專利名稱：一種上承式敞肩拱橋及其建造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種上承式拱橋結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
上承式拱橋是一種古老經(jīng)典的橋型，外形典雅優(yōu)美，其受力特點(diǎn)是:荷載作用下，拱腳產(chǎn)生水平推力，大大減小了主拱圈的彎矩，適合在地質(zhì)條件比較好的地區(qū)建造。為了減少拱腳水平推力，常采用空腹式拱橋，結(jié)構(gòu)的景觀效果較差；少部分拱橋也采用了在主拱圈上布置拱上腹拱的敞肩拱結(jié)構(gòu)，考慮到拱腳變形的影響，拱上腹拱一般均采用兩鉸拱或三鉸拱，結(jié)構(gòu)整體性較差，抗震性能不佳，有待改進(jìn)。軟土地區(qū)修建上承式拱橋，抵抗水平推力的傳統(tǒng)方法有兩種方法:一是采用大體量的基礎(chǔ)工程，比如群樁基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)、阻滑板、群樁基礎(chǔ)+阻滑板組合形式或沉井基礎(chǔ)+阻滑板組合形式，此方法造價(jià)偏高，且工期較長(zhǎng)；二是采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)平衡水平推力，比如在橋面系中布置體外預(yù)應(yīng)力索，或兩拱腳承臺(tái)之間設(shè)置環(huán)氧全涂裝無(wú)粘結(jié)鋼絞線成品柔性索或平行鋼絲索等?？傮w來(lái)看，預(yù)應(yīng)力技術(shù)在上承式拱橋中的研究及應(yīng)用較少，且目前的工程實(shí)例及研究成果均采用柔性拉索，其不足之處主要在于:一是耐久性較差，柔性拉索雖然使用了環(huán)氧涂裝或者雙層PE外套等保護(hù)措施，但在橋梁全壽命周期內(nèi)仍然需要更換，更換時(shí)為保證足夠的施工空間需將臺(tái)后填土剔除，更換完畢后再回填；二是施工不便，柔性拉索須隨著上部結(jié)構(gòu)的施工加載而逐步分級(jí)張拉，且為了保證有張拉空間，須保留施工通道直到二期恒載完成。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述傳統(tǒng)實(shí)踐方法的不足，本發(fā)明的目的是提供一種新型上承式敞肩拱橋結(jié)構(gòu)，以改進(jìn)抵抗水平推力的方法，減少工程造價(jià)，降低施工難度并提高結(jié)構(gòu)性能。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種上承式敞肩拱橋，包括主拱圈(I)、拱上腹拱(2)、承臺(tái)(3)、樁基礎(chǔ)(4)，拱上腹拱(2)布置在主拱圈(I)的兩側(cè)，主拱圈(I)的拱腳設(shè)置在承臺(tái)(3)內(nèi)，所述的上承式敞肩拱橋還包括多個(gè)預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿(5)，穿過(guò)每根預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿(5)的預(yù)應(yīng)力鋼絞線(6 )的兩端分別錨固在同側(cè)的承臺(tái)(3 )內(nèi)，主拱圈(I)、樁基礎(chǔ)(4)及預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿(5)通過(guò)承臺(tái)(3)連接形成整體。本發(fā)明同時(shí)提供一種所述的上承式敞肩拱橋的建造方法，其中，設(shè)計(jì)方法為:(1)初步估算:取主拱圈脫離體進(jìn)行分析，不考慮預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿，按照無(wú)鉸拱進(jìn)行計(jì)算，求得拱腳的豎向反力、彎矩及水平推力；(2)樁基礎(chǔ)的尺寸擬定:根據(jù)求得的拱腳豎向反力及彎矩進(jìn)行樁基礎(chǔ)4的設(shè)計(jì)，優(yōu)先考慮單排樁，因彎矩影響單排樁通不過(guò)時(shí)采用雙排樁；(3)預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿5的尺寸擬定:根據(jù)步驟(2)所擬定樁基礎(chǔ)的尺寸，求出其總水平抗拉剛度；根據(jù)預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿的軸向剛度應(yīng)是樁基礎(chǔ)4水平抗推拉剛度的3.5倍及以上的要求，確定預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿的截面尺寸；(4)鋼絞線的尺寸擬定:預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼絞線6的總初張拉力應(yīng)不小于1.45倍的步驟(O中所計(jì)算的水平推力；鋼絞線的張拉控制應(yīng)力按< 0.7倍的材料標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度；(5)結(jié)構(gòu)整體驗(yàn)算:按步驟(2)、(3)、(4)所擬定的結(jié)構(gòu)各構(gòu)件尺寸，采用有限元梁格模型進(jìn)行驗(yàn)算；主拱圈I按壓彎構(gòu)件要求，預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿按預(yù)應(yīng)力混凝土 A類構(gòu)件控制，樁基礎(chǔ)4的頂部水平位移< 6_及規(guī)范規(guī)定的其他要求；驗(yàn)算結(jié)果不滿足上述要求時(shí)調(diào)整按步驟(2)、
(3),(4)所擬定的結(jié)構(gòu)各構(gòu)件尺寸，重新驗(yàn)算，直到滿足上述要求為止；(6)局部構(gòu)件計(jì)算:取單個(gè)拱上腹拱的脫離體進(jìn)行分析，按單跨無(wú)鉸拱橋進(jìn)行設(shè)計(jì)；側(cè)墻則按擋土的懸臂梁計(jì)笪
