大跨度雙拱軸線組合拱橋及其建造方法

《大跨度雙拱軸線組合拱橋及其建造方法》涉及橋梁技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有較大跨度的組合拱橋，以及該種組合拱橋的建造方法。

拱橋設(shè)計被較多的應(yīng)用于2011年9月前的橋梁建造當中，其具有跨度大、造型美觀，能夠充分利用材料抗壓性等優(yōu)點。但是，2011年9月前的大跨度拱橋均存在水平推力大，橫向穩(wěn)定的可控性難度較大，施工難度較高的缺陷。

美國專利US7469438中采用的拱線軸，能夠有效的解決上述缺陷，降低拱橋的水平推力，橫向穩(wěn)定性較好，但其仍然存在以下不足：

1、由于拱軸線調(diào)整，中支點處的主拱截面彎矩較大，主拱截面的材料成本較大；

2、由于拱軸線偏離拱的壓力線，產(chǎn)生較大彎矩，拱腰范圍的豎向位移大，導(dǎo)致主梁變形很大，很難滿足正常使用的功能要求。

圖1為《大跨度雙拱軸線組合拱橋及其建造方法》一種大跨度雙拱軸線組合拱橋的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中拱軸組合的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖1中A處的放大視圖；

圖4為該發(fā)明另一種大跨度雙拱軸線組合拱橋的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為該發(fā)明建造方法的示意圖，示意橋墩及塔吊的建造；

圖6為該發(fā)明建造方法的示意圖，示意拱軸組合的搭建；

圖7為該發(fā)明建造方法的示意圖，示意拱軸彎梁的搭建；

圖8為該發(fā)明建造方法的示意圖，示意主梁的搭建。

2016年12月7日，《大跨度雙拱軸線組合拱橋及其建造方法》獲得第十八屆中國專利優(yōu)秀獎。 2100433B

如圖1所示，為《大跨度雙拱軸線組合拱橋及其建造方法》的一種大跨度雙拱軸線組合拱橋，其包括主梁2、中橋墩11、以及兩輔橋墩12、13，中橋墩11作為整個組合拱橋的中間支點，兩輔橋墩12作為兩端支點，中橋墩11上固定安裝有拱軸組合3，在中橋墩11和兩輔橋墩12之間分別連接有一拱軸彎梁4、5，拱軸彎梁4、5對稱設(shè)置，其二者均呈向上突起的弧形，并且由多個拱軸彎梁節(jié)段依次對接形成。

結(jié)合圖2、3，拱軸組合3包括下拱軸31和上拱軸32，下拱軸31呈“V”形，其底端固定在中橋墩11上，“V”形的開口朝上，上拱軸32呈下凹弧形，其位于下拱軸31“V”形開口內(nèi)，兩端分別與下拱軸31“V”開口的兩端相切連接。拱軸彎梁5的內(nèi)側(cè)端與拱軸組合3的相應(yīng)端部對接，拱軸彎梁5的外側(cè)端分叉形成兩個彎梁支腳51、52，該兩彎梁支腳51、52連接在輔橋墩12上，用以加強穩(wěn)定性。上述拱軸彎梁4與拱軸彎梁5的結(jié)構(gòu)相同，其與輔橋墩13的連接方式也于上述相同，在這里不做重復(fù)說明。

上述的拱軸彎梁4、5與上拱軸32的對接處平滑過渡，形成平滑曲線。拱軸彎梁4、5分別由多個拉索與主梁2連接。上述拱軸彎梁4、5均由多個節(jié)段依次對接形成。

除了上述中橋墩位于中間位置的結(jié)構(gòu)外，《大跨度雙拱軸線組合拱橋及其建造方法》的組合拱橋還可以是如圖4所示，中橋墩不在正中間的位置，相應(yīng)的兩個拱軸彎梁的跨度也就不同。

上述組合拱橋可采用如下方法建造：

A、如圖5所示，建造中橋墩11和兩個輔橋墩12、13，根據(jù)實際需求，使中橋墩位于兩輔橋墩之間，并且保證其三者共線，并且，在中橋墩以及兩個輔橋墩分別搭建塔吊61、62、63；

B、如圖6所示，在中橋墩11上搭建滿堂支架111，該滿堂支架11適應(yīng)拱軸組合3的形狀，然后利用滿堂支架111逐個的依次搭建拱軸組合3的各個節(jié)段，拱軸組合3的相鄰兩節(jié)段采用內(nèi)管定位的方式臨時連接；

