本发明专利技术公开一种新型上承式拱桥,主要由拱肋、主梁、刚性斜杆、立柱和桥墩组成;立柱布置在拱肋和主梁之间;在拱肋和主梁之间还设有若干个V型结构件,并且V型结构件从跨中向两边连续对称布置;V型结构件主要由两根刚性斜杆组成,并且底部夹角Ɵ取值在40°~120°之间;V型结构件与主梁或者拱肋形成三角形结构,通过三角形结构的角点对主梁及拱肋进行约束,保证有约束点落在原结构拱肋或主梁位移包络图的最大位移处及跨中位置处,使拱肋及主梁的薄弱处得到加强,线刚度亦得到提高,同时V型结构件的连续布置还可减少结构的弯曲和剪切变形。本发明专利技术还可减小矢跨比,消除拱桥在受半跨荷载作用时的“跷跷板”效应,对高速铁路桥特别适用。
【技术实现步骤摘要】
新型上承式拱桥
本专利技术属于一种拱桥体系,具体涉及了一种新型上承式拱桥。
技术介绍
拱桥以承受轴向压力为主的拱圈或拱肋作为主要承重构件的桥梁,拱结构由拱圈(拱肋)及其支座组成。中国的拱桥始建于东汉中后期,已有一千八百余年的历史。河北赵州桥的“敞肩拱”是中国首创,其建于隋朝大业年间(公元605年-618年),由著名匠师李春设计建造,距今已有约1400年的历史,是当今世界上现存最早、保存最完善的古代敞肩石拱桥。近代中国拱桥技术的不断创新与进步始于改革开放时期,经过几十年的发展与创新,我国的拱桥技术现已位居世界先进行列,拱桥不仅是我国最常用的一种公路桥梁型式,在高速铁路快速发展的今天,拱桥亦是铁路桥梁中跨越各种障碍的首选桥型。拱式体系区别于其它体系的一大特点是,在竖向荷载作用下,其拱脚有水平推力的存在,而正是由于这个水平推力,使得拱内产生轴向压力,并大幅减小跨中弯矩,使它的主拱截面主要承受轴向压力,同时截面上的应力分布比受弯梁更加均匀,使主拱截面的材料强度得到充分发挥,跨越能力增大。拱桥为桥梁基本体系之一,一直是大跨径桥梁的主要形式,拱桥也是我国最常用的一种桥梁型式,其式样之多,数量之大,为各种桥型之冠。拱桥可用砖、石、混凝土等抗压性能良好的材料建造;大跨度拱桥则用钢筋混凝土或钢材建造,以承受产生的力矩。拱桥可以按照不同的方式来进行分类,其中,按照桥面的位置可以分为上承式拱桥、中承式拱桥和下承式拱桥,上承式拱桥中又可按照拱上建筑的形式分为实腹式拱桥和空腹式拱桥。上承式拱桥目前最常用的结构有两大类:一类是普通型上承式拱桥,这类拱桥由拱肋、拱上传力构件、主梁组成,拱肋是主要承重结构;另一类是整体型上承式拱桥,这类拱桥则是由拱肋片和主梁组成,拱肋片是主要承重结构。上承式拱桥桥面系构造简单、施工方便,桥跨主要承重结构的宽度可以做得小一些(也可以密排),因而节省墩台圬工;另外,桥上视野开阔。正因为上承式拱桥集众多优点于一身,使得该种桥型具有不俗的竞争力,尤其是在山区中修建桥梁时,上承式拱桥往往是最优选择。拱桥在受力性能方面具有极大优越性,在造型上拥有良好的景观价值,目前世界上著名的上承式拱桥有,美国的新河峡大桥,该桥全长924m,主跨518m,为世界上跨径第三长的拱桥,桥面高出峡谷267米,是全美第一高,世界第二高的公路桥。克罗地亚的克尔克大桥,主跨390m,为大跨度钢筋混凝土拱桥。我国重庆万州长江公路大桥,主跨420m,是当时世界上跨径和规模最大的钢筋混凝土拱桥。在国内,高速铁路上最具代表性的上承式拱桥有沪昆高铁北盘江特大桥,主跨445m,大桥建成后,实现了“五大突破”,即钢筋混凝土拱桥最大跨径、高速铁路桥最大跨度、大跨度桥梁无砟轨道铺设技术、大跨度混凝土拱桥工法和大跨度桥梁刚度控制工艺。云桂铁路的南盘江特大桥,主跨416m,是世界最大跨度客货共用高速铁路特大桥。