大跨度雙拱軸線組合拱橋及其建造方法技術領域

《大跨度雙拱軸線組合拱橋及其建造方法》涉及橋梁技術領域，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。

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構示意圖；

圖2為圖1中拱軸組合的結構示意圖；

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構示意圖；

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。

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側端對接連接，兩拱軸彎梁的外側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，由內向外依次對接拱軸彎梁的節(jié)段；

C2、在輔橋墩上由外向內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、由兩輔橋墩向內依次搭建主梁節(jié)段，同時由中橋墩向其兩側依次搭建主梁節(jié)段，在由兩輔橋墩向內依次搭建主梁節(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。

拱橋設計被較多的應用于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，導致主梁變形很大，很難滿足正常使用的功能要求。

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，由內向外依次對接拱軸彎梁的節(jié)段；

C2、在輔橋墩上由外向內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、由兩輔橋墩向內依次搭建主梁節(jié)段，同時由中橋墩向其兩側依次搭建主梁節(jié)段，在由兩輔橋墩向內依次搭建主梁節(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側端對接連接，兩拱軸彎梁的外側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。

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，兩端分別與下拱軸31“V”開口的兩端相切連接。拱軸彎梁5的內側端與拱軸組合3的相應端部對接，拱軸彎梁5的外側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的結構相同，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構外，《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向內依次搭建主梁2的節(jié)段21，同時由中橋墩11向其兩側依次搭建主梁2的節(jié)段21，在由兩輔橋墩12、13向內依次搭建主梁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運輸至預裝位置的正下方，再利用預先吊掛在拱軸彎梁4、5上的繩索起吊該節(jié)段21，到預定高度后實施對接；

F、主梁合攏，并對相鄰的主梁節(jié)段實施焊接。

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

采用風洞試驗、CFD數(shù)值模擬和理論計算相結合的研究方法，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振控制原理的研究，建立大跨度拱橋非線性靜風穩(wěn)定性分析方法和等效風荷載計算方法。對于大跨度拱橋抗風設計理論的形成和發(fā)展、橋梁抗風規(guī)范的修訂和完善、拱橋抗風設計的經(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，內容包括：山區(qū)拱橋結構體系與施工技術探索；鋼箱—混凝土組合拱橋的基本概念；PBH剪力聯(lián)結構造力學性能試驗研究；PBH剪力聯(lián)結構造力學模型與計算方法；鋼箱—混凝土組合壓彎構件試驗研究及全過程分析；鋼箱—混凝土組合壓彎構件承載力計算；鋼箱—混凝土組合拱橋的主要構造細節(jié)；鋼箱—混凝土組合拱橋的工程應用。

鋼箱-混凝土組合拱橋作者簡介

周志祥，男，1958年生，教授，博士生導師，首批新世紀百千萬人才工程國家級人選，國務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科學術帶頭人，山區(qū)橋梁與隧道國家重點實驗室培育基地主任，重慶交通大學土木建筑學院黨總支書記，任全國土木工程學科教學指導委員會委員，中國土木工程學會橋梁及結構工程學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)拱橋建設維護新技術研發(fā)及應用”，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”，獲得2009年度國家科技進步二等獎（排名第9）；首創(chuàng)“橫張預應力混凝土梁施工方法”，成功應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)的整體式懸挑結構復合道路的修筑方法”，成功應用于西藏、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關鍵技術研究”，獲得重慶市科技進步一等獎。

范亮，女，1979年生，博士，重慶交通大學土木建筑學院副教授。主持國家自然科學青年基金項目“鋼箱—混凝土組合結構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。現(xiàn)主要從事鋼—混凝土組合結構性能及其在橋梁工程中的應用研究。

第1章山區(qū)拱橋結構體系與施工技術探索

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構拱橋的探索

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造特點

2.3鋼箱—混凝土組合拱橋的結構方案

2.4鋼箱—混凝土組合拱橋的施工技術

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)結構造力學性能試驗研究

3.1常用剪力聯(lián)結構件分類

3.2PBH剪力聯(lián)結構造的基本概念

3.3PBH剪力聯(lián)結構造力學性能試驗模型設計

3.4PBH剪力聯(lián)結構造的抗剪剛度及承載力

3.5試驗情況

第4章PBH剪力聯(lián)結構造力學模型與計算方法

4.1PBH剪力聯(lián)結構造有限元分析方法研究

4.2鋼板—混凝土滑移本構關系

4.3PBH剪力聯(lián)結構造承載力計算方法

4.4PBH剪力聯(lián)結構造荷載—滑移本構關系

第5章鋼箱—混凝土組合壓彎構件試驗研究及全過程分析

5.1構件設計及加載方案

5.2鋼箱—混凝土組合構件受彎試驗

5.3鋼箱—混凝土組合構件偏壓試驗

5.4鋼箱—混凝土組合壓彎構件中約束混凝土本構模型

5.5考慮界面滑移的鋼箱—混凝土組合壓彎構件全過程分析方法

第6章鋼箱—混凝土組合壓彎構件承載力計算

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造細節(jié)

7.1鋼箱拱肋的構造

7.2鋼箱拱肋變高度區(qū)段構造

7.3鋼箱—混凝土組合拱肋構造

7.4拱上立柱、橫系梁與鋼箱拱肋的聯(lián)結構造

7.5轉動鉸構造及其力學性能分析

第8章鋼箱—混凝土組合拱橋的工程應用

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