本發(fā)明涉及橋梁結構拱橋技術領域，具體涉及一種竹節(jié)形鋼管桁式折線拱橋。

背景技術：

拱橋是所有橋梁體系中變化最多的結構，其結構形式千姿百態(tài)。按拱的形狀可分為圓弧拱、拋物線拱、懸鏈線拱、折線拱等；按橋面與拱肋的相對位置可分為上承式拱橋、中承式拱橋、下承式拱橋；按拱肋的截面形式可分為板式拱、肋拱、箱形拱、桁架拱、剛架拱；按受力可分為有推力和無推力體系拱橋、簡單體系拱橋、組合體系拱橋等。拱橋的受力特點是，將豎向荷載產(chǎn)生的軸力由拱頂向拱腳傳遞，轉變?yōu)楣澳_處的豎向力和水平推力。推力的存在與否是區(qū)別拱和梁的主要標志，凡是豎向荷載作用下能產(chǎn)生水平推力的結構都可稱為拱式結構。

中國古代有修建木拱橋和石拱橋的悠久歷史，河北省趙縣的趙州橋為現(xiàn)今世界上尚存的跨徑最大的古代石拱橋，在我國浙江、福建等地仍保存有一些明清時期修建的木拱橋，如福建屏南的千乘橋。

在我國古代木拱橋建橋史上，有一種西方?jīng)]有而中國所獨有的木拱橋型式—貫木拱橋，也稱“虹橋”。由于受木材承載能力較小以及天然木料的截面尺寸不大等條件限制，古代貫木拱橋的跨度一般不大于40m。另外受制于古代建橋材料的局限性，貫木拱橋一般采用上承式結構，無法采用中承式或下承式結構。

因此，折線拱橋要滿足現(xiàn)代橋梁的交通通行功能、景觀功能，符合技術先進、安全可靠、適用耐久、經(jīng)濟合理的要求，需要克服以下幾方面的問題：

1、古代貫木拱橋受材料限制一般采用上承式結構，而城市一般建于地勢相對平坦的地方，現(xiàn)代城市橋梁采用的拱橋大多為中承式或下承式結構，因此需要解決新橋型對于中承式或下承式結構的適應性問題。

2、折線拱在房屋建筑的屋頂結構或輸水結構的渡槽上有過應用，但是在公路或鐵路橋梁上應用極少。拱橋的軸線一般是曲線，折線拱以直代曲，在外荷載作用下折線拱的部分截面可能產(chǎn)生較大的彎矩，因此需要解決新橋型的整體受力合理性問題。

3、古代貫木拱橋為木結構，其桿件與桿件之間的連接通過鐵釘或木榫進行連接，現(xiàn)代鋼結構橋梁通過焊接連接，因此需要對原有貫木拱橋的內(nèi)部約束體系進行重構。

4、受木材承載能力較小以及天然木料的截面尺寸不大等條件限制，貫木拱橋的跨度一般不大于40m，現(xiàn)代城市橋梁跨越道路、河流需要更大的跨越能力，因此需要增大橋梁結構的跨越能力。

5、木結構拱橋一般不存在局部穩(wěn)定問題，如采用鋼結構則存在局部受壓的穩(wěn)定性問題。因此需要解決局部傳力和局部穩(wěn)定性問題。

6、古代貫木拱橋均為有推力拱結構，現(xiàn)代橋梁受場地限制經(jīng)常需要在地基承載力不高的地方修建大跨度橋梁，因此需要對貫木拱橋的傳力路徑進行重構，將其改進為無推力或小推力的拱式結構。