我国幅员辽阔,地形复杂,尤其是在西部山区,线路需穿越深邃的峡谷和险峻的山崖,在这种地形条件下修建桥梁,上承式拱桥具有极大的优越性。但是,随着跨径的不断增加,拱肋作为压弯构件其稳定性会快速下降,通常需要通过加强横撑或加大桥宽来提高面外稳定性,但对提高面内稳定性,目前还未见有效方法;上承式拱桥立柱自重较大,增加了拱肋负担,且立柱压力会对拱肋产生负面的非保向力效应,拱肋稳定性不足的问题更为突出。拱桥在受半跨荷载作用时,其“跷跷板”效应十分明显,这极大的威胁了列车高速安全行驶。时下我国高速铁路的建设正蓬勃发展,随着列车速度越来越快,拱桥的结构刚度已越来越不能满足高铁安全舒适运行的要求,如何使该体系桥梁获得更大的刚度以提高高铁速度和行车舒适性已成为近年来学者们研究的重要课题。目前用于桥梁的常规材料仅钢与混凝土两种,要实现桥梁创新,在材料创新上已捉襟见肘,而结构体系创新能从根本上改变结构的力学性能,从而突破结构自身的瓶颈,本专利技术正是通过增设V型结构件使传统上承式拱桥发生了质的飞跃。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有上承式拱桥存在的突出问题,提出一种新型上承式拱桥。本专利技术新增材料不多,在完全保留传统上承式拱桥优势的同时,可大幅提高结构的强度承载力、整体刚度、动力特性及稳定性,此外,本专利技术还可减小矢跨比,消除拱桥在受半跨荷载作用时的“跷跷板”效应,同时亦有很好的景观效果。为了实现上述目的,本专利技术采用了以下技术方案:一种新型上承式拱桥,主要由拱肋、主梁、立柱和桥墩组成;所述的立柱布置在拱肋和主梁之间;其中:在拱肋和主梁之间还设有若干个V型结构件,并且V型结构件从跨中向两边连续对称布置;所述的V型结构件主要由两根刚性斜杆组成,并且V型结构件的底部夹角θ取值在40°~120°之间;所述的V型结构件的顶端与主梁相连接,底端与拱肋相连接,即V型结构件与主梁或者拱肋形成三角形结构,通过三角形结构的角点对主梁及拱肋进行约束,保证有约束点落在原结构拱肋或主梁位移包络图的最大位移处及跨中位置处,使拱肋及主梁的薄弱处得到加强,线刚度亦得到提高,同时V型结构件的连续布置还可减少结构的弯曲和剪切变形。本专利技术新增材料不多,在完全保留传统上承式拱桥优势的同时,可大幅提高结构的强度承载力、整体刚度、动力特性及稳定性,此外,本专利技术还可减小矢跨比,消除拱桥在受半跨荷载作用时的“跷跷板”效应。在本专利技术中作用于主梁上的荷载遵循以下传力路径:主梁→立柱/V型结构件→拱肋→基础。本专利技术进一步说明,当新型上承式拱桥的跨径在300m以下时,在拱肋与主梁的两侧分别设置的V型结构件均为5个;当新型上承式拱桥的跨径在300m~450m时,在拱肋与主梁的两侧分别设置的V型结构件均为6~7个;当新型上承式拱桥的跨径在450m~650m时,在拱肋与主梁的两侧分别设置的V型结构件均为8~9个;当新型上承式拱桥的跨径在650m以上时,在拱肋与主梁的两侧分别设置的V型结构件均为10个以上(含10个)。本专利技术进一步说明,所述的V型结构件从跨中向两边连续对称布置,具体为两两相邻的V型结构件的顶部相连接,并且最左侧的顶部和最右侧的顶部可分别与主梁的两侧端部相连接,也可分别与主梁和最外侧立柱的交界处相连接。即:从左往右计数,第一个V型结构件的左侧顶部与主梁的左侧端部相连接或与主梁和最左侧立柱的交界处相连接,第一个V型结构件的右侧顶部与第二个V型结构件的左侧顶部相连接,依次顺序连接,最后一个V型结构件的右侧顶部与主梁的右侧端部相连接或与主梁和最右侧立柱的交界处相连接。