一种拱桥和悬索桥组合式自平衡桥梁及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种拱桥和悬索桥组合式自平衡桥梁，包括主梁结构、桥面、两个拱圈和两个主索，主梁结构通过吊索与拱圈连接，主索通过撑杆与主梁结构连接，撑杆的上端与主梁结构相铰接，撑杆的下端与主索相铰接。该组合式自平衡桥梁结合了拱、索受力特点，拱、索、梁三者的水平力处于自平衡状态，不需要外部的水平向约束，不对外部产生推力或拉力。本发明专利技术还公开了一种施工方法，其包括桥台或桥墩施工、支座施工、主梁结构施工、拱圈施工、吊索施工、桥面施工、张拉吊索、主索施工、撑杆施工和释放吊索索力等步骤，该施工方法有效提高了成桥效率，降低了施工难度，节约了工期。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于桥梁
，具体是涉及一种拱桥和悬索桥组合式自平衡桥梁及其施工方法。
技术介绍
梁桥、拱桥、索桥分别是不同的桥梁结构形式，其受力特点各有不同。其中梁桥以主梁的受弯为主、拱桥以拱肋的受压为主、索桥以索的受拉为主。拱桥和索桥跨越能力均大于梁桥，得益于其更能充分发挥材料的性能。但以受压为主的拱桥会在拱脚处产生水平推力，建造大跨度拱桥需要较好的地质条件，使基础能够抵抗拱脚处的水平推力。系杆拱可以解决拱脚处水平推力的问题，通过系杆连接桥两端拱脚，通过系杆的受拉与拱脚推力相平衡。但系杆所起的作用仅仅是平衡拱脚处水平力，对结构的承载能力毫无帮助，造成材料的极大浪费。悬索桥是以主缆受拉为主要受力构件的桥梁，悬索桥能充分发挥钢材抗拉强度，跨越能力大，大跨度悬索桥主缆内力较大，需要建造锚碇来平衡主缆拉力。小跨径的悬索桥可采用自锚式，将主缆锚固在主梁上，使主梁受压，若主缆内力过大，则主梁受力较为不利。为减小主梁受压，自锚式悬索桥主缆通常采用较大垂跨比以减小主缆水平力分力。可以看出，拱桥会对外部产生推力，悬索桥会对外部产生拉力，若通过结构自身解决(采用系杆拱或自锚式悬索桥)，也存在一定缺点，造成材料浪费或结构受力不利。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种拱桥和悬索桥组合式自平衡桥梁。该组合式自平衡桥梁结合了拱、索受力特点，拱、索、梁三者的水平力处于自平衡状态，不需要外部的水平向约束，不对外部产生推力或拉力。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种拱桥和悬索桥组合式自平衡桥梁，其特征在于：包括主梁结构、铺装在所述主梁结构上的桥面、设置在主梁结构上方的两个拱圈和设置在主梁结构下方的两个主索，所述主梁结构的一端设置有用于对其支撑的第一支座，所述主梁结构的另一端设置有用于对其支撑的第二支座，所述拱圈的一端固定在主梁结构的一端，所述拱圈的另一端固定在主梁结构的另一端，所述主索的一端固定在主梁结构的一端，所述主索的另一端固定在主梁结构的另一端，所述主梁结构通过吊索与拱圈连接，所述主索通过撑杆与主梁结构连接，所述撑杆的上端与主梁结构相铰接，所述撑杆的下端与主索相铰接。上述的一种拱桥和悬索桥组合式自平衡桥梁，其特征在于：所述主梁结构包括多个纵梁和多个横梁，所述纵梁的一端与第一支座连接，所述纵梁的另一端与第二支座连接，多个所述纵梁依次拼接，所述桥面铺装在所述纵梁上，多个所述横梁连接在所述纵梁上且沿纵梁的延伸方向间隔布设，所述吊索的下端与横梁的端部相连接，所述撑杆的上端与横梁的端部相连接。上述的一种拱桥和悬索桥组合式自平衡桥梁，其特征在于：所述纵梁为T形梁，所述横梁穿过所述纵梁的腹板。上述的一种拱桥和悬索桥组合式自平衡桥梁，其特征在于：所述主梁结构包括两个纵梁和设置在两个纵梁之间的多个横梁，所述横梁的一端与一个纵梁相连接，所述横梁的另一端与另一个纵梁相连接，所述纵梁的一端与第一支座连接，所述纵梁的另一端与第二支座连接，多个所述横梁上铺装有桥面板，所述桥面铺设在所述桥面板上，所述吊索的下端与纵梁相连接，所述撑杆的上端与纵梁相连接。上述的一种拱桥和悬索桥组合式自平衡桥梁，其特征在于：所述主索通过倾斜布设的稳定杆与主梁结构相连接，所述稳定杆的上端与主梁结构相铰接，所述稳定杆的下端与主索相铰接。上述的一种拱桥和悬索桥组合式自平衡桥梁，其特征在于：所述主索上设置有用于与撑杆下端相铰接的铰接接头，所述主梁结构上设置有用于与撑杆上端相铰接的铰接支座。