7、近年來隨著我國大規(guī)模交通基礎設施建設的開展，尤其是城市橋梁的建設，對橋梁的景觀功能提出了更高要求，因此需要解決將木結構改為鋼結構后與自然景觀的融合性問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的不足之處，而提供一種竹節(jié)形鋼管桁式折線拱橋。它是一種模擬天然竹節(jié)外形、與大自然融為一體、結構體系受力合理的大跨度竹節(jié)形鋼管桁式折線拱橋橋型。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種竹節(jié)形鋼管桁式折線拱橋，其特征在于：包括梁部結構、位于在梁部結構兩側的兩個主拱肋和用于支撐梁部結構和主拱肋的下部結構，所述主拱肋由三折線拱和四折線拱焊接形成，所述三折線拱包括水平設置的三折線拱第二鋼管、位于三折線第二鋼管兩頭呈“八”字形布置的三折線拱第一鋼管和三折線拱第三鋼管，所述三折線拱第一鋼管、三折線拱第二鋼管和三折線拱第三鋼管依次首尾呈鈍角交叉相貫焊接形成三折線拱，所述四折線拱由四折線拱第一鋼管、四折線拱第二鋼管、四折線拱第三鋼管和四折線拱第四鋼管依次首尾呈鈍角交叉相貫焊接形成，所述三折線拱和四折線拱的兩側穿過梁部結構上相對應的開孔且三折線拱和四折線拱的兩端拱腳支撐在下部結構上，所述主拱肋上靠近梁部結構的一側鋼管上掛設有若干個豎直布置的鋼絲索吊桿，所述鋼絲索吊桿的另一端連接梁部結構。

進一步地，所述三折線拱和四折線拱的跨度相同，所述三折線拱第一鋼管和三折線拱第三鋼管對稱設置在三折線拱第二鋼管的兩側，所述四折線拱第二鋼管和四折線拱第三鋼管對稱布置，所述四折線拱第一鋼管和四折線拱第四鋼管對稱布置，所述三折線拱和四折線拱的豎直中心線重合，所述三折線拱和四折線拱相貫焊接。

進一步地，所述三折線拱和四折線拱交叉形成環(huán)向布置的五個三角形結構，四折線拱第一鋼管和四折線拱第二鋼管位于三折線拱第一鋼管的兩側，三折線拱第一鋼管和三折線拱第二鋼管位于四折線拱第二鋼管的兩側，四折線拱第二鋼管和四折線拱第三鋼管位于三折線拱第二鋼管的兩側，三折線拱第二鋼管和三折線拱第三鋼管位于四折線拱第三鋼管的兩側，四折線拱第三鋼管和四折線拱第四鋼管位于三折線拱第三鋼管的兩側，五個所述三角形結構內(nèi)的三折線拱和四折線拱的鋼管之間焊接有桁架式輔助鋼管，所述桁架式輔助鋼管沿縱向依次呈豎直和斜向交錯布置形成N形桁架結構。

進一步地，所述鋼絲索吊桿設置在豎直布置的桁架式輔助鋼管處。

進一步地，兩個所述主拱肋之間焊接有若干個水平設置的鋼管橫撐。

進一步地，所述鋼管橫撐位于三折線拱和四折線拱的鋼管交叉處。

進一步地，所述梁部結構包括鋼箱系梁、鋼橫梁、鋼縱梁和正交異性鋼橋面板，所述鋼箱系梁沿全橋兩側橫向設置，兩個所述鋼箱系梁之間橫向間隔布置有若干個鋼橫梁，兩個所述鋼箱系梁之間縱向間隔布置有若干個鋼縱梁，所述鋼橫梁和鋼縱梁交叉焊接，所述鋼箱系梁、鋼橫梁和鋼縱梁上緣對齊，所述正交異性鋼橋面板鋪設在鋼箱系梁、鋼橫梁和鋼縱梁上，兩個所述鋼箱系梁的外側均焊接有鋼結構挑臂。

進一步地，所述下部結構包括梯形混凝土拱座、矩形的混凝土承臺及插入地底的樁基礎，所述三折線拱和四折線拱的兩端拱腳固定在混凝土拱座上，所述三折線拱和四折線拱與梁部結構的開孔處相焊接。

進一步地，所述混凝土拱座的兩側斜向上設置有鋼管混凝土斜腿且鋼管混凝土斜腿的端部埋入混凝土拱座內(nèi)，所述鋼管混凝土斜腿與梁部結構焊接，所述混凝土拱座上豎直設置有兩個并排設置的鋼管立柱且鋼管立柱的端部埋入混凝土拱座內(nèi)，所述鋼管立柱與梁部結構之間設置有鋼管立柱支座，所述位于梁部結構兩側的兩個對應鋼管立柱之間焊接有水平設置的鋼管橫撐。

