專(zhuān)利名稱(chēng)：一種桁式索拱橋結(jié)構(gòu)及施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種拱橋結(jié)構(gòu)及施工方法，特別是適合于山區(qū)陡峻和V形山谷地形等交通不便、運(yùn)輸艱難條件的一種桁式索拱橋結(jié)構(gòu)及施工方法。
背景技術(shù)：
從我國(guó)古代的石材拱橋---趙州橋到二十世紀(jì)的鋼筋砼拱橋，歷經(jīng)了千年的發(fā)展歷程，現(xiàn)澆的鋼筋砼拱橋需要在現(xiàn)場(chǎng)做模板，只適用于小型拱橋；大跨徑上承式砼拱橋經(jīng)歷了箱型拱、鋼管砼拱和桁式組合拱等三個(gè)發(fā)展階段。
1.預(yù)制薄壁箱型砼拱橋--90年代以前，我國(guó)山區(qū)大跨徑拱橋多采用預(yù)制薄壁箱型拱橋。它縱向分3～7段，每段重40～60t，架設(shè)多采用纜索起重機(jī)，其設(shè)備200～500t的安裝和拱肋的架設(shè)工期長(zhǎng)達(dá)1年；眾多的臨時(shí)施工設(shè)備如此裝、拆，耗用大量人力，增加了工程費(fèi)用，另外山區(qū)地勢(shì)陡峻，缺乏長(zhǎng)構(gòu)件的預(yù)制和起吊的場(chǎng)地，這樣致使箱型拱橋最大跨徑停留在L＜150m的水平。
2.鋼管砼拱橋--1990年四川旺蒼橋創(chuàng)建鋼管砼拱，它的下弦主拱圈是內(nèi)注砼的拱形鋼管，由于鋼管自重輕，既能做支架又能做模板極大的方便了施工，因此促進(jìn)了中國(guó)大跨徑拱橋的飛速發(fā)展，目前最大跨徑是已達(dá)到460m的四川巫山橋；但單一的鋼管或還難以滿(mǎn)足山區(qū)大跨徑拱橋?qū)ο孪抑鞴叭?qiáng)度和穩(wěn)定性的要求，它所采用的大型纜吊設(shè)備用鋼量達(dá)500～800t之多，而主拱圈合攏后拉索及扣架等施工設(shè)施都要拆除，致使費(fèi)用高昂，除專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍外，一般施工單位都很難完成大跨徑鋼管砼拱橋建設(shè)任務(wù)。
3.鋼筋砼桁式組合拱橋--是上世紀(jì)80年代初由貴州省根據(jù)V形山谷地形特點(diǎn)所提出的一種新橋型，其特點(diǎn)是采用鋼人字桅桿為吊裝工具，由兩岸橋臺(tái)向跨中以懸臂桁架形式進(jìn)行拼裝，合攏后在反彎點(diǎn)處切開(kāi)上弦節(jié)點(diǎn)，以“邊桁中拱”的結(jié)構(gòu)型式來(lái)受力；這種新工藝特點(diǎn)是施工設(shè)備簡(jiǎn)便、施工安全、省工省料、造價(jià)低廉，在西南地區(qū)V形峽谷地區(qū)迅速代替了箱型拱，目前已在全國(guó)推廣修建了40余座橋。但是經(jīng)過(guò)20年的運(yùn)營(yíng)實(shí)踐，桁式組合拱采用鋼筋砼材料的弱點(diǎn)也逐漸也暴露出來(lái)；例如桁式節(jié)點(diǎn)和主拱圈后澆部分在反復(fù)荷載作用下都出現(xiàn)不同程度裂縫，從而影響耐久性，另外當(dāng)跨徑增大時(shí)鋼筋砼預(yù)制構(gòu)件重量過(guò)大，給脫模、移運(yùn)、翻身、吊裝都帶來(lái)不少技術(shù)難度。1995年建成的世界上最大跨徑的桁式拱橋——跨徑330m的貴州江界河大橋主體工程工期用了三年的事實(shí)說(shuō)明，特大跨徑拱橋更需要一種結(jié)構(gòu)更可靠和施工快速方便的新橋型。