上述的一种拱桥和悬索桥组合式自平衡桥梁，其特征在于：所述撑杆的下端设置有两个相互平行的下护板，所述下护板上开设有下销孔，所述撑杆的上端设置有两个相互平行的上护板，所述上护板上开设有上销孔；所述铰接接头包括上卡板和与所述上卡板相拼接以将主索夹持的下卡板，所述上卡板的一侧面设置有第一上连接板，所述上卡板的另一侧面设置有第二上连接板，所述下卡板的一侧面设置有第一下连接板，所述下卡板的另一侧面设置有第二下连接板，所述第一上连接板和第一下连接板通过第一螺栓连接，所述第二上连接板和第二下连接板通过第二螺栓连接，所述上卡板上设置有用于插入两个下护板之间的衬板，所述衬板上开设有铰接孔，所述下护板和衬板通过穿过所述下销孔和铰接孔的下销轴相连接；所述铰接支座包括用于伸入两个所述上护板之间的垫板，所述垫板上开设有连接孔，所述上护板和垫板通过穿过所述上销孔和连接孔的上销轴相连接。上述的一种拱桥和悬索桥组合式自平衡桥梁，其特征在于：所述第一上连接板上设置有多个第一上凹口和多个第一上凸起，所述第二上连接板上设置有多个第二上凹口和多个第二上凸起，所述第一上凹口和第一上凸起在第一上连接板上呈交错布设，所述第二上凹口和第二上凸起在第二上连接板上呈交错布设；所述第一下连接板上设置有多个供第一上凸起一一对应卡入的第一下凹口和多个用于一一对应卡入第一上凹口的第一下凸起，所述第一下凹口和第一下凸起在第一下连接板上呈交错布设，所述第二下连接板上设置有多个供所述第二上凸起一一对应卡入的第二下凹口和多个用于一一对应卡入所述第二上凹口的第二下凸起，所述第二下凹口和第二下凸起在第二下连接板上呈交错布设。本专利技术还公开了一种快速、高效的施工上述拱桥和悬索桥组合式自平衡桥梁的方法。为实现上述目的，本专利技术施工方法采用的技术方案是：其特征在于，包括以下步骤：步骤一、桥台或桥墩施工；步骤二、支座施工：在一侧桥台或桥墩上设置第一支座，在另一侧桥台或桥墩上设置第二支座；步骤三、主梁结构施工：在所述第一支座和第二支座之间设置主梁结构，使所述主梁结构的一端支撑在所述第一支座上，使所述主梁结构的另一端支撑在所述第二支座上；步骤四、拱圈施工：在所述主梁结构上方设置两个拱圈，并使所述拱圈的一端固定在所述主梁结构的一端，使所述拱圈的另一端固定在所述主梁结构的另一端；步骤五、吊索施工：在所述拱圈与主梁结构之间设置多个吊索，并使所述吊索的上端与所述拱圈固定连接，使所述吊索的下端与所述主梁结构固定连接；步骤六、桥面施工：在所述主梁结构上铺装桥面；步骤七、张拉吊索，张拉吊索时包括以下具体步骤：步骤701、吊索张拉力计算：拟定成桥时吊索的索力ti，成桥时主索的索力F，并计算吊索的索力ti改变与主索的索力F变化之间的关系，假设当吊索的索力改变量为δti时，则引起主索的索力改变量为δF，建立以下关系式：令ΔT＝[δt1,δt2…δti]，A＝[a1,a2…ai]T，则上式可写为ΔTA＝δF，根据有限元模型依次改变各吊索的索力，并根据吊索的索力改变量δti与主索的索力改变量δF的关系，可逐个求得吊索的索力对主索索力的影响系数ai，最终求得吊索索力对主索索力的影响矩阵A；按照公式T＝T0+ΔT确定吊索的张拉力T，其中，T0＝[t1,t2…ti]为设计时确定的成桥状态下的吊索索力，为已知量，另外，ΔT可由下式求得：ΔT＝[δt1,δt2…δti]＝FA-1其中F为设计时确定的为成桥阶段主索索力，为已知量，于是可以通过上式T＝T0+ΔT求得吊索的张拉力T；步骤702、根据吊索的张拉力T，对每根吊索进行张拉；步骤八、主索施工：在所述主梁结构下方安装两个主索，并使所述主索的一端固定在所述主梁结构的一端，所述主索的另一端固定在所述主梁结构的另一端，同时确保主索张本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种拱桥和悬索桥组合式自平衡桥梁，其特征在于：包括主梁结构(3)、铺装在所述主梁结构(3)上的桥面、设置在主梁结构(3)上方的两个拱圈(1)和设置在主梁结构(3)下方的两个主索(7)，所述主梁结构(3)的一端设置有用于对其支撑的第一支座(4)，所述主梁结构(3)的另一端设置有用于对其支撑的第二支座(9)，所述拱圈(1)的一端固定在主梁结构(3)的一端，所述拱圈(1)的另一端固定在主梁结构(3)的另一端，所述主索(7)的一端固定在主梁结构(3)的一端，所述主索(7)的另一端固定在主梁结构(3)的另一端，所述主梁结构(3)通过多个吊索(2)与拱圈(1)连接，所述主索(7)通过多个撑杆(6)与主梁结构(3)连接，所述撑杆(6)的上端与主梁结构(3)相铰接，所述撑杆(6)的下端与主索(7)相铰接。