ο 施工時(shí)方法為:(1)鉆孔灌注樁施工，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿下方進(jìn)行地基處理；
(2)施工承臺(tái)；(3)設(shè)預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿的跨徑為L(zhǎng)，在位于預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿跨徑兩端的兩個(gè)L/4處，設(shè)置兩個(gè)濕接頭作為后澆梁段，長(zhǎng)度均為0.5m,其余位置即為先澆梁段，施工預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿的先澆梁段；(4)搭設(shè)主拱圈施工支架，主拱圈支架的支撐位置應(yīng)避開(kāi)預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿；待預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿先澆梁段混凝土的齡期達(dá)到28天后，在一天中環(huán)境溫度相對(duì)較低的時(shí)候采用微膨混凝土填筑預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿的后澆梁段，待后澆梁段混凝土的齡期達(dá)到10天后，張拉預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿內(nèi)部的后張預(yù)應(yīng)力鋼絞線，并真空灌漿；(5)滿堂支架上綁扎主拱圈鋼筋，澆筑混凝土；(6)滿堂支架上綁扎拱上腹拱內(nèi)鋼筋，澆筑混凝土；(7)施工側(cè)墻，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后，施工填料并壓實(shí)；(8)橋面系施工。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:(I)預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿為常規(guī)的體內(nèi)有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，無(wú)特殊防腐問(wèn)題，與整體結(jié)構(gòu)同壽命周期，實(shí)用中無(wú)須更換，耐久性好；(2)施工中預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿內(nèi)的預(yù)應(yīng)力鋼束可在承臺(tái)施工完之后主拱圈落架之前一次張拉到位，無(wú)須預(yù)留施工通道多次逐級(jí)張拉，施工便捷；(3)拱腳抗推拉水平剛度大，是帶柔性拉索上承式敞肩拱橋的3.5倍以上，也比無(wú)預(yù)應(yīng)力僅布置大體量基礎(chǔ)工程的無(wú)鉸拱大，故拱腳水平位移很小，結(jié)構(gòu)適應(yīng)超載的能力大；(4)本發(fā)明在主拱圈的兩側(cè)布置拱上腹拱，既降低了橋梁阻水面積，增大了流水通道，又有效減輕了橋身重量，減少了結(jié)構(gòu)水平推力，節(jié)約了材料，且景觀效果良好。(5)拱上腹拱采用了無(wú)鉸拱，結(jié)構(gòu)整體性好，抗震性能優(yōu)，且簡(jiǎn)化了施工。(6)本發(fā)明采用常規(guī)材料常規(guī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合，施工工序少，造價(jià)低、工期短。


圖1為本發(fā)明一種設(shè)置預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿的上承式敞肩拱橋的主視圖；圖2為圖1的左視圖；圖3為圖1的A-A剖面圖。圖4為預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿的施工分段示意圖。圖中:I—主拱圈2—拱上腹拱3—承臺(tái)4—樁基礎(chǔ) 5—預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿6—預(yù)應(yīng)力鋼絞線
7—預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿的先澆梁段 8—預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿的后澆梁段
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步描述。參見(jiàn)圖1至3，本發(fā)明為一種在拱腳承臺(tái)之間設(shè)置預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿的上承式敞肩拱橋結(jié)構(gòu)，包括主拱圈1、拱上腹拱2、承臺(tái)3、樁基礎(chǔ)4和預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿5，拱上腹拱2布置在主拱圈I的兩側(cè)。此結(jié)構(gòu)由樁基礎(chǔ)4及預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿5共同抵抗主拱圈I拱腳位置的水平推力，其中預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿5分擔(dān)大部分份額。