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、能利用可調(diào)斜拉索在成橋前后進(jìn)行“調(diào)索均載減負(fù)”、吊裝施工更為簡(jiǎn)便的桁式索拱橋結(jié)構(gòu)及施工方法，它能綜合發(fā)揮高強(qiáng)度鋼索、鋼材和砼等多種材料協(xié)同組合、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的特點(diǎn)，適于山區(qū)V型山谷大跨徑建橋。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種桁式索拱橋結(jié)構(gòu)，它的下弦主拱圈是由多根內(nèi)注砼的拱形鋼管依靠縱鋼板和橫鋼板連接成的下弦鋼管砼桁式主拱圈或由多個(gè)拱形鋼箱依靠節(jié)點(diǎn)板拉桿和斜桿連接組成鋼箱桁架并加注砼的下弦鋼箱砼桁式主拱圈。鋼管砼立柱垂直緊固在下弦主拱圈的下結(jié)點(diǎn)上，鋼管砼立柱上端緊固在上弦行車(chē)道梁的上結(jié)點(diǎn)上，裝有可調(diào)錨夾的斜拉索的兩端分別錨固在上結(jié)點(diǎn)和與其相鄰的鋼管砼立柱的下結(jié)點(diǎn)上；鋼管砼立柱可為單管或多管組合結(jié)構(gòu)，砼位于全部鋼管內(nèi)或只在鋼管的兩端。三角形橫截面的下弦鋼管砼桁式主拱圈是由3根內(nèi)注砼的拱形鋼管組合成三角形橫截面的結(jié)構(gòu)，依靠鋼板或鋼桿定位連接成一體，組成中空三角形橫截面、桁式結(jié)構(gòu)的鋼管砼主拱圈；三角形橫截面的下弦鋼管砼桁式主拱圈也可由3根內(nèi)注砼的拱形鋼管組合成等腰三角形橫截面的結(jié)構(gòu)，居中的上鋼管的直徑大，下底兩個(gè)鋼管的直徑小；依靠與三角形橫截面平行、等間距排列的橫鋼板把3根拱形鋼管焊接成一體，縱鋼板沿后者的三個(gè)外曲面焊接，組成封閉的中空三角形橫截面、桁式結(jié)構(gòu)的鋼管砼主拱圈；所述的拱形鋼管是由短鋼管串聯(lián)焊接成一體，每根短鋼管的一端內(nèi)焊有筋肋；在橫鋼板的兩側(cè)，設(shè)有連接相鄰的兩個(gè)拱形鋼管的鋼筋拉桿；兩側(cè)的下弦鋼管砼桁式主拱圈由下橫梁定位連接，鋼管砼立柱上端由中橫梁定位連接；帶可調(diào)錨夾的斜拉索緊固連接鋼管砼立柱的上結(jié)點(diǎn)及與其相鄰鋼管砼立柱的下結(jié)點(diǎn)。梯形橫截面的下弦鋼管砼主拱圈是由4根內(nèi)注砼的拱形鋼管組合成梯形的橫截面結(jié)構(gòu)，依靠與梯形橫截面平行、等間距排列的橫鋼板把4根拱形鋼管焊接成一體，縱鋼板沿后者的4個(gè)外曲面焊接，組成封閉的中空梯形橫截面、桁式結(jié)構(gòu)的鋼管砼主拱圈。以上所述的鋼管砼拉索組合拱橋由于自重較大，其主拱圈跨度局限于500米以?xún)?nèi)，如果主拱圈跨度要求大于500米時(shí)，就要采用包括下弦鋼箱砼桁式主拱圈的全鋼結(jié)構(gòu)的桁式索拱橋。
所述的下弦鋼箱砼桁式主拱圈是由位于四角、內(nèi)焊筋板的拱形鋼箱依靠節(jié)點(diǎn)板、拉桿和斜桿連接組成鋼箱桁架，砼位于桁架中。所述的上弦行車(chē)道梁是由縱梁和上橫梁連接而成的框架結(jié)構(gòu)。上弦行車(chē)道梁也可由雙工字鋼組成箱梁的縱梁和由單工字鋼梁構(gòu)成的上橫梁連接而成的鋼框架結(jié)構(gòu)，在其上安置預(yù)制鋼筋砼橋面板及瀝青砼磨耗層。
