本發(fā)明屬于土木工程、橋梁工程技術領域，具體涉及一種懸索-拱協(xié)作體系橋梁，特別涉及一種等跨自錨式懸索-拱梁協(xié)作體系橋梁。

背景技術：

橋梁除了提供跨越功能外，往往還會以其獨特的造型而成為一個地區(qū)的標志景觀，在眾多橋梁結構形式中，尤以懸索橋和拱橋曲線造型最為美觀，因此，懸索橋和拱橋就成為了橋梁選型時極具競爭力的方案。

懸索橋中的自錨式懸索橋是一種特殊的纜索承重橋型，不同于傳統(tǒng)地錨式懸索橋，該橋型取消了巨大昂貴的錨碇，將主纜直接錨固在主梁上，形成了自平衡體系，既節(jié)省了錨碇的費用，還使該橋型對橋址地質條件放寬，在軟土地區(qū)同樣適用，受到工程界的青睞。其主要由橋塔、主梁、主纜、吊桿組成。該橋用懸掛在橋塔上的強大主纜作為主要承重結構，橋上的豎向荷載通過吊桿使主纜承受很大的拉力，主纜錨固于主梁兩端，主纜拉力在主梁兩端的水平分力會給主梁施加巨大的軸壓力，整個結構形成一個自平衡體系。在小跨徑時，主纜給主梁施加的軸向分力可以作為預應力來改善主梁的受力，但隨著跨徑的增大，以及主塔高度的限制，主梁受到的軸壓力會大幅增大，成為了主梁截面設計時的主要控制因素，尤其對于鋼加勁梁體系，局部穩(wěn)定問題就會顯得尤為突出，而且由于壓力存在而增加的截面尺寸會引起主梁自重的進一步增大，主纜索力也相應提高，主梁軸壓力進一步增大，說明靠增大截面尺寸改善主梁軸壓力過大的方案是不夠合理經濟的。受主梁軸壓力的限制，自錨式懸索橋的合理跨徑在100～600m范圍內。其次，自錨式懸索橋的主梁在長期軸壓力作用下徐變效應明顯，而自錨式懸索橋對梁、索、塔任意參數(shù)的改變及線型變化非常敏感，徐變效應的計算精度要求很高。

拱橋是最古老的橋梁結構體系之一，跨越能力大，美觀輕巧，應用廣泛。以下承式有推力拱橋為例，其由拱肋、吊桿、橋面系組成，受力特點是：一、在豎向荷載下拱腳處會產生水平推力來抵抗彎矩；二、在特定合理拱軸線下，拱截面主要受壓，因此可以采用抗壓性能好、抗拉性能較差的圬工材料。因拱腳的推力對地基的要求高，在地質條件較差的地區(qū)，一般采用無推力拱橋，如拱梁組合橋等。拱梁組合橋的拱肋和加勁縱梁在拱腳處連接，拱腳的推力由縱梁承擔，縱梁受拉，整個結構形成自平衡體系。拱梁組合橋隨著跨徑的增大，拱內的壓力增大，穩(wěn)定性問題顯現(xiàn)，且主梁拉力過大，預應力筋增多，布置較難，因此其合理跨徑范圍限制在400m以內。

為了提升橋梁跨越能力，改善橋梁受力狀態(tài)，國內外提出了多種協(xié)作體系橋梁形式，如斜拉-懸索協(xié)作體系、矮塔斜拉橋-懸索協(xié)作體系、斜拉-拱協(xié)作體系等，這些協(xié)作體系橋梁綜合不同橋梁結構形式的優(yōu)點，改善了原有單一結構形式受力的弊端，使橋梁體系受力更合理，也為橋梁選型提供了新的思路。

針對跨徑增大帶來的自錨式懸索橋主梁壓力過大、拱梁組合橋縱梁拉力過大的問題，目前還沒有很好的解決思路，試將這兩種體系組合起來，梁受到的壓力和拉力就能互相抵消，但這一自錨式懸索橋和拱之間的協(xié)作體系還未見相關研究。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于減小自錨式懸索橋以及拱梁組合橋主梁的軸力，提高主梁承載能力，減小主梁截面，進一步增大兩種體系的跨徑范圍，并提供一種實現(xiàn)自平衡的一種等跨自錨式懸索-拱梁協(xié)作體系橋梁。

