CN110016854A - 一种矮塔斜拉加劲组合拱桥构造 - Google Patents

一种矮塔斜拉加劲组合拱桥构造 Download PDF

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Abstract

一种矮塔斜拉加劲组合拱桥构造，避免在陡峻峡谷地区拱桥引桥侧山坡上设墩，有效减少山体的开挖以及对环境的破坏，降低拱上墩的高度和施工难度，且满足桥面铺设无砟轨道和列车高速行驶的安全性和舒适性要求。由大跨拱桥桥跨结构和两侧交界墩处的矮塔斜拉加劲T形刚构组合形成，通过斜拉加劲的方式加大交界墩两侧梁跨跨径，桥梁主梁从交界墩处一跨直接接桥台；矮塔斜拉加劲T形刚构包括桥塔和斜拉体系，桥塔设置于两侧交界墩墩顶之上且与之固结为一体，斜拉体系连接桥塔、桥梁主梁，与主拱共同支撑桥梁主梁；所述桥梁主梁为连续构造，由此大跨拱桥桥跨结构与两侧矮塔斜拉加劲T形刚构一起形成整体组合拱桥构造，统一协调受力。

Description

一种矮塔斜拉加劲组合拱桥构造
技术领域
本发明涉及桥梁工程，特别涉及适用于高速铁路跨越山区V型峡谷地形的一种矮塔斜拉加劲组合拱桥构造，避免引桥陡坡上设墩，降低施工难度的同时减少了对自然环境的破坏，同时满足桥梁铺设无砟轨道的平顺性要求。
背景技术
近年来，我国山区高速铁路大跨桥梁的建设取得快速发展，一大批结构新颖、技术复杂和施工难度大的大跨复杂桥梁建成。其中，最有代表性的应属大跨度混凝土拱桥，如沪昆高铁北盘江特大桥，为主跨445m的混凝土拱桥。大跨度混凝土拱桥由于其结构刚度大、跨越能力强以及易适应环境等优点，逐渐成为跨越峡谷地形的首选桥型。然而，位于复杂艰险山区，特别是两岸山坡更为陡峻V形峡谷，拱脚处由于拱座基础开挖刷坡，往往导致引桥山坡桥墩受刷坡影响较大，且在陡峻坡面上施工桥墩基础难度非常大，常用的方法是加大交界墩处梁体的跨径，以避开拱座开挖刷坡的影响，但高速铁路桥梁要求桥面具有高平顺性，特别是铺设无砟轨道的桥梁，梁体平顺性受铺轨后残余收缩徐变和活载变形影响，跨径不宜过大。我国现行《高速铁路设计规范》(TB10621-2014)7.3.2要求：①有砟桥面梁体的竖向变形不应大于20mm；②跨度小于等于50m的无砟桥面竖向变形不应大于10mm；③跨度大于50m的无砟桥面竖向变形不应大于L/5000且不应大于20mm。直接增加梁体截面尺寸的方法，不但增加了结构的自重和尺寸，导致恶性循环，梁体变得粗笨，美观性差，且也无法解决残余徐变变形的问题。
目前大跨度梁式桥为了满足铺设无砟轨道和后期高速列车运行的安全性和舒适性要求，常采用拱加劲和钢桁加劲两种方式。但对于大跨度拱桥，在交界墩处梁跨采用拱加劲或钢桁加劲存在着以下问题：
①交界墩处采用拱加劲方式，交界墩的梁跨至引桥只有一孔梁，引桥侧设桥台，如采用拱加劲，需增加拱脚处的梁高，且拱脚处构造复杂，施工复杂；另外交界墩往往较高，拱加劲部分主拱通过交界墩传递水平推力，传力不明确，且对交界墩受力不利。从美学上考虑，交界墩处梁跨为主拱桥的一部分，在美学上导致主次不分明，美观性差。
②交界墩处采用钢桁加劲方式：目前梁式桥也有在箱梁顶面增设钢桁梁，以增加梁体的平顺性，钢桁梁的腹杆***箱梁混凝土腹板内，并采用PBL剪力键等构造与梁体连接。首先交界墩处梁跨作业面常常高达200m，且采用悬臂施工。首先在梁体顶面架设钢桁梁的定位和拼装难度大，精度难以保证，且美观性差。
综上，为解决在V形峡谷山区大跨度拱桥引桥陡峻坡面避免设置桥墩的问题，目前的梁体技术措施均存在一定的局限性。无论是采用拱加劲还是钢桁加劲梁，其传力均不明确，且施工作业难度大，精度较难保证，美观性差。
发明内容
本发明所要解决技术问题是提供一种矮塔斜拉加劲组合拱桥构造，避免在陡峻峡谷地区拱桥引桥侧山坡上设墩，有效减少山体的开挖以及对环境的破坏，降低拱上墩的高度和施工难度，且满足桥面铺设无砟轨道和列车高速行驶的安全性和舒适性要求。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案如下：
本发明的一种矮塔斜拉加劲组合拱桥构造，其特征是：由大跨拱桥桥跨结构和两侧交界墩处的矮塔斜拉加劲T形刚构组合形成，通过斜拉加劲的方式加大交界墩两侧梁跨跨径，桥梁主梁从交界墩处一跨直接接桥台；矮塔斜拉加劲T形刚构包括桥塔和斜拉体系，桥塔设置于两侧交界墩墩顶之上且与之固结为一体，斜拉体系连接桥塔、桥梁主梁，与主拱共同支撑桥梁主梁；所述桥梁主梁为连续构造，由此大跨拱桥桥跨结构与两侧矮塔斜拉加劲T形刚构一起形成整体组合拱桥构造，统一协调受力。
所述桥塔在大跨拱桥桥跨结构施工中作为主拱施工用扣索背索锚固用扣锚塔。
本发明的有益效果体现在如下几个方面：
一、通过斜拉加劲的方式加大交界墩两侧梁跨跨径，桥梁主梁从交界墩处一跨直接接桥台，从而避免在交界墩靠山侧陡坡上设置桥墩，最大程度地减少对自然环境的影响；