C、搭建呈向上突起的弧形的拱軸彎梁4、5，該步驟分為下面兩個可以同時進行，也可以不分先后順序進行的兩個分步驟：

步驟C1中，如圖7所示，利用中橋墩11上的塔吊61吊裝拱軸彎梁4、5的節(jié)段43、53，多個拱軸彎梁4、5的節(jié)段43、53由拱軸組合3的外側(cè)端部作為起始端逐一對接安裝，在每裝好一個拱軸彎梁4、5的節(jié)段43、53后，利用鋼索71臨時將該拱軸彎梁4、5的節(jié)段43、53連接在中橋墩11的塔吊61上；

步驟C2中，如圖7所示，在輔橋墩12、13上將拱軸彎梁4、5的外端部支腳作為起始端開始逐一的向內(nèi)對接搭建拱軸彎梁4、5的節(jié)段43、53，每一個拱軸彎梁的節(jié)段43、53均通過一鋼索72臨時連接在輔橋墩12、13的塔吊62、63上，在此過程中，拱軸彎梁4、5的節(jié)段43、53通過輔橋墩12、13上的塔吊62、63吊裝。

D、再如圖7所示，利用運輸船81將拱軸彎梁4、5的合攏段44、54運輸至步驟C1、C2中搭建好的拱軸彎梁4、5的節(jié)點部分正下方，再利用預(yù)先搭建在拱軸彎梁4、5節(jié)點處的吊具82將合攏段44、54吊至適合高度，然后將合攏段44、54與拱軸彎梁4、5預(yù)先搭建的好的兩端節(jié)點進行對接合攏，最后，對拱軸彎梁4、5的相鄰節(jié)段的對接端進行實施焊接，由此，完成拱軸彎梁4、5的搭建；

E、如圖8所示，由兩輔橋墩12、13向內(nèi)依次搭建主梁2的節(jié)段21，同時由中橋墩11向其兩側(cè)依次搭建主梁2的節(jié)段21，在由兩輔橋墩12、13向內(nèi)依次搭建主梁2的節(jié)段21的同時，利用拉索6將每一個搭建好的主梁2的節(jié)段21與拱軸彎梁4、5連接，當主梁2的節(jié)段21距離中橋墩11或者輔橋墩12、13距離較遠時，可先利用運輸船81將該節(jié)段21運輸至預(yù)裝位置的正下方，再利用預(yù)先吊掛在拱軸彎梁4、5上的繩索起吊該節(jié)段21，到預(yù)定高度后實施對接；

F、主梁合攏，并對相鄰的主梁節(jié)段實施焊接。

大跨度雙拱軸線組合拱橋及其建造方法專利目的

《大跨度雙拱軸線組合拱橋及其建造方法》的目的之一在于提供一種大跨度雙拱軸線組合拱橋，其通過采用雙拱軸線方法，能夠有效降低主拱截面的彎矩，同時減小主梁的形變。

《大跨度雙拱軸線組合拱橋及其建造方法》的目的之二在于提供一種上述大寬度組合拱橋的建造方法。

大跨度雙拱軸線組合拱橋及其建造方法技術(shù)方案

為實現(xiàn)上述目的一，《大跨度雙拱軸線組合拱橋及其建造方法》采用如下技術(shù)方案：

大跨度雙拱軸線組合拱橋，包括主梁、作為中間支點的中橋墩、兩個作為兩端支點的輔橋墩，該組合拱橋還包括拱軸組合，以及兩個呈向上突起的弧形的拱軸彎梁，拱軸組合安裝在中橋墩上，其兩端分別與兩拱軸彎梁的內(nèi)側(cè)端對接連接，兩拱軸彎梁的外側(cè)端則分別安裝在兩輔橋墩上，兩拱軸彎梁與主梁之間通過多根拉索連接。

拱軸組合包括下拱軸和上拱軸，下拱軸呈“V”形，其“V”形的下端部與中橋墩固定，上拱軸呈向下彎曲的弧形，上拱軸位于下拱軸“V”形的開口處，并且上拱軸的兩端分別連接在下拱軸的兩端。

