【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及桥梁工程，特别是一种飞燕中承式拱桥结构体系及施工方法。
技术介绍
1、拱桥结构跨越能力大、刚度大，是大跨结构可选择的桥型之一。根据拱脚有无推力，拱桥可以分为推力拱、无推力拱和部分推力拱。
2、推力拱较为适用于v型峡谷地带，对地基承载要求较高；无推力拱主要的结构形式为系杆拱桥或者拱加劲连续结构，其承载跨度一般有限；部分推力拱桥主要用在桥墩高度比较高，有一定柔度的结构当中，主要结构形式有飞燕式部分推力拱以及刚构拱等形式。
3、传统的部分推力拱桥需要设置永久性的体外系杆以平衡桥梁结构的水平推力，由于体外系杆和拱座基础的刚度相差较大，列车活载产生的水平推力大部分由拱座基础承担，因此这类结构体系的拱桥基础受力都较大，需要设计较大的基础以抵抗活载推力产生的不利效应，同时还存在体外系杆索张拉复杂、养护维修困难、断索风险高等问题。
4、现有技术中如申请号为cn202211595238.4的专利文献提出一种中承式拱桥，该拱桥结构采用主梁与边拱肋在拱端固结，主梁与主拱肋在拱梁交错处固结，边拱肋和主拱肋通过拱座与主墩固结，主梁同时作为全桥系杆和桥面承载结构，无需设置体外系杆。该拱桥方案通过在施工过程中临时释放一侧拱座纵向约束，成桥后将拱座与主墩固结，可将拱桥结构的恒载推力完全由主梁承担。该拱桥方案虽然通过施工过程中的临时纵向滑动铰，将拱桥结构的恒载推力由主梁承担，使得该拱桥体系不需要设置体外系杆，避免了施工过程中的体外系杆索张拉繁琐，后期养护维修困难等问题，但同时也具有以下问题：
5、1、
6、2、另外，该结构体系中主拱与主梁为固结约束，将导致主拱在固结位置产生较大的弯矩，主梁的纵向传力不连续，桥梁结构受力较为不利。
7、为进一步克服上述问题，现有技术又继而提出一种飞燕式自平衡拱桥结构体系（申请号为2023114587710）。该拱桥方案通过将拱座与主墩之间的常规固结约束改为支座约束，主拱肋（简称主拱）和边拱肋（简称边拱）的拱脚均固结于拱座处，在成桥后以一侧的固定支座为支点，利用另一侧的活动支座在纵向方向的水平位移释放桥梁运营阶段列车荷载及主梁温度变化所产生的水平推力。由于拱座与主墩之间的支座约束为单排支座，拱座处具有转动趋势，列车荷载作用下主拱和边拱需要承担全部的弯矩值，在释放列车荷载及主梁温度变化所产生的水平推力的过程中，主拱肋在拱脚的转动必然需要由边拱肋来承受以实现自适应平衡，从而在边拱拱脚处会形成较大弯矩，不利于受力，同时还会增大边拱端部的梁端转角，影响列车运行的平顺性。因此，有必要对现有飞燕式自平衡拱桥结构作进一步改进，以克服其存在缺陷，保障桥梁受力安全和运营安全。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于：针对现有技术中的拱桥结构在拱座和主墩之间采用单排支座约束，在释放由列车荷载及主梁温度变化所产生的水平推力的过程中拱座处存在转动趋势，进而会在边拱拱脚处形成较大弯矩使增大边拱端部的梁端转角的问题，提供一种飞燕中承式拱桥结构体系及施工方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种飞燕中承式拱桥结构体系，包括主梁、主拱肋、边拱肋、主墩、拱座和桥台，所述主拱肋架设于两个所述主墩之间，所述边拱肋架设于所述主墩与所述桥台之间，所述主梁架设于两侧所述桥台之间且所述主梁的两端与所述边拱肋的端部固定连接，所述主梁为连续结构，所述主梁通过吊杆与所述主拱肋连接，所述主拱肋的两侧拱脚和两侧所述边拱肋的拱脚均固定连接于所述拱座上，一侧的所述拱座与所述主墩之间沿顺桥向设有至少两排固定支座，所述固定支座在顺桥向上具有转动功能，另一侧所述拱座与所述主墩之间沿顺桥向设有至少两排活动支座，所述活动支座在顺桥向上具有转动和平动功能。