二、桥梁主梁荷载通过斜拉体系传至交界墩，减少对主拱的反力，同时主跨跨度增大后，可显著降低拱上墩高度或减少拱上墩个数，降低了桥梁施工难度，因减少对主拱的作用力，还可实现主拱的轻量化；
三、跨径较大的梁跨采用斜拉加劲结构减小了梁体的变形，增加了梁体的平顺性，可满足桥面铺设无砟轨道和列车高速行驶的变形要求；
四、桥塔在施工中可作为主拱施工用扣锚的扣塔，主拱施工完成后，又可作为后期加劲斜拉索的扣塔，重复利用，永临结合，省去了主拱施工用临时钢结构扣塔，大幅节省工程造价；
五、矮塔斜拉加劲T形刚构中的斜拉体系与主拱共同支撑桥梁主梁，协同受力，形成整体的组合结构体系；交界墩处采用矮塔的形式，桥塔相对较矮，类似于桥头堡，且降低了交界墩处梁高，结构流畅，整体协调美观。
附图说明
本说明书包括如下三幅附图：
图1是本发明一种矮塔斜拉加劲组合拱桥构造的整体布置示意图；
图2是图1中A局部的放大图；
图3是本发明一种矮塔斜拉加劲组合拱桥构造主拱部分施工布置示意图。
图中示出构件、部位名称及所对应的标记：主拱圈10、拱上墩20、拱上梁31、加劲梁32、拱座基础40、交界墩51、桥塔52、桥台60、加劲斜拉索71、扣索背索72、桥塔拉索孔道80、扣索背索孔道81。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
参照图1和图2，本发明的一种矮塔斜拉加劲组合拱桥构造由大跨拱桥桥跨结构和两侧交界墩51处的矮塔斜拉加劲T形刚构组合形成，通过斜拉加劲的方式加大交界墩51两侧梁跨跨径，桥梁主梁从交界墩51处一跨直接接桥台60，从而避免在交界墩靠山侧陡坡上设置桥墩，最大程度地减少对自然环境的影响。矮塔斜拉加劲T形刚构包括桥塔52和斜拉体系，桥塔52设置于两侧交界墩51墩顶之上且与之固结为一体，斜拉体系连接桥塔52、桥梁主梁，与主拱共同支撑桥梁主梁。所述桥梁主梁为连续构造，由此大跨拱桥桥跨结构与两侧矮塔斜拉加劲T形刚构一起形成整体组合拱桥构造，统一协调受力。桥梁主梁荷载通过斜拉体系传至交界墩51，减少对主拱10的反力，同时主跨跨度增大后，可显著降低拱上墩20高度或减少拱上墩20个数，降低了桥梁施工难度，因减少对主拱10的作用力，还可实现主拱10的轻量化。跨径较大的梁跨采用斜拉加劲结构减小了梁体的变形，增加了梁体的平顺性，可满足桥面铺设无砟轨道和列车高速行驶的变形要求。
参照图1和图2，所述大跨拱桥桥跨结构包括主拱10和在其上顺桥间隔设置的拱上墩20，拱上梁31通过支座支撑于拱上墩20的墩顶上。所述矮塔斜拉加劲T形刚构包括交界墩51、斜拉体系和加劲梁32，桥塔52由两侧交界墩51向上延伸一定高度形成，加劲梁32设置于主拱10两侧且顺桥向沿交界墩51两侧延伸一定长度，与拱上梁31连续构造形成桥梁主梁，加劲梁32与交界墩51固结形成T形刚构。
参照图1和图2，所述斜拉体系包括加劲斜拉索71和桥塔拉索孔道80，桥塔拉索孔道80竖向间隔布设在桥塔52横桥向两侧，加劲斜拉索71成组布设在交界墩51两侧，两端分别与加劲梁32、桥塔52锚固连接。加劲梁32荷载通过斜拉索71传至桥塔52，并通过交界墩51和拱座基础40传至山体上。
参照图2和图3，所述桥塔52大跨拱桥桥跨结构施工中作为主拱施工用扣塔，主拱10桥跨主拱悬臂施工锚固扣索背索72，其中在所述桥塔52上预留用于安装加劲斜拉索71的桥塔拉索孔道80，以及主拱10施工过程中用于安装扣索背索72的扣索背索孔道81，重复利用，永临结合，省去了主拱施工用临时钢结构扣塔，大幅节省工程造价。
参照图1，本发明特别适用于山区V形陡峻峡谷中使用，结构通透，整个山坡只设置交界墩，对自然环境影响小，整体结构经济、适用、美观，在崇山峻岭中与周边自然环境完美融合，是一种适用性较强的经济适用的组合桥跨结构。
实施范例：
本申请人成功地将本发明运用于渝昆高铁洛泽河特大桥的设计中，洛泽河特大桥为主跨360m的上承式混凝土拱桥，桥面距离峡谷谷底近225m，桥梁设计时速350km。
采用本发明的矮塔斜拉加劲组合拱桥构造避免了引桥陡坡上设置桥墩，同时满足桥梁铺设无砟轨道及列车高速运行的安全性和舒适性要求。本发明通过设置矮塔和斜拉加劲索一方面省去了引桥的桥墩，另一方面桥塔可以作为主拱施工用扣塔，省去了施工临时用扣塔结构。两侧省去的桥墩及基础结构造价基本与增加的桥塔和斜拉加劲索相当，则初步估算，节省扣塔钢材1600吨，节省造价约1280万元。且施工便利，无需在陡坡上施工引桥桥墩和基础，并省去了交界墩墩顶临时用钢扣塔的安装和拆除作业，在200m高空安装和拆除钢结构扣塔作业难度大、风险高，本发明大大降低了施工的难度及风险，并节省了造价，节约了工期。
以上所述只是用图解说明本发明一种矮塔斜拉加劲组合拱桥构造的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。