上拱軸的兩端分別與下拱軸的兩端相切，并且上拱軸與兩拱軸彎梁對接并形成平滑曲線。

拱軸彎梁外側(cè)端成形為兩個與輔橋墩連接的彎梁支腳。

拱軸彎梁通過多個彎梁節(jié)段依次對接形成。

為實現(xiàn)上述目的二，《大跨度雙拱軸線組合拱橋及其建造方法》采用如下技術(shù)方案：

上述大跨度雙拱軸線組合拱橋的建造方法，包括如下步驟：

A、建造橋墩，橋墩包括位于中間的中橋墩，以及分別位于兩端的輔橋墩；

B、在中橋墩上分段的搭建拱軸組合，拱軸組合的各節(jié)段之間采用內(nèi)管定位方式臨時連接；

C、搭建呈向上突起的弧形的拱軸彎梁，包括不分先后順序的如下兩步：

C1、在搭建好的拱軸組合的端部，由內(nèi)向外依次對接拱軸彎梁的節(jié)段；

C2、在輔橋墩上由外向內(nèi)依次對接拱軸彎梁的節(jié)段；

D、將拱軸彎梁的合攏段的兩端分別與上述步驟C1、C2中搭建好的拱軸彎梁的節(jié)點部分對接，實現(xiàn)拱軸彎梁的合攏，并對各個相鄰的拱軸彎梁的節(jié)段實施焊接；

E、由兩輔橋墩向內(nèi)依次搭建主梁節(jié)段，同時由中橋墩向其兩側(cè)依次搭建主梁節(jié)段，在由兩輔橋墩向內(nèi)依次搭建主梁節(jié)段的同時，利用拉索將每一個搭建好的主梁節(jié)段與拱軸彎梁連接；

F、主梁合攏，并對相鄰的主梁節(jié)段實施焊接。

在上述步驟A中，還需在建造好的中橋墩及輔橋墩上搭建塔吊，上述步驟C則具體為：

步驟C1中，利用中橋墩塔吊吊裝拱軸彎梁的節(jié)段，多個拱軸彎梁的節(jié)段由拱軸組合的外側(cè)端部作為起始端逐一對接安裝，在每裝好一個拱軸彎梁的節(jié)段后，利用鋼索臨時將該拱軸彎梁的節(jié)段連接在中橋墩的塔吊上；

步驟C2中，在輔橋墩上將拱軸彎梁的外端部支腳作為起始端開始逐一的向內(nèi)對接搭建拱軸彎梁的節(jié)段，每一個拱軸彎梁的節(jié)段均通過一鋼索臨時連接在輔橋墩的塔吊上，在此過程中，拱軸彎梁的節(jié)段通過輔橋墩上的塔吊吊裝。

所述步驟D中，利用運輸船將拱軸彎梁的合攏段運輸至拱軸彎梁的合攏位置下方，再利用吊具吊裝拱軸彎梁的合攏段。

大跨度雙拱軸線組合拱橋及其建造方法改善效果

《大跨度雙拱軸線組合拱橋及其建造方法》通過采用雙拱軸線方法，大幅增加了橋拱的截面抗彎強度，降低了中支點處拱截面的彎矩，拱腰豎向位移較小，減小了主梁的形變量，從而使得整個橋梁受力較為合理。同時，利用《大跨度雙拱軸線組合拱橋及其建造方法》的方法，可有效的降低施工成本，縮短施工工期。

1.《大跨度雙拱軸線組合拱橋及其建造方法》特征在于，包括如下步驟：

A、建造橋墩，橋墩包括位于中間的中橋墩，以及分別位于兩端的輔橋墩；

B、在中橋墩上分段的搭建拱軸組合，在中橋墩上搭建滿堂支架，該滿堂支架適應(yīng)拱軸組合的形狀，然后利用滿堂支架逐個的依次搭建拱軸組合的各個節(jié)段，拱軸組合的各節(jié)段之間采用內(nèi)管定位方式臨時連接；

C、搭建呈向上突起的弧形的拱軸彎梁，包括不分先后順序的如下兩步：

C1、在搭建好的拱軸組合的端部，由內(nèi)向外依次對接拱軸彎梁的節(jié)段；

C2、在輔橋墩上由外向內(nèi)依次對接拱軸彎梁的節(jié)段；

D、將拱軸彎梁的合攏段的兩端分別與上述步驟C1、C2中搭建好的拱軸彎梁的節(jié)點部分對接，實現(xiàn)拱軸彎梁的合攏，并對各個相鄰的拱軸彎梁的節(jié)段實施焊接；

E、由兩輔橋墩向內(nèi)依次搭建主梁節(jié)段，同時由中橋墩向其兩側(cè)依次搭建主梁節(jié)段，在由兩輔橋墩向內(nèi)依次搭建主梁節(jié)段的同時，利用拉索將每一個搭建好的主梁節(jié)段與拱軸彎梁連接；

