例当中，桥面系受到的部分荷载经由吊杆传递给主拱圈，使得主拱圈产生水平的推力，而主拱圈的两端是直接固定在主桁架最上方的弦杆上的，主拱圈产生的水平推力不经由其他腹杆等结构而是直接作用在主桁架最上方的弦杆的两端，为弦杆施加了长度方向上的拉力，降低桥面系受到的荷载的同时也充分利用了弦杆截面和主拱圈截面的抗拉能力，提高了桥梁的承载能力，桥梁的跨径可以更大，也能够承载更多的车辆。附图说明 [0023] 图1是本发明的正视图； [0024] 图2是本发明的侧视图； [0025] 图3是本发明的施工流程图； [0026] 图4是本发明的施工流程中步骤S1的施工结构示意图。 [0027] 图5是本发明的施工流程中步骤S2的施工结构示意图。 [0028] 图6是本发明的施工流程中步骤S3的施工结构示意图。 [0029] 图7是本发明的施工流程中步骤S4的施工结构示意图。 [0030] 图中：1、主桁架；11、上弦杆；12、中弦杆；13、下弦杆；14、横梁；15、斜腹杆；16、竖腹杆；17、支承板； [0031] 2、主拱圈； [0032] 3、吊杆；4、墩台；5、临时支墩；6、临时支柱。 具体实施方式[0033] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 [0034] 如图1和图2所示，本发明优选实施例提供了一种桁架梁‑拱组合的桥梁结构及桥梁施工方法，包括桁架单元，桁架单元包括主桁架1以及架设于主桁架1上方的两个主拱圈2； [0035] 主桁架1包括沿宽度方向对称分布的两弦杆组，弦杆组包括由上至下依次间隔设置的至少两根弦杆，弦杆沿长度方向延伸；各沿宽度方向对应的两根弦杆之间分别设有桥面系，桥面系包括支承板17及多根横梁14，多根横梁14沿长度方向依次间隔设置，横梁14的两端分别连接于一弦杆，支承板17设于多根横梁14上方；各沿竖直方向相邻的两根弦杆之间均沿长度方向间隔连接有多根沿竖直方向延伸的竖腹杆16，各沿长度方向相邻两根竖腹杆16之间设有相对于竖直方向呈倾斜设置的斜腹杆15； [0036] 两个主拱圈2一一对应设于各弦杆组的上方，主拱圈2的两端分别固定连接于各弦杆组位于最上方的弦杆的两端，各主拱圈2和与其连接的弦杆之间连接有多根吊杆3，多根吊杆3沿长度方向依次间隔设置，吊杆3的上端与主拱圈2铰接，吊杆3的下端铰接于弦杆。 [0037] 具体来说，现有的拱与桁架组合的桥梁结构当中，拱圈两端的拱脚多是穿过桁架并通过混凝土块直接固定在地面上的，主拱圈2的两端的侧面与主桁架1连接，该种结构下主拱圈2产生的推力仍是由地面或墩台4承担，没法将水平推力施加在主桁架1上的以充分利用主桁架1结构的抗拉能力，对于地质的要求仍然较高，使用环境仍然受到限制，而本发明中主拱圈2两端的拱脚则与主桁架1固定连接，当桥面系承受向下的荷载时，会将荷载通过吊杆3传递给主拱圈2，使得主拱圈2承受向下的力，而主拱圈2则又会将这部分力转化为水平推力并施加在主桁架1最上方的弦杆上，也即是主拱圈2将弦杆受到的向下的力通过主拱圈2部分转化为直接作用在弦杆上的横向拉力，此时主桁架1最上方的弦杆既受到向下的力，也受到水平的拉力，主桁架1变为拉弯结构，在降低桥面系受到的荷载的同时也充分利用了弦杆截面和主拱圈2截面的抗拉能力，提高了主桁架1上的桥面系的承载能力，主桁架1的稳定性也得到了提高，桥梁也获得了更大的跨越能力；此外，沿高度方向通过设置多个支承板17和横梁14对桁架内部进行上下分层以设置多个桥面系，使得车辆行人分层通行，充分利用了各个桥面系的承载能力，提高了桥梁的通行效率。 [0038] 在一些实施例中，各弦杆组包括三根弦杆，对应地，设置有三层桥面系，具体的弦杆组由上至下包括上弦杆11、中弦杆12和下弦杆13；桥面系对应于上弦杆11、中弦杆12和下弦杆13包括上桥面系、中桥面系和下桥面系，在实际的运行过程当中，可以根据车辆重量以及主桁架1上个桥面系的受力情况来分配不同的车辆在不同的桥面系上通行，同时在中部设置隔板以分隔出左右车道，以充分的利用主桁架1提升后的承载能力，进一步的，上桥面系既受到主拱圈2以及吊杆3的拉力，同时也受到多个竖腹杆16和斜腹杆15的支撑力，其承载能力较强，上桥面系则用于通行大重量的货车和客车等，而中桥面系则用于通行小客车，下桥面系则主要是受到两端的支撑力以及上桥面系和中桥面系施加的向下的力，其承载能力相对上桥面系较弱，可以用于通行非机动车以及行人；在另外一些实施例当中，也可以将左右车道分隔开至上桥面系和中桥面系中，而下桥面系则用于行人以及非机动车的通行。 [0039] 在一些实施例当中，吊杆3的下端与竖腹杆16铰接，中桥面系以及下桥面系的中部受到自重以及荷载的影响，有向下的力，而竖腹杆16则是连接着上桥面系、中桥面系和下桥面系，中桥面系和下桥面系受到的向下的荷载经由竖腹杆16传递给吊杆3，并经由主拱圈2转化为横向推力施加在上弦杆11上，吊杆3与竖腹杆16的铰接设置，使得中桥面系和下桥面系上受到的力也能够很好的通过吊杆3传递至主拱圈2上。 [0040] 在一些实施例中，主拱圈2的与桥面系之间的夹角范围为60°～120°。主拱圈2的倾斜角度不同，其造型也不相同，能够提高桥梁整体的美观效果。 [0041] 在一些实施例中，支承板17朝向横梁14的一面具有多个沿宽度方向间隔设置的压槽。一方面其钢材用料更少，生产成本更低，另外一方面其波形的结构设计相比于平面板而言，承载能力也较好，能够满足荷载的要求，在实际施工桥面系的时候，还可以配合混凝土以及沥青以进一步加强承载能力。 [0042] 在一些实施例中，设置有多个桁架单元，多个桁架单元沿长度方向依次设置。当需要跨越的距离过长的时候，可以通过设置多个支点和多个桁架单元来共同组成桥梁，相邻主桁架1之间可以互不干扰，各自架设在支点上以形成多跨简支梁桥，相邻两个桁架单元的桥面系通过桥面连续钢筋连接，且相邻两个主桁架1之间留有伸缩缝，多跨简支梁桥的建设更为简单，生产成本也更低；而在另外一些实施例当中，可以将多个主桁架1依序焊接固定在一起形成连续梁桥，连续梁桥的承载能力又比多跨简支梁的承载能力要好。 [0043] 在一些实施例中，主桁架1与主拱圈2中的各个构件均为钢件，主桁架1的各构件之间以及主桁架1与主拱圈2之间均采用焊接相连；全钢结构使得桥梁整体的自重较为轻便，桥梁的施工也更为容易，而在另外一些实施例中，主桁架1与主拱圈2中的各个构件均为钢筋混凝土结构或预应力钢筋混凝土结构，主桁架1的各构件之间以及主桁架1与主拱圈2之间钢筋连接后浇筑混凝土固定连接，主桁架1与主拱圈2中的各个构件先行浇筑成型，而后再吊装各个构件且各个构件之间通过钢筋连接并通过浇筑混凝土进行固定，混凝土的抗弯能力较差而抗拉能力较好，主拱圈2将主桁架1受到的部分荷载转化为横向拉力，则可以充分的利用混凝土的截面材料强度，且钢筋混凝土桥梁的成本也更低。 [0044] 如图3至图7所示，本发明还提供一种桁架梁‑拱组合的桥梁结构的施工方法，包括以下步骤： [0045] 步骤S1、施工建设桩基、承台以及墩台4，同时分别成型主桁架1和主拱圈2的各个分段结构；在实际的建设过程当中，主桁架1的长度往往是超过百米的，在施工之前，需要先根据图纸将主桁架1以及主拱圈2划分为不同的分段结构，在工厂当中先将不同的分段结构焊接成型或者浇筑成型以待后续的吊装工作。 [0046] 步骤S2、搭设临时支墩5，将主桁架1的各个分段结构分别吊装至墩台4和临时支墩5上，并将主桁架1的各个分段结构连接成整体结构；在两个墩台4之间根据各个分段结构的位置以及主桁架1的总长度设置多个临时支墩5，将主桁架1的各个分段结构吊装至临时支墩5上固定，再将主桁架1的各个分段结构依次焊接固定或将各个分段结构通过钢筋连接后再浇筑混凝土进行连接固定，形成完整的主桁架1结构；其中临时支墩5的上端与竖腹杆16连接。 [0047] 步骤S3、在主桁架1上设置临时支柱6，吊装主拱圈2的各个分段结构至临时支柱6上，将主拱圈2的各个分段结构连接成整体结构并将主拱圈2两端的拱脚与主桁架1连接固定；在主桁架1上部对应临时支墩5的位置上设置用于支撑主拱圈2的临时支柱6，使得主拱圈2安装过程当中，主桁架1的受力情况更好，主拱圈2的重力经由临时支柱6、竖腹杆16传至临时支墩5，主拱圈2的重力不会由主桁架1的上弦杆11或者下弦杆13承担，保护主桁架1结构在安装过程中的安全；而在将主拱圈2的各个分段结构焊接固定或者浇筑固定为完整的主拱圈2结构后，将主拱圈2的拱脚与主桁架1的上弦杆11焊接固定或是浇筑固定在一起。 [0048] 步骤S4、在主拱圈2和主桁架1之间安装吊杆3，拆除临时支墩5和临时支柱6；在安装吊杆3的时候需要间隔拆除临时支柱6为吊杆3的安装让出空间，同时在吊杆3全部安装完毕之前，临时支柱6需要保留部分，以对主拱圈2稳定支撑，当吊杆3全部安装完毕，主桁架1与主拱圈2之间形成受力整体的时候，才可以拆除全部的临时支柱6，进而再拆除临时支墩5。 [0049] 此外，在临时支墩5和临时支柱6全部拆除完毕后，可以进行桥面系的铺装工作以及附属工程，在横梁14上铺设支承板17并浇筑混凝土以及沥青形成桥面。 [0050] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。 |
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