本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可按如下流程進(jìn)行:(1)初步估算:取主拱圈脫離體進(jìn)行分析，不考慮預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿5，按照無(wú)鉸拱進(jìn)行計(jì)算，求得拱腳的豎向反力、彎矩及水平推力；(2)樁基礎(chǔ)4的尺寸擬定:根據(jù)求得的拱腳豎向反力及彎矩進(jìn)行樁基礎(chǔ)4的設(shè)計(jì)，優(yōu)先考慮單排樁，因彎矩影響單排樁通不過(guò)時(shí)采用雙排樁；(3)預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿5的尺寸擬定:根據(jù)步驟(2)所擬定樁基礎(chǔ)4的尺寸，求出其總水平抗拉剛度；根據(jù)預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿5的軸向剛度應(yīng)是樁基礎(chǔ)4水平抗推拉剛度的3.5倍及以上的要求，確定預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿5的截面尺寸；(4)鋼絞線6的尺寸擬定:預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿5內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼絞線6的總初張拉力應(yīng)不小于1.45倍的步驟(I)中所計(jì)算的水平推力；鋼絞線6的張拉控制應(yīng)力按< 0.7倍的材料標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度；(5)結(jié)構(gòu)整體驗(yàn)算:按步驟(2)、(3)、(4)所擬定的結(jié)構(gòu)各構(gòu)件尺寸，采用有限元梁格模型進(jìn)行驗(yàn)算；主拱圈I按壓彎構(gòu)件要求，預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿5按預(yù)應(yīng)力混凝土 A類構(gòu)件控制，樁基礎(chǔ)4的頂部水平位移< 6_及規(guī)范規(guī)定的其他要求；驗(yàn)算結(jié)果不滿足上述要求時(shí)調(diào)整按步驟(2)、(3)、(4)所擬定的結(jié)構(gòu)各構(gòu)件尺寸，重新驗(yàn)算，直到滿足上述要求為止；(6)局部構(gòu)件計(jì)算:取單個(gè)拱上腹拱2的脫離體進(jìn)行分析，按單跨無(wú)鉸拱橋進(jìn)行設(shè)計(jì)；側(cè)墻則按擋土的懸臂梁計(jì)算。本發(fā)明結(jié)構(gòu)施工時(shí)可按如下流程進(jìn)行:(1)鉆孔灌注樁施工，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿下方進(jìn)行地基處理；(2)施工承臺(tái)；(3)設(shè)預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿的跨徑為L(zhǎng)，在位于預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿跨徑兩端的兩個(gè)L/4處，設(shè)置兩個(gè)濕接頭作為后澆梁段，長(zhǎng)度均為0.5m，其余位置即為先澆梁段，施工預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿的先澆梁段；(4)搭設(shè)主拱圈施工支架，主拱圈支架的支撐位置應(yīng)避開(kāi)預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿；待預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿先澆梁段混凝土的齡期達(dá)到28天后，在一天中環(huán)境溫度相對(duì)較低的時(shí)候采用微膨混凝土填筑預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿的后澆梁段，待后澆梁段混凝土的齡期達(dá)到10天后，張拉預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿內(nèi)部的后張預(yù)應(yīng)力鋼絞線，并真空灌漿；(5)滿堂支架上綁扎主拱圈鋼筋，澆筑混凝土；(6)滿堂支架上綁扎拱上腹拱內(nèi)鋼筋，澆筑混凝土；(7)施工側(cè)墻，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后，施工填料并壓實(shí)；(8)橋面系施工。圖4為預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿的施工分段示意圖。盡管上面結(jié)合圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種上承式敞肩拱橋，包括主拱圈(I)、拱上腹拱(2)、承臺(tái)(3)、樁基礎(chǔ)(4)，拱上腹拱(2)布置在主拱圈(I)的兩側(cè)，主拱圈(I)的拱腳設(shè)置在承臺(tái)(3)內(nèi)，所述的上承式敞肩拱橋還包括多個(gè)預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿(5)，穿過(guò)每根預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿(5)的預(yù)應(yīng)力鋼絞線(6)的兩端分別錨固在同側(cè)的承臺(tái)(3)內(nèi)，主拱圈(I)、樁基礎(chǔ)(4)及預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿(5)通過(guò)承臺(tái)(3)連接形成整體。