4、本专利技术通过将主拱肋和边拱肋通过拱座固结，在一侧拱座与主墩之间顺桥向设置至少两排固定支座，在另一侧拱座与主墩之间顺桥向设置至少两排活动支座，即在每侧的拱座与主墩之间形成前后支点，这样可以阻止主拱拱脚发生转动，使在主跨加载时的拱脚弯矩由主拱肋、主墩和边拱肋共同承受，从而可以改善边拱受力，减小中跨列车运行时边拱端部的梁端转角，同时可以提高结构竖向刚度。成桥后，该拱桥结构体系能够以固定支座为支点，通过活动支座顺桥向释放由列车荷载及主梁温度变化所产生的水平推力，拱桥结构体系中的各部分均处于自平衡状态，主拱肋、边拱肋和主梁形成的整体上部结构通过支座支承于主墩，上部结构对下部结构不产生任何水平力。
5、需要理解的是，每排固定支座的数量可相等也可不等，比如，第一排可以有两个，第二排可以有两个或三个，具体布设位置和数量根据实际工况需要合理选择；主墩在横桥向上可以是一个，也可以是两个或多个形成的墩群。
6、作为本专利技术的优选方案，所述主拱肋与所述主梁交错于所述主梁的外侧，相邻所述主拱肋之间设有支承横梁，所述主梁支承于所述支承横梁上。相应地，所述主梁在主拱肋和主梁交错的位置附近呈变截面设置，本方案中的主拱与主梁间采用中穿通过，不设置纵向约束，相较于拱梁固结形式，可以减少主拱的附加弯矩，有利于优化主拱结构设计尺寸。
7、作为本专利技术的优选方案，所述边拱肋与所述主拱肋之间无刚性系杆连接。在本方案中，在边拱肋与主拱肋之间不设置刚性系杆，避免对拱脚产生约束作用，使拱肋推力能够通过主拱肋、边拱肋、主梁及具有一定自由度的拱座所形成的三角结构实现自平衡，同时可通过设置于一侧拱脚处的活动支座变形使在活载及温度工况下所产生的水平推力能够得到释放。
8、本方案中的边拱肋和主拱肋承受轴压力，主梁承受轴拉力；主拱肋的内应力传递到两侧拱脚的拱座处，通过拱座传递到两侧边拱肋上，再由边拱肋传递到固结的主梁上，拱肋推力能够由主梁完全承受，无需在边拱肋和主拱肋之间设置刚性系杆，也无需在主拱肋间设置柔性系杆。
9、作为本专利技术的优选方案，横桥向上的所述拱座之间设有拱座系梁，加强横桥向上各拱座之间的整体性，加强整体结构和稳定性，提高抗扭性能。
10、作为本专利技术的优选方案，所述拱座上设有门式框架，所述门式框架包括立柱和盖梁，所述盖梁的底部与所述立柱固结，所述盖梁的顶部用于支承所述主梁；所述立柱的底部与所述拱座的顶面固结；所述边拱肋上也设有门式框架，辅助支承所述主梁。
11、作为本专利技术的优选方案，所述主拱肋和边拱肋是钢箱混凝土组合拱、混凝土拱、钢管混凝土拱中的任一种，承压能力强。
12、作为本专利技术的优选方案，所述主梁为钢梁、整体钢箱梁、分离式钢箱梁和钢桁梁中的任一种，抗拉能力强。
13、上述拱桥结构体系将拱座和主墩之间的支座约束调整为纵向双支座（或多排）后，主拱拱脚不能转动，主跨加载时的拱脚处负弯矩大；受拱脚负弯矩的影响，双排支座在纵向上的支反力分布也不本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种飞燕中承式拱桥结构体系，包括主梁（3）、主拱肋（2）、边拱肋（1）、主墩（5）、拱座（4）和桥台（8），所述主拱肋（2）架设于两个所述主墩（5）之间，所述边拱肋（1）架设于所述主墩（5）与所述桥台（8）之间，所述主梁（3）架设于两侧所述桥台（8）之间且所述主梁（3）的两端与所述边拱肋（1）的端部固定连接，所述主梁（3）为连续结构，所述主梁（3）通过吊杆（7）与所述主拱肋（2）连接，所述主拱肋（2）的两侧拱脚和两侧所述边拱肋（1）的拱脚均固定连接于所述拱座（4）上，其特征在于，一侧的所述拱座（4）与所述主墩（5）之间沿顺桥向设有至少两排固定支座（12），所述固定支座（12）在顺桥向上具有转动功能，另一侧所述拱座（4）与所述主墩（5）之间沿顺桥向设有至少两排活动支座（13），所述活动支座（13）在顺桥向上具有转动和平动功能。