【技术特征摘要】
1.一种拱桥和悬索桥组合式自平衡桥梁，其特征在于：包括主梁结构(3)、铺装在所述主梁结构(3)上的桥面、设置在主梁结构(3)上方的两个拱圈(1)和设置在主梁结构(3)下方的两个主索(7)，所述主梁结构(3)的一端设置有用于对其支撑的第一支座(4)，所述主梁结构(3)的另一端设置有用于对其支撑的第二支座(9)，所述拱圈(1)的一端固定在主梁结构(3)的一端，所述拱圈(1)的另一端固定在主梁结构(3)的另一端，所述主索(7)的一端固定在主梁结构(3)的一端，所述主索(7)的另一端固定在主梁结构(3)的另一端，所述主梁结构(3)通过多个吊索(2)与拱圈(1)连接，所述主索(7)通过多个撑杆(6)与主梁结构(3)连接，所述撑杆(6)的上端与主梁结构(3)相铰接，所述撑杆(6)的下端与主索(7)相铰接。2.根据权利要求1所述的一种拱桥和悬索桥组合式自平衡桥梁，其特征在于：所述主梁结构(3)包括多个纵梁(3-1)和多个横梁(3-2)，所述纵梁(3-1)的一端与第一支座(4)连接，所述纵梁(3-1)的另一端与第二支座(9)连接，多个所述纵梁(3-1)依次拼接，所述桥面铺装在所述纵梁(3-1)上，多个所述横梁(3-2)连接在所述纵梁(3-1)上且沿纵梁(3-1)的延伸方向间隔布设，所述吊索(2)的下端与横梁(3-2)的端部相连接，所述撑杆(6)的上端与横梁(3-2)的端部相连接。3.根据权利要求2所述的一种拱桥和悬索桥组合式自平衡桥梁，其特征在于：所述纵梁(3-1)为T形梁，所述横梁(3-2)穿过所述纵梁(3-1)的腹板。4.根据权利要求1所述的一种拱桥和悬索桥组合式自平衡桥梁，其特征在于：所述主梁结构(3)包括两个纵梁(3-1)和设置在两个纵梁(3-1)之间的多个横梁(3-2)，所述横梁(3-2)的一端与一个纵梁(3-1)相连接，所述横梁(3-2)的另一端与另一个纵梁(3-1)相连接，所述纵梁(3-1)的一端与第一支座(4)连接，所述纵梁(3-1)的另一端与第二支座(9)连接，多个所述横梁(3-2)上铺装有桥面板，所述桥面铺设在所述桥面板上，所述吊索(2)的下端与纵梁(3-1)相连接，所述撑杆(6)的上端与纵梁(3-1)相连接。5.根据权利要求1所述的一种拱桥和悬索桥组合式自平衡桥梁，其特征在于：所述主索(7)通过倾斜布设的稳定杆(10)与主梁结构(3)相连接，所述稳定杆(10)的上端与主梁结构(3)相铰接，所述稳定杆(10)的下端与主索(7)相铰接。6.根据权利要求1所述的一种拱桥和悬索桥组合式自平衡桥梁，其特征在于：所述主索(7)上设置有用于与撑杆(6)下端相铰接的铰接接头(11)，所述主梁结构(3)上设置有用于与撑杆(6)上端相铰接的铰接支座(12)。7.根据权利要求6所述的一种拱桥和悬索桥组合式自平衡桥梁，其特征在于：所述撑杆(6)的下端设置有两个相互平行的下护板(6-1)，所述下护板(6-1)上开设有下销孔(6-3)，所述撑杆(6)的上端设置有两个相互平行的上护板(6-2)，所述上护板(6-2)上开设有上销孔(6-4)；所述铰接接头(11)包括上卡板(11-1)和与所述上卡板(11-1)相拼接以将主索(7)夹持的下卡板(11-2)，所述上卡板(11-1)的一侧面设置有第一上连接板(11-3)，所述上卡板(11-1)的另一侧面设置有第二上连接板(11-4)，所述下卡板(11-2)的一侧面设置有第一下连接板(11-5)，所述下卡板(11-2)的另一侧面设置有第二下连接板(11-6)，所述第一上连接板(11-3)和第一下连接板(11-5)通过第一螺栓(11-7)连接，所述第二上连接板(11-4)和第二下连接板(11-6)通过第二螺栓(11-8)连接，所述上卡板(11-1)上设置有用于插入两个下护板(6-1)之间的衬板(11-9)，所述衬板(11-9)上开设有铰接孔(11-10)，所述下护板(6-1)和衬板(11-9)通过穿过所述下销孔(6-3)和铰接孔(11-10)的下销轴相连接；所述铰接支座(12)包括用于伸入两个所述上护板(6-2)之间的垫板(12-1)，所述垫板(12-1)上开设有连接孔(12-2)，所述上护板(6-2)和垫板(12-1)通过穿过所述上销...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴生波，任翔，宋飞，刘克同，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61