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缆拱桥制造技术

技术编号:14885261 阅读:53 留言:0更新日期:2017-03-25 04:19
本发明专利技术公开了一种缆拱桥,主要由拱肋、缆索、吊杆、桥面系、高墩台和散索鞍组成;所述的散索鞍设在高墩台的顶部,高墩台的底部设有基础;所述的缆索锚固在高墩台上;所述的拱肋的拱脚位于高墩台上;在缆索和桥面系之间以及拱肋和桥面系之间均分别布置设有吊杆,使桥面系的一部分荷载由缆索和桥面系之间的吊杆传至缆索,另一部分荷载由拱肋和桥面系之间的吊杆传至拱肋,使缆索的水平分力参与平衡拱肋产生的水平推力,减轻了拱肋受力,增加拱肋的稳定性。本发明专利技术的缆拱桥受力合理,具有承载力高、跨越能力大、经济效益好、外形美观等优点,特别适用于软土地区及应用于多功能桥梁。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于一种拱桥与悬索结构的协作体系,具体涉及了一种缆拱桥
技术介绍
拱结构是受压为主,拱桥的主要承重结构是拱圈或拱肋。它在竖向荷载作用下,桥墩或桥台将承受水平推力。而这种水平推力将显著抵消荷载所引起在拱圈(或拱肋)内的弯矩作用,所以其与同等跨度的梁相比,拱的弯矩和挠度要小的多。拱桥跨越能力较大、对地形适应能力强、造价经济且外形也较美观,其在桥梁结构当中应用相当广泛。拱桥在我国的应用有着悠久的历史,取得过辉煌的成就,极具代表性的是建于公元605年左右的赵州石拱桥。随着材料的更新拱桥的跨度也在逐渐增加。目前拱桥按主拱的建筑材料划分的4类拱桥的跨径纪录均在中国,它们分别是主跨径146m的山西丹河新桥(石拱桥)、主跨径420m的万州(县)长江大桥(钢筋混凝土拱桥)、主跨径460m的巫峡长江大桥(钢管混凝土拱桥)和主跨径552m的重庆朝天门大桥(钢拱桥)。由此可以看出尽管材料的改进会提高拱桥的跨径,但是这种提高是有局限的,拱桥本身的受力形式决定了其跨越能力不会太大。随着拱桥的跨径增加,其自重和水平推力会增大,从而导致拱桥的下部结构工程量增大,施工费用增高;另外拱桥的稳定性也会随着跨径的增加而降低,所以其在大跨径桥梁中已不具优势,甚至不适用。悬索桥结构具有受力性能好、跨越能力大、轻巧美观、抗震能力强、结构形式多样及对地形适应能力好等特点,在许多跨越大江大河、高山峡谷、海湾港口等交通障碍物时,往往作为首选的桥型。悬索桥主要是由主塔、主缆、加劲梁、吊杆、鞍座、索夹、锚碇等构件组成,根据是否存在锚碇可划分为地锚式悬索桥和自锚式悬索桥。其中自锚式悬索桥主缆锚固于加劲梁上,但由于其自身结构上的限制难以应用到特大跨径的悬索桥上。通常,在大跨径桥梁的选型上,更适合修建地锚悬索桥。但是在一般常规式的地锚式悬索桥,需要建造体积庞大的锚碇来锚固缆索,这就造成在地质情况差的地方,锚碇结构的基础工程量非常大,往往成为工程的难点;地锚式悬索桥锚碇和锚碇基础占有工程造价的相当可观部分,成为影响悬索桥结构经济性的重要方面;在城市地区或旅游区,修建体积庞大的锚碇,对环境美观也会产生负面影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中存在的不足,提供了一种结合拱桥及悬索结构的优点、桥面系荷载由拱肋和缆索共同承担的缆拱桥。缆索既是承载构件,又起到完全平衡或部分平衡拱肋所产生的水平推力的作用。本专利技术的缆拱桥受力合理,具有承载力高、跨越能力大、经济效益好、外形美观等优点,特别适用于软土地区及应用于多功能桥梁。为了实现上述目的,本专利技术采用了以下技术方案:一种缆拱桥,主要由拱肋、缆索、吊杆、桥面系、高墩台和散索鞍组成;所述的散索鞍设在高墩台的顶部,高墩台的底部设有基础;所述的缆索锚固在高墩台上;所述的拱肋的拱脚位于高墩台上;在缆索和桥面系之间以及拱肋和桥面系之间均分别布置设有吊杆,使桥面系的一部分荷载由缆索和桥面系之间的吊杆传至缆索,另一部分荷载由拱肋和桥面系之间的吊杆传至拱肋,使缆索的水平分力参与平衡拱肋产生的水平推力,减轻了拱肋受力,增加拱肋的稳定性。在本专利技术中,作用于桥面系上的荷载遵循以下传力路径:桥面系→吊杆→缆索和拱肋→高墩台→平衡或部分平衡。