為達到以上目的，本發(fā)明采用的解決方案是：綜合等跨自錨式懸索橋和拱梁組合橋的主梁受力特點，將等跨自錨式懸索橋和拱梁組合橋這兩種結構形式組合起來，形成等跨自錨式懸索-拱梁協(xié)作體系橋梁形式，使主梁在兩種單一結構形式中受到的壓力和拉力相互抵消，自相平衡，減小主梁軸力。從而既能增大主梁的承載能力，使跨度進一步提高，還能縮小主梁截面尺寸，節(jié)省材料。此外，因協(xié)作體系中主纜和拱共同承擔主梁自重和橋面荷載，橋塔以及拱肋中的壓力會小于單一結構體系時的受力，構件穩(wěn)定性增強，截面尺寸也可進一步減小。此外，懸索-拱協(xié)作體系仍保有原單一結構的自平衡體系的優(yōu)勢，對橋梁地基條件仍具有廣適應性。

本發(fā)明提出的一種等跨自錨式懸索-拱梁協(xié)作體系橋梁，由主梁1、懸索吊桿2、拱吊桿3、主纜4、拱肋5、橋塔6和邊墩7組成，其中：所述主纜4和所述拱肋5分別對稱布置于所述主梁1的橫橋向上方，所述主梁1由沿橋縱向分布的懸索吊桿2與主纜4相連接，同時，所述主梁1由沿橋縱向分布的拱吊桿3與拱肋5相連接，通過主纜4和拱肋5共同形成對主梁1的彈性支撐；所述主纜4中部跨過橋塔6頂部，其兩端分別錨固于主梁1兩端，給主梁１施加了軸向壓力，同時，所述拱肋5和所述主梁1兩端剛接，給主梁１施加了軸向拉力，主梁1中拉壓相互平衡；所述主梁１底部四周通過邊墩7支撐。

本發(fā)明中，懸索吊桿2豎直方向與所述主纜3相接處用索夾固定，所述拱吊桿3一端豎向錨固在所述拱肋５上，各吊桿力根據實際情況進行設計，吊桿的材料、形狀及截面尺寸根據需要設計。

本發(fā)明中，主梁1在縱橋向等跨布置，所述主纜4和拱肋5在橫橋向可根據需要在同一平面或不同平面，當主纜4和拱肋5位于不同平面時，主纜4和拱肋5需在橫橋向分別對稱布置，布置形式和數(shù)量可根據需要設計，若橫向布置多片拱肋5，相鄰的拱肋5橫向之間設置風撐8，當主纜4和拱肋5位于同一平面時，連接主纜4和主梁1的懸索吊桿2與連接拱肋5與主梁1的拱吊桿3可以合并。

本發(fā)明中，主梁1、拱肋5、橋塔6和風撐8的材料、形式和截面可按需設計。

本發(fā)明中，所述協(xié)作體系橋梁不限于單塔對稱形式，可以任意跨組合，形成多塔多跨形式。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1)通過同時將自錨式懸索橋的主纜和拱梁組合橋的拱肋與主梁相連，用拱梁組合橋中拱推力引起的主梁拉力來平衡自錨式懸索橋中主纜施加給主梁的壓力，減小自錨式懸索橋主梁軸壓力，甚至完全抵消主梁的軸力，可減小主梁設計截面，節(jié)省建造材料，同時也解決了自錨式懸索橋跨徑增大帶來的加勁梁受壓穩(wěn)定問題，可以使自錨式懸索橋的跨徑進一步得到提高。

2)主梁的自重以及橋面荷載由自錨式懸索橋和拱共同分擔，每個構件的受力都比單一體系時的受力減小，構件的截面也可相應減小，而且橋塔、拱肋中的壓力減小有利于結構的穩(wěn)定性。

3)自錨式懸索橋和拱梁組合橋的協(xié)作體系仍然是自平衡體系，可以適應各種場地地基條件，而且對于結構的抗震性能是非常有利的。

4)兩種體系結合后，協(xié)作體系的整體剛度大大提高，有利于抗風穩(wěn)定性。

總之，本發(fā)明結構體系受力合理，主梁自重輕，跨越能力強，穩(wěn)定性好，抗震、抗風性能優(yōu)異，是大、中跨徑橋梁的又一良好結構形式。

附圖說明

圖1自錨式懸索-拱梁協(xié)作體系橋梁主視圖；

圖2自錨式懸索-拱梁協(xié)作體系橋梁軸視圖；

圖中標號：1.主梁，2.懸索吊桿，3.拱吊桿，4.主纜，5.拱肋，6.橋塔，7.邊墩，8.風撐。

具體實施方式

為了使專利局的審查員尤其是公眾能夠更加清楚地理解本發(fā)明的技術實質和有益效果，申請人將在下面以實施例的方式結合附圖作詳細說明，但是對實施例的描述均不是對本發(fā)明方案的限制，任何依據本發(fā)明構思所做出的僅僅為形式上的而非實質性的等效變換都應視為本發(fā)明的范疇。