一種桁式索拱橋的施工方法，其工藝步驟為a.先完成兩岸橋臺(tái)的施工，按一個(gè)結(jié)點(diǎn)的長(zhǎng)度劃分安裝單元，分段加工好各單元所需的下弦鋼管砼桁式主拱圈或下弦鋼箱砼桁式主拱圈、鋼管立柱、帶可調(diào)錨夾的斜拉索、行車(chē)道梁的上橫梁、縱梁、中橫梁和下橫梁備用；b.從兩岸的橋臺(tái)起分別利用帶可調(diào)錨夾的斜拉索吊裝第一單元的下弦鋼管砼桁式主拱圈或下弦鋼箱砼桁式主拱圈、由縱梁和橫梁組成框架結(jié)構(gòu)的行車(chē)道梁和鋼管立柱，把它們組裝成一體；c.把吊機(jī)移至第一個(gè)結(jié)點(diǎn)，即剛架好的第一單元行車(chē)道梁的外端部，利用帶可調(diào)錨夾的斜拉索吊裝第二單元，依此類(lèi)推，直到拱橋合攏；
d.從兩岸的橋臺(tái)起，從下端向每根拱形鋼管或鋼箱桁架中灌注混凝土，并利用帶可調(diào)錨夾的斜拉索逐步拉緊已安裝的鋼管砼桁式主拱圈或下弦鋼箱砼桁式主拱圈；e.混凝土進(jìn)入拱跨L/4范圍時(shí)，再逐步放松斜拉索，直到拱頂充滿(mǎn)混凝土；f.在上弦行車(chē)道梁上鋪設(shè)預(yù)制鋼筋砼橋面板及瀝青砼磨耗層；g.在成橋后，再調(diào)節(jié)各結(jié)點(diǎn)的斜拉索，力求使全拱受力均勻。
本發(fā)明的有益效果是1.采用多根內(nèi)注砼的拱形鋼管或拱形鋼箱桁式主拱圈，充分發(fā)揮鋼材和混凝土兩種材料協(xié)同互補(bǔ)的優(yōu)勢(shì)，具有承載力高、剛度大、自重輕和經(jīng)濟(jì)效益好等特點(diǎn)。在架橋施工、特別是在大跨徑懸臂拼裝中，先吊裝重量輕剛度大的鋼管或鋼箱桁架，能快速就位；合攏后再根據(jù)受力需要在鋼管內(nèi)或鋼箱桁架中泵送砼。在施工中可將空鋼管或鋼箱桁架作為承重的支架和模板，大大地減少了施工機(jī)具設(shè)備。鋼管或鋼箱桁架混凝土拱肋具有結(jié)構(gòu)和施工兩者優(yōu)勢(shì)的統(tǒng)一、造價(jià)比斜拉橋低、外形美觀的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于山區(qū)陡峻和V形山谷地形等交通不便、運(yùn)輸艱難地區(qū)。三角形、梯形或鋼箱橫截面桁式結(jié)構(gòu)的下弦主拱圈和鋼框架結(jié)構(gòu)的上弦行車(chē)道梁都具有強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、適合于大跨徑拱橋的優(yōu)點(diǎn)。
2.在立柱上端與行車(chē)道縱向上梁的結(jié)點(diǎn)和立柱下端與主拱圈的結(jié)點(diǎn)設(shè)有斜拉索，它在大跨徑拱橋中三個(gè)不同階段中都具有獨(dú)特的功能(1)合攏前懸臂施工懸掛階段(如圖6)，斜拉索通過(guò)“扣架”懸掛在拱肋上，保證了拱肋的縱向穩(wěn)定性。
懸臂施工重量所產(chǎn)生的傾覆彎矩M＝∑xiGi，被上弦水平力Qi所產(chǎn)生的彎矩M′＝-ξgQi所平衡，由此得到Qi=ΣxiGiξ;]]>而斜拉索的水平分力與上弦結(jié)點(diǎn)前后的水平力之差相等，即Hi＝Qi+1-Qi，這樣可求得斜拉索力Ti=Hicosθ]]>(式中θ為斜拉索水平夾角)。
上述計(jì)算公式說(shuō)明調(diào)整斜拉索力Ti大小，就可以保證立柱、拉索、下弦三者的結(jié)點(diǎn)彎矩為零，即結(jié)點(diǎn)自重?fù)隙萬(wàn)＝0。