本专利技术的缆索取代了拱桥系杆,兼作承重结构,与拱肋共同承担桥面系传来的荷载,通过适当调整吊杆的布置,使拱肋产生的水平推力可由缆索的水平分力平衡或由缆索的水平分力和基础反力共同平衡,减轻了拱肋受力,大大增加了拱肋的稳定性。本专利技术进一步说明,所述的拱肋不倾斜时,为普通拱;所述的拱肋向内倾斜时,为提篮拱。本专利技术的进一步说明,所述的桥面系可为一层或多层;在两个高墩台之间还可设多个桥面系,所有桥面系的荷载均由缆索和拱肋共同承担。本专利技术的进一步说明,所述的高墩台为拱座,同时也是缆索的锚固端;当调整吊杆布置,使拱肋产生的水平推力完全由缆索的水平分力平衡时,所述的高墩台合力竖直向下,轴向受压;当调整吊杆布置,使拱肋产生的水平推力不完全由缆索的水平分力平衡时,所述的高墩台为偏心高墩台,合力斜向下,只受轴力作用。本专利技术的进一步说明,所述的拱肋可为钢结构、混凝土结构或者钢混组合结构;所述的缆索和吊杆可为钢绞线;所述的高墩台和基础为钢筋混凝土结构。本专利技术的进一步说明,缆索和桥面系之间的吊杆和桥面系之间以及拱肋和桥面系之间的吊杆相互错开布置。同一侧的吊杆相互错开均匀布置,拱肋和缆索平均分担桥面系的荷载,是本专利技术的优选方案。本专利技术总体构思下,可以根据实际情况,即根据拱肋产生的水平推力与缆索的水平张力的差值来合理调整吊杆的布置方式,使拱肋和缆索共同分担桥面系的荷载即可。本专利技术的优点:1.本桥在保持拱桥优越性的前提下,桥面系的荷载由缆索和拱肋共同承担,减轻了拱肋受力及变形,从而减少了拱肋截面面积,同时拱肋产生的水平推力也大幅度减少,且拱肋的稳定性大幅度增加。2.缆索的水平分力参与平衡拱肋所产生的水平推力。3.缆拱桥受力合理,具有承载力高、跨越能力大、经济效益好、外形美观等优点,特别适用于软土地区及多功能桥梁。4.施工方便,施工工艺成熟。附图说明图1中本专利技术的立面图。图2-图6是缆拱桥受力分析图。附图标记:1-拱肋;2-缆索;3-吊杆;4-桥面系;5-高墩台;6-散索鞍;7-基础。具体实施方式结合图2-图6对本专利技术的力学及其结构原理进行说明:1.力学及其结构原理为方便分析缆拱桥的受力特征,将拱圈(即拱肋)自重、缆索自重和桥面系自重均简化为均布荷载,结构受力如图2所示,g1为拱圈自重均布荷载,g2为缆索自重均布荷载,g3为桥面系自重均布荷载,现分析如下:缆索拉力和拱肋水平推力满足关系式HG=HG1+HG2(1)HS=HS1+HS2(2)HG——拱肋总的水平推力HG1——拱肋自重产生的水平推力HG2——桥面系自重通过吊杆作用于拱肋时所产生的水平推力HS——缆索总的水平张力HS1——缆索自重产生的水平张力HS2——桥面系自重通过吊杆作用于缆索时所产生的水平张力拱肋自重g1产生的水平推力l——桥梁跨径fG——拱圈矢高缆索自重g2产生的水平拉力fS——缆索矢高桥面系自重g2分别使拱肋和缆索产生的水平力为μ——桥面系荷载分配系数,表示桥面系作用于拱肋的荷载与桥面系总荷载的比值当满足条件HG=HS时,结构处于无推力状态,即为研究拱肋截面面积A与μ值的关系,分析如下:当μ=0时,桥面系荷载完全由缆索承担,则有现假定在满足构造要求的前提下,缆索自重与作用于缆索的桥面系荷载等比例减小,拱肋平均横截面积不变,即g1=Aγ(10)γ——拱肋材料容重A——拱肋平均横截面积当μ≠0时,根据(9)式对(7)式进行修改并将(10)式代入得将(11)式化简为可以看到,在满足构造要求的前提下,在荷载、矢高、材料确定时,A与μ呈线形变化关系,当μ增大时,A减小,即拱肋的材料用量减小了,此时缆索的材料用量也相应的减小。同时,可以通过调整参数μ的值使得结构处于无推力状态。2.偏心高墩台力学原理当拱肋所产生的水推力不完全由缆索的水平分力来平衡时,高墩台受力如图3所示,FX为高墩台所受的水平力,Fy为高墩台所受的竖向力,L0为高墩台顶部顺桥向方向的截面长度,为简化计算,忽略高墩台自重,现分析如下:对形心点取矩,由合力矩为零可推出高墩台的合力偏心线方程:则高墩台顺桥向本文档来自技高网
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缆拱桥