實施例1：請見圖1，本結構體系為雙塔雙索面的自錨式懸索橋和單拱肋拱梁組合橋的結合，由主梁1、懸索吊桿2、拱吊桿3、主纜4、拱肋5、橋塔6、邊墩7、風撐8組成。所述主梁1為鋼加勁梁，截面為箱形，在圖1中簡化表示為矩形。所述橋塔6為變截面的方形獨柱式混凝土橋塔，截面由上到下逐漸加大，符合橋塔的受力特點。所述橋塔6位于所述主梁1的正中間，保證所述橋塔6兩側的所述主梁1等跨徑，所述橋塔6與所述主梁1相交處并未與所述主梁1相連，使所述主梁1全漂浮。所述主纜4由所述橋塔6撐起，架于所述主梁1橫橋向中間的上方，并由沿橋縱向分布的所述懸索吊桿2與所述主梁1相連，其兩端錨固在所述主梁1端部。所述拱肋5為鋼管混凝土矩形拱肋，本例采用雙拱肋，兩片拱肋分別位于所述主梁1橫橋向兩側的上方，并由沿橋縱向分布的所述拱吊桿3與所述主梁1相連，其拱腳位置處和所述主梁1兩端剛接，兩拱肋5間設置所述風撐8以保障拱肋的側向穩(wěn)定性。除了所述主纜4以及所述拱肋5對所述主梁1形成共同的彈性支撐外，所述主梁1還由支撐在整個體系兩端的所述邊墩7支撐。所述懸索吊桿2豎直方向與所述主纜3相接處用索夾固定，所述拱吊桿3豎向錨固在所述拱肋5上，通過控制各吊桿力的大小可以調整主纜4與拱肋5各自承擔主梁1自重的比例，從而調整橋塔6和拱肋5的受力，懸索吊桿2和拱吊桿3的拉力大小可根據主要承重構件的受力需要進行設計，在吊桿間距、材料、形狀確定的情況下進一步設計吊桿的截面尺寸。所述主纜4、風撐8的材料、形式和截面可按需設計。

施工時，先施工所述橋塔6，同時施工邊墩7，然后以橋塔為支點用臨時纜索從中間向兩邊懸吊拼裝拱肋5，待拱肋5拼裝連接好，先用臨時拉桿連接拱肋的兩拱腳，以此平衡拱肋在自重作用下產生的拱腳水平推力，然后在架設好的拱肋5上安裝所述拱吊桿3，用拱吊桿3吊裝拼接主梁1，同時將主梁1兩端支撐在邊墩7上，待主梁1架設好后，將拱肋5兩端拱腳和主梁1剛接，張拉吊桿，拆除部分臨時拉桿，至此，拱梁組合橋體系施工完成，主梁1的重力由拱肋和邊墩承擔，拱肋5受壓，主梁1受拉；之后架設主纜4，并將主纜4兩端錨固在施工好的主梁1兩端，安裝懸索吊桿2，將其一端用索夾和主纜4連接，另一端錨固在主梁上，至此，自錨式懸索橋體系施工完成，主梁1的部分重力轉而由主纜4承擔，主纜4受拉，主梁1中拉力減小；最后是體系轉換，拆除拱的剩余臨時拉桿以及吊裝拱肋5用的臨時纜索，調整懸索吊桿2、拱吊桿3的吊桿力，使橋塔6和拱肋5的受力更加合理，且保證結構自重下主梁1中軸力最小。

本實施例用拱梁組合橋中拱腳推力引起的主梁1拉力來平衡自錨式懸索橋中主纜4施加給主梁1的壓力，減小自錨式懸索橋主梁1軸壓力，甚至完全抵消主梁1的軸力，可減小主梁1設計截面，節(jié)省建造材料，同時也解決了自錨式懸索橋跨徑增大帶來的加勁梁受壓穩(wěn)定問題，可以使自錨式懸索橋的跨徑進一步得到提高。主梁1的自重以及橋面荷載由自錨式懸索橋和拱共同分擔，每個構件的受力都比單一體系時的受力減小，構件的截面也可相應減小，而且橋塔6、拱肋5中的壓力減小有利于結構的穩(wěn)定性。此外，該橋的施工依托拱肋吊裝拼接主梁，避免了自錨式懸索橋先施工主梁時需要架設滿堂支架的麻煩，還用橋塔提供支點實現(xiàn)拱肋的懸吊拼接施工，避免了臨時塔架施工造成的勞動力和施工成本上的浪費，兩種體系相互依托，既簡化了施工過程，又使成橋后結構受力更優(yōu)化，且懸索和拱的結合從側面看猶如雄鷹展翅，氣勢宏偉，是大、中跨徑橋梁的又一良好結構形式。