(2)鋼管拱合攏后管內(nèi)泵送砼施工階段(如圖9、10)拱肋合攏后斜拉索不拆除，與拱肋共同形成“拉索組合拱”，使拱肋在加載中的變形得到有效的控制。因?yàn)榭珍摴芤袚?dān)全部管內(nèi)砼重量所產(chǎn)生的軸向力和局部彎矩，這在特大跨徑確有困難，但設(shè)有拉索后可以實(shí)現(xiàn)管內(nèi)砼連續(xù)泵送。具體做法是在兩岸L/4范圍，可通過(guò)收緊拉索將管內(nèi)未硬化的砼重量轉(zhuǎn)移到斜拉索上；而當(dāng)砼進(jìn)入跨中L/2范圍時(shí)，則及時(shí)將兩側(cè)斜拉索相應(yīng)放松至原來(lái)狀態(tài)。拉索這種“先緊后松”方法是減少拱軸過(guò)大上下起伏變形的重要的施工手段。
(3)成橋后的“調(diào)索”；合攏后組合拱是以鋼管砼無(wú)鉸拱為主體的結(jié)構(gòu)?？紤]彈性收縮后拱趾將產(chǎn)生負(fù)彎矩(Mk＝-ΔHg·yk)和拱頂產(chǎn)生正彎矩(Mk＝+ΔHg·ys)，與一般拱不同在于組合拱Ms遠(yuǎn)大于Mk。這是因?yàn)閼冶凼┕ぶ性诟鹘Y(jié)點(diǎn)所采用的斜拉索垂直分力(V＝T·sinθ)將約占全部1/4重量的鋼管拱、鋼立柱和鋼縱橫梁的重量拉起上抬，從而引起了跨中下?lián)稀Ｒ虼虽摴茼殴靶纬蓸蚝笠皶r(shí)將兩側(cè)拉索適當(dāng)放松(相當(dāng)反壓主拱)，使拱頂產(chǎn)生上翹來(lái)達(dá)到平衡。行車(chē)道梁建成后的恒載內(nèi)力也需要通過(guò)反復(fù)調(diào)整斜拉索索力，以使全拱各截面受力基本均勻，從而大大提高拱圈和拱橋整體的可靠性、安全性和使用壽命。
3.應(yīng)力疊加計(jì)算方法；桁式索拱橋的主要特點(diǎn)是采用懸臂施工法分次逐段建造。為了減少吊裝重量和錨固設(shè)施，在主孔的上下弦都是分次形成的組合截面型式。因此在施工過(guò)程中，先受力的部分(例如鋼管砼截面中的鋼管)和后受力的部分(例如鋼管砼截面中的砼)所產(chǎn)生的應(yīng)力是不同的。目前，桁式組合拱橋多采用《內(nèi)力疊加一次總算應(yīng)力》的方法，其原理是考慮砼的齡期的增加，所產(chǎn)生徐變會(huì)在截面上產(chǎn)生應(yīng)力重分布現(xiàn)象，因此總體上可以近似用內(nèi)力疊加一次總算應(yīng)力。然而實(shí)踐表明，由于沒(méi)有一種很好的理論能準(zhǔn)確的計(jì)算出此種應(yīng)力重分布的數(shù)值，應(yīng)力一次總算絕對(duì)值偏小，所以導(dǎo)致不安全的后果，在工程上相繼出現(xiàn)很多裂縫。因此總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為了安全計(jì)，本發(fā)明推薦使用彈性階段的應(yīng)力疊加計(jì)算理論作為桁式索拱橋的基本計(jì)算方法。
4.在陡峻山區(qū)和V形山谷地形等交通不便、運(yùn)輸艱難的條件下，與單純的鋼框結(jié)構(gòu)橋、吊索橋或斜拉橋相比具有可以避免深水、高墩的施工，極大地縮短了工期和成本較低的優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)的單鋼管砼拱橋相比具有承載力高、剛度大、斜拉索在成橋前后充分發(fā)揮“調(diào)索均載減負(fù)”等特點(diǎn)，特別適合于大跨徑拱橋。


圖1是鋼管砼拉索組合拱橋結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是主拱圈為三管桁式結(jié)構(gòu)的鋼管砼拉索組合拱橋橫截面示意圖。
圖3是主拱圈為四管桁式結(jié)構(gòu)的鋼管砼拉索組合拱橋橫截面示意圖。
圖4是三管桁式結(jié)構(gòu)主拱圈的橫截面示意圖。
圖5是縱鋼板和橫鋼板與拱形鋼管焊接示意圖。
圖6是茂井大橋方案比較示意圖。
圖7是仙神河大方案比較示意圖。