2.一種權(quán)利要求1所述的上承式敞肩拱橋的建造方法，包括設(shè)計(jì)方法和施工方法，其中，設(shè)計(jì)方法為:(1)初步估算:取主拱圈脫離體進(jìn)行分析，不考慮預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿，按照無(wú)鉸拱進(jìn)行計(jì)算，求得拱腳的豎向反力、彎矩及水平推力；(2)樁基礎(chǔ)的尺寸擬定:根據(jù)求得的拱腳豎向反力及彎矩進(jìn)行樁基礎(chǔ)4的設(shè)計(jì)，優(yōu)先考慮單排樁，因彎矩影響單排樁通不過(guò)時(shí)采用雙排樁；(3)預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿5的尺寸擬定:根據(jù)步驟(2)所擬定樁基礎(chǔ)的尺寸，求出其總水平抗拉剛度；根據(jù)預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿的軸向剛度應(yīng)是樁基礎(chǔ)4水平抗推拉剛度的3.5倍及以上的要求，確定預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿的截面尺寸；(4)鋼絞線的尺寸擬定:預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼絞線6的總初張拉力應(yīng)不小于1.45倍的步驟(I)中所計(jì)算的水平推力；鋼絞線的張拉控制應(yīng)力按< 0.7倍的材料標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度；(5)結(jié)構(gòu)整體驗(yàn)算:按步驟(2)、(3)、(4)所擬定的結(jié)構(gòu)各構(gòu)件尺寸，采用有限元梁格模型進(jìn)行驗(yàn)算；主拱圈I按壓彎構(gòu)件要求，預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿按預(yù)應(yīng)力混凝土 A類構(gòu)件控制，樁基礎(chǔ)4的頂部水平位移< 6_及規(guī)范規(guī)定的其他要求；驗(yàn)算結(jié)果不滿足上述要求時(shí)調(diào)整按步驟(2)、(3)、(4)所擬定的結(jié)構(gòu)各構(gòu)件尺寸，重新驗(yàn)算，直到滿足上述要求為止；(6)局部構(gòu)件計(jì)算:取單個(gè)拱上腹拱的脫離體進(jìn)行分析，按單跨無(wú)鉸拱橋進(jìn)行設(shè)計(jì)；側(cè)墻則按擋土的懸臂梁計(jì)算； 施工時(shí)方法為:(I)鉆孔灌注樁施工，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿下方進(jìn)行地基處理；(2)施工承臺(tái)；(3)設(shè)預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿的跨徑為L(zhǎng)，在位于預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿跨徑兩端的兩個(gè)L/4處，設(shè)置兩個(gè)濕接頭作為后澆梁段，長(zhǎng)度均為0.5m，其余位置即為先澆梁段，施工預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿的先澆梁段；(4)搭設(shè)主拱圈施工支架，主拱圈支架的支撐位置應(yīng)避開(kāi)預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿；待預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿先澆梁段混凝土的齡期達(dá)到28天后，在一天中環(huán)境溫度相對(duì)較低的時(shí)候采用微膨混凝土填筑預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿的后澆梁段，待后澆梁段混凝土的齡期達(dá)到10天后，張拉預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿內(nèi)部的后張預(yù)應(yīng)力鋼絞線，并真空灌漿；(5)滿堂支架上綁扎主拱圈鋼筋，澆筑混凝土；(6)滿堂支架上綁扎拱上腹拱內(nèi)鋼筋，澆筑混凝土；(7)施工側(cè)墻，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后，施工填料并壓實(shí)；(8)橋面系施工。
全文摘要
本發(fā)明屬于橋梁技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種上承式敞肩拱橋，包括主拱圈(1)、拱上腹拱(2)、承臺(tái)(3)、樁基礎(chǔ)(4)，拱上腹拱(2)布置在主拱圈(1)的兩側(cè)，主拱圈(1)的拱腳設(shè)置在承臺(tái)(3)內(nèi)，所述的上承式敞肩拱橋還包括多個(gè)預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿(5)，穿過(guò)每根預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿(5)的預(yù)應(yīng)力鋼絞線(6)的兩端分別錨固在同側(cè)的承臺(tái)(3)內(nèi)，主拱圈(1)、樁基礎(chǔ)(4)及預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿(5)通過(guò)承臺(tái)(3)連接形成整體。本發(fā)明同時(shí)提供一種上述橋梁的建造方法。本發(fā)明在施工中預(yù)應(yīng)力混凝土拉壓桿內(nèi)的預(yù)應(yīng)力鋼束可一次張拉到位，無(wú)須預(yù)留施工通道逐級(jí)張拉。
文檔編號(hào)E01D21/00GK103088749SQ20131006582
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月1日
發(fā)明者劉旭鍇, 唐穎, 張強(qiáng), 何銘, 張洪海, 曹景, 劉志才, 戴少雄, 李強(qiáng), 趙傳亮, 趙欣, 喬建剛 申請(qǐng)人:天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院