本专利技术进一步说明,所述的新型上承式拱桥包括普通型上承式拱桥和整体型上承式拱桥,且采用空腹式拱上建筑,跨中无实腹段。本专利技术进一步说明,所述的V型结构件的腰部设置横联;所述的横联的形状为一字型、横置K型或者米字型。本专利技术进一步说明,所述的拱肋采用钢结构、混凝土结构或者钢混组合结构;所述的V型结构件采用钢结构。所述的横联采用钢结构。本专利技术进一步说明,所述的拱肋为内倾布置或者为平行布置。本专利技术进一步说明,当新型上承式拱桥跨度较大时,所述的刚性斜杆可与相交叉的立柱进行连接。本专利技术的优点:1.提高结构强度承载力。本专利技术在活载作用下结构变形很小,故其应力水平较低。2.提高结构刚度。在每条拱肋和主梁之间增加12或14根刚性斜杆与拱肋及主梁节段形成13或15个三角形结构,以三角形结构的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种新型上承式拱桥,主要由拱肋(1)、主梁(2)、立柱(4)和桥墩(5)组成;所述的立柱(4)布置在拱肋(1)和主梁(2)之间;其特征在于:在拱肋(1)和主梁(2)之间还设有若干个V型结构件(3),并且V型结构件(3)从跨中向两边连续对称布置;所述的V型结构件(3)主要由两根刚性斜杆组成,并且V型结构件(3)的底部夹角Ɵ取值在40°~120°之间;所述的V型结构件(3)的顶端与主梁(2)相连接,底端与拱肋(1)相连接,即V型结构件(3)与主梁(2)或者拱肋(1)形成三角形结构,通过三角形结构的角点对主梁(2)及拱肋(1)进行约束,保证有约束点落在原结构拱肋(1)或主梁(2)位移包络图的最大位移处及跨中位置处,使拱肋(1)及主梁(2)的薄弱处得到加强,线刚度亦得到提高,同时V型结构件(3)的连续布置还可减少结构的弯曲和剪切变形。
【技术特征摘要】
1.一种新型上承式拱桥,主要由拱肋(1)、主梁(2)、立柱(4)和桥墩(5)组成;所述的立柱(4)布置在拱肋(1)和主梁(2)之间;其特征在于:在拱肋(1)和主梁(2)之间还设有若干个V型结构件(3),并且V型结构件(3)从跨中向两边连续对称布置;所述的V型结构件(3)主要由两根刚性斜杆组成,并且V型结构件(3)的底部夹角Ɵ取值在40°~120°之间;所述的V型结构件(3)的顶端与主梁(2)相连接,底端与拱肋(1)相连接,即V型结构件(3)与主梁(2)或者拱肋(1)形成三角形结构,通过三角形结构的角点对主梁(2)及拱肋(1)进行约束,保证有约束点落在原结构拱肋(1)或主梁(2)位移包络图的最大位移处及跨中位置处,使拱肋(1)及主梁(2)的薄弱处得到加强,线刚度亦得到提高,同时V型结构件(3)的连续布置还可减少结构的弯曲和剪切变形。2.根据权利要求1所述的新型上承式拱桥,其特征在于:当新型上承式拱桥的跨径在300m以下时,在拱肋(1)与主梁(2)的两侧分别设置的V型结构件(3)均为5个;当新型上承式拱桥的跨径在300m~450m时,在拱肋(1)与主梁(2)的两侧分别设置的V型结构件(3)均为6~7个;当新型上承式拱桥的跨径在450m~650m时,在拱肋...
【专利技术属性】
技术研发人员:谢肖礼,覃霞,邓俨峰,庞木林,欧阳平,
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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