圖8是零彎距懸臂施工示意圖。
圖9是前期泵送混凝土?xí)r調(diào)緊斜拉索的示意圖。
圖10是后續(xù)泵送混凝土?xí)r調(diào)松斜拉索的示意圖。
圖11是四箱桁式結(jié)構(gòu)主拱圈的橫截面示意圖。
圖12是圖11的左視圖。
圖13是壩凌河大橋方案比較示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例1貴州龍灘水電站羅甸縣茂井大橋設(shè)計(jì)為76+128+76＝280m連續(xù)剛構(gòu)、橋墩高100m，因電站提前蓄水，淹沒(méi)了橋墩基礎(chǔ)而被迫停工。由此不得不加大跨徑，將橋墩移至淹沒(méi)線(xiàn)上，費(fèi)用將增至3500萬(wàn)元。如果因地制宜改用單跨“240m三鋼管桁式結(jié)構(gòu)的砼桁式索拱橋”如圖6所示，則可取消高墩及水下基礎(chǔ)施工，節(jié)省費(fèi)用近1000萬(wàn)元。
主拱圈為三鋼管桁式結(jié)構(gòu)的砼桁式索拱橋如圖1-6所示它的下弦主拱圈是由三根內(nèi)注砼的拱形鋼管8組合成等腰三角形橫截面的結(jié)構(gòu)；拱截面下緣為雙管、直徑較小、兩者分開(kāi)以增大橫向剛度，上緣單管直徑較大、與下緣雙管相距一定高度來(lái)保證拱的縱向剛度；三管之間依靠與三角形橫截面平行、等間距排列的橫鋼板18把3根拱形鋼管8焊接成一體，縱鋼板17沿后者的三個(gè)外曲面焊接，組成封閉的中空等腰三角形橫截面、桁式結(jié)構(gòu)的鋼管砼主拱圈19。拱形鋼管8是由短鋼管串聯(lián)焊接成一體，在每根短鋼管內(nèi)壁的一端焊有由縱橫鋼板組成的筋肋16，以防止管內(nèi)砼收縮與鋼管脫離；在橫鋼板18的兩側(cè)，設(shè)有對(duì)穿相鄰的兩個(gè)拱形鋼管8的Φ32鋼筋拉桿13來(lái)保證三管的整體強(qiáng)度。兩側(cè)的下弦鋼管砼桁式主拱圈19由下橫梁15定位連接，鋼管砼立柱3上端由中橫梁14定位連接。
鋼管砼立柱3垂直焊接在三管桁式結(jié)構(gòu)的鋼管砼主拱圈19的下結(jié)點(diǎn)7上，鋼管砼立柱3上端緊固在上弦行車(chē)道梁5的上結(jié)點(diǎn)6上；拱肋上單根立柱高度20m以?xún)?nèi)為單管結(jié)構(gòu)，大于20m高度采用多管組合結(jié)構(gòu)；根據(jù)受力需要鋼管內(nèi)可填滿(mǎn)砼，也可只在上下端0.5m的范圍內(nèi)充填砼。
裝有可調(diào)冷鑄錨夾的熱擠PE索套Φ7平行鋼絲鐓頭錨斜拉索4的兩端分別斜向錨固在上結(jié)點(diǎn)6和和相鄰鋼管砼立柱的下結(jié)點(diǎn)7上；在施工吊裝、充填砼和成橋前后等階段均可進(jìn)行索力調(diào)整，從而控制拱軸線(xiàn)形，力求使全拱受力均勻，確保大跨徑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
上弦行車(chē)道梁5是由承受“拉彎”載荷的雙工字鋼焊接成箱梁的縱梁10和由承擔(dān)橋面及汽車(chē)荷載的單工字鋼梁構(gòu)成的橫梁9焊接而成的鋼框架結(jié)構(gòu)，橫梁間距不大于4m，以承擔(dān)一輛重車(chē)；位于其上的預(yù)制鋼筋砼橋面板11，通過(guò)鋼筋焊接和接縫澆筑纖維砼與縱橫鋼梁連成整體，其上再鋪填瀝青砼磨耗層12。