進一步地，所述主拱肋的鋼管交叉焊接處和主拱肋的鋼管連接鋼絲索吊桿的位置處均設有環(huán)向加勁板，所述環(huán)向加勁板位于鋼管內(nèi)。

進一步地，所述折線拱橋所采用鋼管的外壁上均等間距設置有竹節(jié)標志。

進一步地，所述三折線拱第一鋼管、三折線拱第二鋼管和三折線拱第三鋼管長度比例關系為11:20:11，三折線拱第一鋼管與三折線拱第二鋼管的夾角為134°，三折線拱第二鋼管與三折線拱第三鋼管的夾角為134°，四折線拱第一鋼管、四折線拱第二鋼管、四折線拱第三鋼管和四折線拱第四鋼管的長度比例關系為5:17:17:5，四折線拱第一鋼管與四折線拱第二鋼管的夾角為132°，四折線拱第三鋼管和四折線拱第四鋼管的夾角為132°，四折線拱第二鋼管和四折線拱第三鋼管的夾角為141°。

本發(fā)明具有的優(yōu)點如下：所設計的竹節(jié)形鋼管桁式折線拱橋將三折線拱和四折線拱的疊拼形成主拱肋，并通過設置桁架式輔助鋼管改善主拱肋的受力，創(chuàng)造了一種新的拱式橋型。它將該結構體系的跨度加大為適應跨度200m左右的大跨度拱橋，創(chuàng)造了一種新的拱式橋型--竹節(jié)形鋼管桁式折線拱橋。

其次，所設計的竹節(jié)形鋼管桁式折線拱橋將古代上承式貫木拱橋結構改造為中承式結構體系，其高聳巨大的折線形拱結構宏偉壯觀、造型優(yōu)美，能夠形成巨大的視覺沖擊，易于形成標志性景觀建筑，可以在景觀要求較高的城市橋梁中廣泛應用。

再次，所設計的竹節(jié)形鋼管桁式折線拱橋通過設置鋼管混凝土斜腿，將古代貫木拱橋由有推力結構改造為無推力或小推力拱結構，使該橋型結構可以在地基承載力不高的地區(qū)應用。

此外，所設計的竹節(jié)形鋼管桁式折線拱橋在鋼管上每間隔一定距離局部加焊一對截面分別為“(”形和“〈”形的鋼圈形成竹節(jié)，模擬天然竹節(jié)外形，全橋就像由一根一根綠色的翠竹拼接而成，使得該新型橋型與大自然融為一體。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構示意圖。

圖2為圖1的俯視結構示意圖。

圖3為三折線拱的結構示意圖。

圖4為四折線拱的結構示意圖。

圖5為主拱肋的結構示意圖。

圖6為圖1的A-A剖視圖。

圖7為圖1的B-B剖視圖。

圖8為圖1的E-E剖視圖。

圖9為竹節(jié)形鋼管的結構示意圖。

圖10為圖9的剖視結構示意圖。

圖中，1-三折線拱第一鋼管，2-三折線拱第二鋼管，3-三折線拱第三鋼管，4-四折線拱第一鋼管，5-四折線拱第二鋼管，6-四折線拱第三鋼管，7-四折線拱第四鋼管，8-桁架式輔助鋼管，9-鋼絲索吊桿，10-鋼箱系梁，11-鋼管混凝土斜腿，12-鋼管立柱，13-混凝土拱座，14-混凝土承臺，15-樁基礎，16-邊墩，17-鋼管橫撐，18-鋼橫梁，19-鋼縱梁，20-正交異性鋼橋面板，21-鋼結構挑臂，22-環(huán)向加勁板，23-第一彎折鋼圈，24-第二彎折鋼圈，25-鋼管立柱支座，26-鋼絞線柔性系桿索，27-三折線拱，28-四折線拱，29-主拱肋，30-梁部結構，31-下部結構。

具體實施方式

下面結合附圖詳細說明本發(fā)明的實施情況，但它并不構成對本發(fā)明的限定，僅做舉例而已。同時通過說明，本發(fā)明的優(yōu)點將變得更加清楚和容易理解。