F、主梁合攏，并對相鄰的主梁節(jié)段實施焊接；

所述大跨度雙拱軸線組合拱橋，包括主梁、作為中間支點的中橋墩、兩個作為兩端支點的輔橋墩，該組合拱橋還包括拱軸組合，以及兩個呈向上突起的弧形的拱軸彎梁，拱軸組合安裝在中橋墩上，其兩端分別與兩拱軸彎梁的內(nèi)側(cè)端對接連接，兩拱軸彎梁的外側(cè)端則分別安裝在兩輔橋墩上，兩拱軸彎梁與主梁之間通過多根拉索連接。

2.如權(quán)利要求1所述的建造方法，其特征在于，在上述步驟A中，還需在建造好的中橋墩及輔橋墩上搭建塔吊，上述步驟C則具體為：

步驟C1中，利用中橋墩塔吊吊裝拱軸彎梁的節(jié)段，多個拱軸彎梁的節(jié)段由拱軸組合的外側(cè)端部作為起始端逐一對接安裝，在每裝好一個拱軸彎梁的節(jié)段后，利用鋼索臨時將該拱軸彎梁的節(jié)段連接在中橋墩的塔吊上；

步驟C2中，在輔橋墩上將拱軸彎梁的外端部支腳作為起始端開始逐一的向內(nèi)對接搭建拱軸彎梁的節(jié)段，每一個拱軸彎梁的節(jié)段均通過一鋼索臨時連接在輔橋墩的塔吊上，在此過程中，拱軸彎梁的節(jié)段通過輔橋墩上的塔吊吊裝。

3.如權(quán)利要求1所述的建造方法，其特征在于，所述步驟D中，利用運輸船將拱軸彎梁的合攏段運輸至拱軸彎梁的合攏位置下方，再利用吊具吊裝拱軸彎梁的合攏段。

采用風(fēng)洞試驗、CFD數(shù)值模擬和理論計算相結(jié)合的研究方法，著重進行拱肋氣動參數(shù)識別、大跨度拱橋渦振和馳振失效機理及風(fēng)振控制原理的研究，建立大跨度拱橋非線性靜風(fēng)穩(wěn)定性分析方法和等效風(fēng)荷載計算方法。對于大跨度拱橋抗風(fēng)設(shè)計理論的形成和發(fā)展、橋梁抗風(fēng)規(guī)范的修訂和完善、拱橋抗風(fēng)設(shè)計的經(jīng)濟性和安全性，具有重大的理論意義和實際意義。 2100433B

鋼箱-混凝土組合拱橋內(nèi)容簡介

《鋼箱-混凝土組合拱橋》是交通運輸行業(yè)高層次人才培養(yǎng)項目著作書系之一。全書共分八章，內(nèi)容包括：山區(qū)拱橋結(jié)構(gòu)體系與施工技術(shù)探索；鋼箱—混凝土組合拱橋的基本概念；PBH剪力聯(lián)結(jié)構(gòu)造力學(xué)性能試驗研究；PBH剪力聯(lián)結(jié)構(gòu)造力學(xué)模型與計算方法；鋼箱—混凝土組合壓彎構(gòu)件試驗研究及全過程分析；鋼箱—混凝土組合壓彎構(gòu)件承載力計算；鋼箱—混凝土組合拱橋的主要構(gòu)造細節(jié)；鋼箱—混凝土組合拱橋的工程應(yīng)用。

鋼箱-混凝土組合拱橋作者簡介

周志祥，男，1958年生，教授，博士生導(dǎo)師，首批新世紀百千萬人才工程國家級人選，國務(wù)院政府特殊津貼獲得者，交通運輸部新世紀百千萬人才第一層次人選，重慶市橋梁與隧道學(xué)科學(xué)術(shù)帶頭人，山區(qū)橋梁與隧道國家重點實驗室培育基地主任，重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院黨總支書記，任全國土木工程學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)委員會委員，中國土木工程學(xué)會橋梁及結(jié)構(gòu)工程學(xué)會理事等多種社會兼職。承擔國家和省部級以上科技項目20余項，發(fā)表論文100余篇，出版專著和教材5部，獲得授權(quán)發(fā)明專利23項，省部級科技成果獎15項。首創(chuàng)“鋼箱—混凝土組合拱橋”，成功應(yīng)用于重慶萬盛區(qū)藻渡大橋等四座橋梁，完成“山區(qū)拱橋建設(shè)維護新技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用”，獲得2009年度國家科技進步二等獎（排名第2）；提出并主持研究成功“混凝土橋梁裂縫仿生監(jiān)測系統(tǒng)”，完成“公路在用橋梁檢測評定與維修加固成套技術(shù)”，獲得2009年度國家科技進步二等獎（排名第9）；首創(chuàng)“橫張預(yù)應(yīng)力混凝土梁施工方法”，成功應(yīng)用于紅槽房大橋等七座橋梁，獲得重慶市科技進步一等獎；提出并主持完成“適于陡峻山區(qū)的整體式懸挑結(jié)構(gòu)復(fù)合道路的修筑方法”，成功應(yīng)用于西藏、云南、四川等地道路改造工程；主研“重慶朝天門長江大橋工程建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究”，獲得重慶市科技進步一等獎。