Claims (5)

1.一种矮塔斜拉加劲组合拱桥构造，其特征是：由大跨拱桥桥跨结构和两侧交界墩(51)处的矮塔斜拉加劲T形刚构组合形成，通过斜拉加劲的方式加大交界墩(51)两侧梁跨跨径，桥梁主梁从交界墩(51)处一跨直接接桥台(60)；矮塔斜拉加劲T形刚构包括桥塔(52)和斜拉体系，桥塔(52)设置于两侧交界墩(51)墩顶之上且与之固结为一体，斜拉体系连接桥塔(52)、桥梁主梁，与主拱共同支撑桥梁主梁；所述桥梁主梁为连续构造，由此大跨拱桥桥跨结构与两侧矮塔斜拉加劲T形刚构一起形成整体组合拱桥构造，统一协调受力。
2.如权利要求1所述的一种矮塔斜拉加劲组合拱桥构造，其特征是；所述大跨拱桥桥跨结构包括主拱(10)和在其上顺桥间隔设置的拱上墩(20)，拱上梁(31)通过支座支撑于拱上墩(20)的墩顶上。
3.如权利要求1所述的一种矮塔斜拉加劲组合拱桥构造，其特征是：所述矮塔斜拉加劲T形刚构包括交界墩(51)、桥塔(52)、斜拉体系和加劲梁(32)，桥塔(52)由两侧交界墩(51)向上延伸一定高度形成；加劲梁(32)设置于主拱两侧且顺桥向沿交界墩(51)两侧延伸一定长度，在主拱(10)侧与拱上梁(31)为连续构造形成桥梁主梁，在引桥侧直接延伸至桥台(60)；加劲梁(32)与交界墩(51)固结形成T形刚构。
4.如权利要求1所述的一种矮塔斜拉加劲组合拱桥构造，其特征是：所述桥塔(52)在大跨拱桥桥跨结构施工中作为主拱(10)施工用扣索背索(72)锚固用扣锚塔。
5.如权利要求3所述的一种矮塔斜拉加劲组合拱桥构造，其特征是：所述斜拉体系包括成组布设在交界墩(51)两侧的加劲斜拉索(71)，加劲斜拉索(71)两端分别与加劲梁(32)、桥塔(52)锚固连接；所述桥塔(52)上分别预留用于安装加劲斜拉索(71)的桥塔拉索孔道(80)和主拱(10)施工过程中用于安装扣索背索(72)的扣索背索孔道(81)。
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