【技术保护点】
一种缆拱桥,其特征在于:主要由拱肋(1)、缆索(2)、吊杆(3)、桥面系(4)、高墩台(5)和散索鞍(6)组成;所述的散索鞍(6)设在高墩台(5)的顶部,高墩台(5)的底部设有基础(7);所述的缆索(2)锚固在高墩台(5)上;所述的拱肋(1)的拱脚位于高墩台(5)上;在缆索(2)和桥面系(4)之间以及拱肋(1)和桥面系(4)之间均分别布置设有吊杆(3),使桥面系(4)的一部分荷载由缆索(2)和桥面系(4)之间的吊杆传至缆索(2),另一部分荷载由拱肋(1)和桥面系(4)之间的吊杆传至拱肋(1),使缆索(2)的水平分力参与平衡拱肋(1)产生的水平推力,减轻了拱肋(1)受力,增加拱肋(1)的稳定性。

【技术特征摘要】
1.一种缆拱桥,其特征在于:主要由拱肋(1)、缆索(2)、吊杆(3)、桥面系(4)、高墩台(5)和散索鞍(6)组成;所述的散索鞍(6)设在高墩台(5)的顶部,高墩台(5)的底部设有基础(7);所述的缆索(2)锚固在高墩台(5)上;所述的拱肋(1)的拱脚位于高墩台(5)上;在缆索(2)和桥面系(4)之间以及拱肋(1)和桥面系(4)之间均分别布置设有吊杆(3),使桥面系(4)的一部分荷载由缆索(2)和桥面系(4)之间的吊杆传至缆索(2),另一部分荷载由拱肋(1)和桥面系(4)之间的吊杆传至拱肋(1),使缆索(2)的水平分力参与平衡拱肋(1)产生的水平推力,减轻了拱肋(1)受力,增加拱肋(1)的稳定性。2.根据权利要求1所述的缆拱桥,其特征在于:所述的拱肋(1)不倾斜时,为普通拱;所述的拱肋(1)向内倾斜时,为提篮拱。3.根据权利要求1或2所述的缆拱桥,其特征在于:所述的桥面系(4)为一层或多层;在两个高...

【专利技术属性】
技术研发人员:谢肖礼邓俨峰邓小康付元杰
申请(专利权)人:广西大学
类型:发明
国别省市:广西;45

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