范亮，女，1979年生，博士，重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院副教授。主持國家自然科學(xué)青年基金項目“鋼箱—混凝土組合結(jié)構(gòu)PBH剪力連接件的傳力機制與疲勞性能研究”，主研國家及省部級以上科技項目10余項，發(fā)表論文20余篇，出版專著2部，獲省部級科技獎2項?，F(xiàn)主要從事鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)性能及其在橋梁工程中的應(yīng)用研究。

第1章山區(qū)拱橋結(jié)構(gòu)體系與施工技術(shù)探索

1.1拱橋研究背景

1.2八字形混凝土拱橋的探索

1.3中段微彎八字形組合結(jié)構(gòu)拱橋的探索

第2章鋼箱—混凝土組合拱橋的基本概念

2.1鋼箱—混凝土組合拱橋的提出

2.2鋼箱—混凝土組合拱橋的構(gòu)造特點

2.3鋼箱—混凝土組合拱橋的結(jié)構(gòu)方案

2.4鋼箱—混凝土組合拱橋的施工技術(shù)

2.5鋼箱—混凝土組合拱橋與混凝土拱橋的比較

第3章PBH剪力聯(lián)結(jié)構(gòu)造力學(xué)性能試驗研究

3.1常用剪力聯(lián)結(jié)構(gòu)件分類

3.2PBH剪力聯(lián)結(jié)構(gòu)造的基本概念

3.3PBH剪力聯(lián)結(jié)構(gòu)造力學(xué)性能試驗?zāi)Ｐ驮O(shè)計

3.4PBH剪力聯(lián)結(jié)構(gòu)造的抗剪剛度及承載力

3.5試驗情況

第4章PBH剪力聯(lián)結(jié)構(gòu)造力學(xué)模型與計算方法

4.1PBH剪力聯(lián)結(jié)構(gòu)造有限元分析方法研究

4.2鋼板—混凝土滑移本構(gòu)關(guān)系

4.3PBH剪力聯(lián)結(jié)構(gòu)造承載力計算方法

4.4PBH剪力聯(lián)結(jié)構(gòu)造荷載—滑移本構(gòu)關(guān)系

第5章鋼箱—混凝土組合壓彎構(gòu)件試驗研究及全過程分析

5.1構(gòu)件設(shè)計及加載方案

5.2鋼箱—混凝土組合構(gòu)件受彎試驗

5.3鋼箱—混凝土組合構(gòu)件偏壓試驗

5.4鋼箱—混凝土組合壓彎構(gòu)件中約束混凝土本構(gòu)模型

5.5考慮界面滑移的鋼箱—混凝土組合壓彎構(gòu)件全過程分析方法

第6章鋼箱—混凝土組合壓彎構(gòu)件承載力計算

6.1M—N曲線及大小偏壓破壞定義

6.2承載力影響因素及多參數(shù)拓展分析

6.3鋼箱—混凝土壓彎構(gòu)件正截面承載力計算公式

第7章鋼箱—混凝土組合拱橋的主要構(gòu)造細節(jié)

7.1鋼箱拱肋的構(gòu)造

7.2鋼箱拱肋變高度區(qū)段構(gòu)造

7.3鋼箱—混凝土組合拱肋構(gòu)造

7.4拱上立柱、橫系梁與鋼箱拱肋的聯(lián)結(jié)構(gòu)造

7.5轉(zhuǎn)動鉸構(gòu)造及其力學(xué)性能分析

第8章鋼箱—混凝土組合拱橋的工程應(yīng)用

8.1四川遂寧界福路人行橋

8.2萬盛區(qū)藻渡大橋

8.3重慶江津夾灘筍溪河大橋

參考文獻

索引2100433B