如圖1至圖5所示：一種竹節(jié)形鋼管桁式折線拱橋，其特征在于：包括梁部結構30、位于在梁部結構30兩側的兩個主拱肋29和用于支撐梁部結構30和主拱肋29的下部結構31，所述主拱肋29由三折線拱27和四折線拱28焊接形成，所述三折線拱27包括水平設置的三折線拱第二鋼管2、位于三折線第二鋼管2兩頭呈“八”字形布置的三折線拱第一鋼管1和三折線拱第三鋼管3，所述三折線拱第一鋼管1、三折線拱第二鋼管2和三折線拱第三鋼管3依次首尾呈鈍角交叉相貫焊接形成三折線拱27，所述四折線拱28由四折線拱第一鋼管4、四折線拱第二鋼管5、四折線拱第三鋼管6和四折線拱第四鋼管7依次首尾呈鈍角交叉相貫焊接形成，所述三折線拱27和四折線拱28的兩側穿過梁部結構30上相對應的開孔且三折線拱27和四折線拱28的兩端拱腳支撐在下部結構31上，所述主拱肋29上靠近梁部結構30的一側鋼管上掛設有若干個豎直布置的鋼絲索吊桿9，所述鋼絲索吊桿9的另一端連接梁部結構30。在本實施例中，所述三折線拱27和四折線拱28的跨度相同，所述三折線拱第一鋼管1和三折線拱第三鋼管3對稱設置在三折線拱第二鋼管2的兩側，所述四折線拱第二鋼管5和四折線拱第三鋼管6對稱布置，所述四折線拱第一鋼管4和四折線拱第四鋼管7對稱布置，所述三折線拱27和四折線拱28的豎直中心線重合，所述三折線拱27和四折線拱28相貫焊接。

如圖2所示，兩個所述主拱肋29之間焊接有若干個水平設置的鋼管橫撐17。其中，所述鋼管橫撐17位于三折線拱27和四折線拱28的鋼管交叉處。在實際應用中，鋼管橫撐17根據(jù)橋梁穩(wěn)定性要求，調(diào)整設置數(shù)量。

如圖3、圖4、圖5所示，三折線拱第一鋼管1、三折線拱第二鋼管2和三折線拱第三鋼管3長度比例關系為11:20:11，三折線拱第一鋼管1與三折線拱第二鋼管2的夾角為134°，三折線拱第二鋼管2與三折線拱第三鋼管3的夾角為134°，四折線拱第一鋼管4、四折線拱第二鋼管5、四折線拱第三鋼管6和四折線拱第四鋼管7的長度比例關系為5:17:17:5，四折線拱第一鋼管4與四折線拱第二鋼管5的夾角為132°，四折線拱第三鋼管6和四折線拱第四鋼管7的夾角為132°，四折線拱第二鋼管5和四折線拱第三鋼管6的夾角為141°。

如圖1、圖5所示，所述三折線拱27和四折線拱28交叉形成環(huán)向布置的五個三角形結構，四折線拱第一鋼管4和四折線拱第二鋼管5位于三折線拱第一鋼管1的兩側，三折線拱第一鋼管1和三折線拱第二鋼管2位于四折線拱第二鋼管5的兩側，四折線拱第二鋼管5和四折線拱第三鋼管6位于三折線拱第二鋼管2的兩側，三折線拱第二鋼管2和三折線拱第三鋼管3位于四折線拱第三鋼管6的兩側，四折線拱第三鋼管6和四折線拱第四鋼管7位于三折線拱第三鋼管3的兩側，五個所述三角形結構內(nèi)的三折線拱27和四折線拱28的鋼管之間焊接有桁架式輔助鋼管8，所述桁架式輔助鋼管8沿縱向依次呈豎直和斜向交錯布置形成N形桁架結構。所述鋼絲索吊桿9設置在豎直布置的桁架式輔助鋼管8處。桁架式輔助鋼管8根據(jù)靜定結構體系的受力需要斜向布置，形成N形桁架結構。