桁式索拱橋的施工步驟為a.先完成兩岸橋臺(tái)1的施工，按一個(gè)結(jié)點(diǎn)的長(zhǎng)度劃分安裝單元，分段加工好各單元所需的下弦鋼管砼桁式主拱圈19、鋼管立柱3、帶可調(diào)錨夾的斜拉索4、行車(chē)道梁的上橫梁9、縱梁10、中橫梁14和下橫梁15備用；b.從兩岸的橋臺(tái)起分別利用帶可調(diào)錨夾的斜拉索4吊裝第一單元的下弦鋼管砼桁式主拱圈19、由縱梁10和橫梁9組成框架結(jié)構(gòu)的行車(chē)道梁5和鋼管立柱3，把它們組裝成一體；
c.把吊機(jī)移至第一個(gè)結(jié)點(diǎn)，即剛架好的第一單元行車(chē)道梁5的外端部，利用帶可調(diào)錨夾的斜拉索4吊裝第二單元，依此類(lèi)推，直到拱橋合攏；d.從兩岸的橋臺(tái)1起，從下端向每根拱形鋼管8或鋼箱桁架中灌注混凝土，并利用帶可調(diào)錨夾的斜拉索4逐步拉緊已安裝的鋼管砼桁式主拱圈19；e.混凝土進(jìn)入拱跨L/4范圍時(shí)，再逐步放松斜拉索4，直到拱頂充滿(mǎn)混凝土；f.在上弦行車(chē)道梁5上鋪設(shè)預(yù)制鋼筋砼橋面板11及瀝青砼磨耗層12；g.在成橋后，再調(diào)節(jié)各結(jié)點(diǎn)的斜拉索4，力求使全拱受力均勻。
實(shí)施例2仙神河大橋是晉濟(jì)高速上跨越400米深谷的一座特大橋，由于地勢(shì)陡峻，兩橋臺(tái)靠接隧道缺乏施工場(chǎng)地，設(shè)計(jì)為2×123m獨(dú)塔斜拉橋，費(fèi)用高達(dá)9000萬(wàn)元。如果因地制宜改用單跨200m、四鋼管桁式結(jié)構(gòu)的砼桁式索拱橋，如圖7所示，則可取消200m高的橋墩和塔柱，節(jié)省費(fèi)用達(dá)2000萬(wàn)元以上。這說(shuō)明在V形山谷地形中，采用本發(fā)明，不但有著巨大的經(jīng)濟(jì)效益，還可避免了深水、高墩的施工，極大地縮短了施工工期。
主拱圈為四鋼管桁式結(jié)構(gòu)的砼桁式索拱橋如圖3和圖7所示下弦鋼管砼主拱圈是由4根內(nèi)注砼的拱形鋼管8組合成梯形的橫截面結(jié)構(gòu)，依靠與梯形橫截面平行、等間距排列的橫鋼板把4根拱形鋼管8焊接成一體，縱鋼板沿后者的4個(gè)外曲面焊接，組成封閉的中空梯形橫截面、桁式結(jié)構(gòu)的鋼管砼主拱圈20。它的施工方法與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例3實(shí)施例1及2所述的鋼管砼拉索組合拱橋由于自重較大，其主拱圈跨度局限于500米以?xún)?nèi)，如果主拱圈跨度要求大于500米時(shí)，就要采用包括下弦鋼箱砼桁式主拱圈的全鋼結(jié)構(gòu)的桁式索拱橋。
貴州壩凌河大橋是上海至瑞麗國(guó)道主干線(xiàn)位于貴州境內(nèi)的一座特大橋，設(shè)計(jì)為248+1088+228＝1564m鋼桁加勁梁懸索橋。由于山高谷深，施工難度相當(dāng)大，如果采用“600m鋼箱桁架砼桁式索拱橋”方案，如圖13所示，則可取消懸索橋大型專(zhuān)用施工機(jī)械設(shè)備，縮短工期，節(jié)省投資，為V型山谷特大跨徑橋梁開(kāi)辟一條新途徑。主拱圈為四鋼箱桁式結(jié)構(gòu)的砼桁式索拱橋如圖11-13所示它的下弦主拱圈是由位于四角、內(nèi)焊筋板21的拱形鋼箱25依靠節(jié)點(diǎn)板24、拉桿22和斜桿23連接組成鋼箱桁架，這種跨徑在500米以上的桁式索拱橋相對(duì)于其它橋型，其自重較??；與整體全箱截面相比，鋼箱桁拱可以做到截面多次形成，減輕了吊裝重量，便于施工和降低費(fèi)用。