2.根据权利要求1所述的一种飞燕中承式拱桥结构体系，其特征在于，所述主拱肋（2）与所述主梁（3）交错于所述主梁（3）的外侧，相邻所述主拱肋（2）之间设有支承横梁（9），所述主梁（3）支承于所述支承横梁（9）上。
3.根据权利要求2
4.根据权利要求1所述的一种飞燕中承式拱桥结构体系，其特征在于，横桥向上的所述拱座（4）之间设有拱座系梁（10）。
5.根据权利要求1所述的一种飞燕中承式拱桥结构体系，其特征在于，所述拱座（4）上设有门式框架，所述门式框架包括立柱（6）和盖梁，所述盖梁的底部与所述立柱（6）固结，所述盖梁的顶部用于支承所述主梁（3）；所述立柱（6）的底部与所述拱座（4）的顶面固结。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种飞燕中承式拱桥结构体系，其特征在于，所述主拱肋（2）和边拱肋（1）是钢箱混凝土组合拱、混凝土拱、钢管混凝土拱中的任一种。
7.根据权利要求1-5任一项所述的一种飞燕中承式拱桥结构体系，其特征在于，所述主梁（3）为钢梁、整体钢箱梁、分离式钢箱梁或钢桁梁。
8.采用权利要求1-7任一项所述的一种飞燕中承式拱桥结构体系的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种飞燕中承式拱桥结构体系的施工方法，其特征在于，还包括步骤：先通过有限元分析模型，计算得出成桥状态、恒载工况下设于活动支座（13）处的拱座（4）的水平位移量L，根据水平位移量L得到主梁下料长度的减少量a，a>0。
10.根据权利要求9所述的一种飞燕中承式拱桥结构体系的施工方法，其特征在于，a=L。
...【技术特征摘要】
1.一种飞燕中承式拱桥结构体系，包括主梁（3）、主拱肋（2）、边拱肋（1）、主墩（5）、拱座（4）和桥台（8），所述主拱肋（2）架设于两个所述主墩（5）之间，所述边拱肋（1）架设于所述主墩（5）与所述桥台（8）之间，所述主梁（3）架设于两侧所述桥台（8）之间且所述主梁（3）的两端与所述边拱肋（1）的端部固定连接，所述主梁（3）为连续结构，所述主梁（3）通过吊杆（7）与所述主拱肋（2）连接，所述主拱肋（2）的两侧拱脚和两侧所述边拱肋（1）的拱脚均固定连接于所述拱座（4）上，其特征在于，一侧的所述拱座（4）与所述主墩（5）之间沿顺桥向设有至少两排固定支座（12），所述固定支座（12）在顺桥向上具有转动功能，另一侧所述拱座（4）与所述主墩（5）之间沿顺桥向设有至少两排活动支座（13），所述活动支座（13）在顺桥向上具有转动和平动功能。
2.根据权利要求1所述的一种飞燕中承式拱桥结构体系，其特征在于，所述主拱肋（2）与所述主梁（3）交错于所述主梁（3）的外侧，相邻所述主拱肋（2）之间设有支承横梁（9），所述主梁（3）支承于所述支承横梁（9）上。
3.根据权利要求2所述的一种飞燕中承式拱桥结构体系，其特征在于，所述边拱肋（1）与所述主拱肋（2）之间无刚性系杆连接。
4.根据权利要求1所述的一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：艾宗良，彭福兵，魏程峰，向律楷，陈克坚，陈列，赵会东，蔡超，李锐，张宇，刘柯，韩铭哲，陈颖，
申请(专利权)人：中铁二院工程集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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