如圖6、圖8所示，所述主拱肋29的鋼管交叉焊接處和主拱肋29的鋼管連接鋼絲索吊桿9的位置處均設有環(huán)向加勁板22，所述環(huán)向加勁板22位于鋼管內(nèi)。環(huán)向加勁板22保證鋼管的局部受力滿足要求。

如圖6、圖7、圖8所示，所述梁部結構30包括鋼箱系梁10、鋼橫梁18、鋼縱梁19和正交異性鋼橋面板20，所述鋼箱系梁10沿全橋兩側橫向設置，兩個所述鋼箱系梁10之間橫向間隔布置有若干個鋼橫梁18，鋼橫梁18采用倒“T”形截面焊接鋼結構，兩個所述鋼箱系梁10之間縱向間隔布置有若干個鋼縱梁19，鋼縱梁19采用較小的倒“T”形截面焊接鋼結構。所述鋼橫梁18和鋼縱梁19交叉焊接，所述鋼箱系梁10、鋼橫梁18和鋼縱梁19上緣對齊，所述正交異性鋼橋面板20鋪設在鋼箱系梁10、鋼橫梁18和鋼縱梁19上，兩個所述鋼箱系梁10的外側均焊接有鋼結構挑臂21。

如圖1、圖7所示，所述下部結構31包括梯形混凝土拱座13、矩形的混凝土承臺14及插入地底的樁基礎15，所述三折線拱27和四折線拱28的兩端拱腳固定在混凝土拱座13上，所述三折線拱27和四折線拱28與梁部結構30的開孔處相焊接。所述混凝土拱座13的兩側斜向上設置有鋼管混凝土斜腿11且鋼管混凝土斜腿11的端部埋入混凝土拱座13內(nèi)，所述鋼管混凝土斜腿11與梁部結構30焊接，所述混凝土拱座13上豎直設置有兩個并排設置的鋼管立柱12且鋼管立柱12的端部埋入混凝土拱座13內(nèi)，所述鋼管立柱12與梁部結構30之間設置有鋼管立柱支座25。所述位于梁部結構30兩側的兩個對應鋼管立柱12之間焊接有水平設置的鋼管橫撐17。在本實施例中，所述鋼箱系梁10內(nèi)間隔設置有若干條鋼絞線柔性系桿索26，所述梁部結構30下還設置有邊墩16。在本實施例中，鋼管混凝土斜腿11的設立是為了確保本折線拱橋在地基承載力不高地區(qū)的適應能力，需要減小外荷載作用下基礎的水平推力。在兩個邊跨的鋼管混凝土斜腿11上端與梁部結構30剛性焊接部位張拉鋼絞線柔性系桿索26，通過鋼管混凝土斜腿11將此指向跨中的力傳遞給梁部結構30，即可有效平衡主拱肋29傳至梁部結構30的水平推力指向邊跨，減小外荷載作用下基礎受到的水平推力。為了減小鋼管混凝土斜腿11上方的梁部結構30所受的彎矩，混凝土拱座13上豎直設置有兩個相互平行的鋼管立柱12支撐上方的梁部結構30，鋼管立柱12下端插入混凝土拱座13內(nèi)，通過剪力鍵的連接與混凝土拱座13形成剛性連接，鋼管混凝土斜腿11與鋼管立柱12下端剛性焊接成一體。

如圖9、圖10所示，所述折線拱橋所采用鋼管的外壁上均等間距設置有竹節(jié)標志。第一彎折鋼圈23和第二彎折鋼圈24形成一個竹節(jié)標志，所述第一彎折鋼圈23呈“〈”形，所述第二彎折鋼圈24呈“(”形，第二彎折鋼圈24的彎折處弧形過渡，鋼管外壁涂刷有翠綠色涂料，第一彎折鋼圈23、第二彎折鋼圈24、第一彎折鋼圈23和第二彎折鋼圈24之間的鋼管外壁涂刷有黑色涂料。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，應當指出，任何熟悉本領域的技術人員在本發(fā)明所揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。其它未經(jīng)詳細描述的內(nèi)容屬于本領域技術人員公知的現(xiàn)有技術。