在完成鋼箱桁拱吊裝后再向桁架中加注砼，施工中沒(méi)有向鋼箱內(nèi)泵送砼的階段，成拱后基本上是桁式受力狀態(tài)，拱頂部分受力不利，為此可利用帶可調(diào)錨夾的斜拉索4釋放拱腳至反彎點(diǎn)區(qū)段拉索部分的索力，使得原來(lái)控制設(shè)計(jì)的拱頂內(nèi)力大大降低，達(dá)到了全拱受力均勻的狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種桁式索拱橋結(jié)構(gòu)，包括橋臺(tái)(1)、下弦主拱圈(2)、拱上立柱(3)和上弦行車(chē)道梁(5)，其特征在于下弦主拱圈(2)是由多根內(nèi)注砼的拱形鋼管(8)依靠縱鋼板(17)和橫鋼板(18)連接成的下弦鋼管砼桁式主拱圈(19)、(20)或由多個(gè)拱形鋼箱(25)依靠節(jié)點(diǎn)板(24)拉桿(22)和斜桿(23)連接組成鋼箱桁架并加注砼的下弦鋼箱砼桁式主拱圈(26)；鋼管砼立柱(3)垂直緊固在下弦主拱圈(2)的下結(jié)點(diǎn)(7)上，鋼管砼立柱(3)上端緊固在上弦行車(chē)道梁(5)的上結(jié)點(diǎn)(6)上；裝有可調(diào)錨夾的斜拉索(4)的兩端分別錨固在上結(jié)點(diǎn)(6)和與其相鄰的鋼管砼立柱的下結(jié)點(diǎn)(7)上；三角形橫截面的下弦鋼管砼桁式主拱圈(19)是由3根內(nèi)注砼的拱形鋼管(8)組合成三角形橫截面的結(jié)構(gòu)，依靠鋼板或鋼桿定位連接成一體，組成中空三角形橫截面、桁式結(jié)構(gòu)的鋼管砼主拱圈；所述的梯形橫截面的下弦鋼管砼主拱圈(20)是由4根內(nèi)注砼的拱形鋼管(8)組合成梯形的橫截面結(jié)構(gòu)，依靠與梯形橫截面平行、等間距排列的橫鋼板把4根拱形鋼管(8)焊接成一體，縱鋼板沿后者的4個(gè)外曲面焊接，組成封閉的中空梯形橫截面、桁式結(jié)構(gòu)的鋼管砼主拱圈；所述的下弦鋼箱砼桁式主拱圈(26)是由位于四角、內(nèi)焊筋板(21)的拱形鋼箱(25)依靠節(jié)點(diǎn)板(24)、拉桿(22)和斜桿(23)連接組成鋼箱桁架，砼位于桁架中；所述的上弦行車(chē)道梁(5)是由縱梁(10)和上橫梁(9)連接而成的框架結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種桁式索拱橋結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的下弦鋼管砼桁式主拱圈(19)是由3根內(nèi)注砼的拱形鋼管(8)組合成等腰三角形橫截面的結(jié)構(gòu)，居中的上鋼管的直徑大，下底兩個(gè)鋼管的直徑??；依靠與三角形橫截面平行、等間距排列的橫鋼板(18)把3根拱形鋼管(8)焊接成一體，縱鋼板(17)沿后者的三個(gè)外曲面焊接，組成封閉的中空三角形橫截面、桁式結(jié)構(gòu)的鋼管砼主拱圈；所述的拱形鋼管(8)是由短鋼管串聯(lián)焊接成一體，每根短鋼管的一端內(nèi)焊有筋肋(16)；在橫鋼板(18)的兩側(cè)，設(shè)有連接相鄰的兩個(gè)拱形鋼管(8)的鋼筋拉桿(13)；兩側(cè)的下弦鋼管砼桁式主拱圈(19)由下橫梁(15)定位連接，鋼管砼立柱(3)上端由中橫梁(14)定位連接；帶可調(diào)錨夾的斜拉索(4)緊固連接鋼管砼立柱(3)的上結(jié)點(diǎn)(6)及與其相鄰鋼管砼立柱(3)的下結(jié)點(diǎn)(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種桁式索拱橋結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的上弦行車(chē)道梁(5)是由雙工字鋼組成箱梁的縱梁(10)和由單工字鋼梁構(gòu)成的上橫梁(9)連接而成的鋼框架結(jié)構(gòu)，在其上安置預(yù)制鋼筋砼橋面板(11)及瀝青砼磨耗層(12)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種桁式索拱橋結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的鋼管砼立柱(3)為單管或多管組合結(jié)構(gòu)，砼位于全部鋼管內(nèi)或只在鋼管的兩端。
5.一種桁式索拱橋的施工方法，其工藝步驟為a.先完成兩岸橋臺(tái)(1)的施工，按一個(gè)結(jié)點(diǎn)的長(zhǎng)度劃分安裝單元，分段加工好各單元所需的下弦鋼管砼桁式主拱圈(19)或(20)或下弦鋼箱砼桁式主拱圈(26)、鋼管立柱(3)、帶可調(diào)錨夾的斜拉索(4)、行車(chē)道梁的上橫梁(9)、縱梁(10)、中橫梁(14)和下橫梁(15)備用；b.從兩岸的橋臺(tái)起分別利用帶可調(diào)錨夾的斜拉索(4)吊裝第一單元的下弦鋼管砼桁式主拱圈(19)或(20)或下弦鋼箱砼桁式主拱圈(26)、由縱梁(10)和橫梁(9)組成框架結(jié)構(gòu)的行車(chē)道梁(5)和鋼管立柱(3)，把它們組裝成一體；c.把吊機(jī)移至第一個(gè)結(jié)點(diǎn)，即剛架好的第一單元行車(chē)道梁(5)的外端部，利用帶可調(diào)錨夾的斜拉索(4)吊裝第二單元，依此類(lèi)推，直到拱橋合攏；d.從兩岸的橋臺(tái)(1)起，從下端向每根拱形鋼管(8)或鋼箱桁架中灌注混凝土，并利用帶可調(diào)錨夾的斜拉索(4)逐步拉緊已安裝的鋼管砼桁式主拱圈(19)或(20)或下弦鋼箱砼桁式主拱圈(26)；e.混凝土進(jìn)入拱跨L/4范圍時(shí)，再逐步放松斜拉索(4)，直到拱頂充滿(mǎn)混凝土；f.在上弦行車(chē)道梁(5)上鋪設(shè)預(yù)制鋼筋砼橋面板(11)及瀝青砼磨耗層(12)；g.在成橋后，再調(diào)節(jié)各結(jié)點(diǎn)的斜拉索(4)，力求使全拱受力均勻。
全文摘要
一種桁式索拱橋結(jié)構(gòu)，它的下弦主拱圈是由多根內(nèi)注砼的拱形鋼管或鋼箱組成砼桁式主拱圈，鋼管砼立柱垂直緊固在下弦主拱圈的下結(jié)點(diǎn)上，鋼管砼立柱上端緊固在上弦行車(chē)道梁的上結(jié)點(diǎn)上，裝有可調(diào)錨夾的斜拉索的兩端分別錨固在上結(jié)點(diǎn)和與其相鄰的鋼管砼立柱的下結(jié)點(diǎn)上。其施工方法是先從兩岸橋臺(tái)利用帶可調(diào)錨夾的斜拉索吊裝第一單元的砼桁式主拱圈、鋼管立柱和行車(chē)道梁，把它們組裝成一體；再吊裝第二單元，依此類(lèi)推，直到拱橋合攏后再?gòu)南露讼蛎扛靶武摴芑蜾撓滂旒苤泄嘧⒒炷粒怀蓸蚝?，調(diào)節(jié)各結(jié)點(diǎn)的斜拉索，力求使全拱受力均勻。本發(fā)明能綜合發(fā)揮高強(qiáng)度鋼索、鋼材和砼等多種材料協(xié)同組合、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的特點(diǎn)，適于山區(qū)V型山谷大跨徑建橋。
文檔編號(hào)E01D21/00GK101054791SQ20071006852
公開(kāi)日2007年10月17日 申請(qǐng)日期2007年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月9日
發(fā)明者上官興, 彭德清, 胡常福, 徐海燕, 周湘政, 任亮 申請(qǐng)人:華東交通大學(xué)