拱肋面内多点约束及分布式系杆拱桥22

说明书摘要本发明专利公开了一种拱肋面内多点约束及分布式系杆拱桥，主要是通过在拱肋间设置若干与拱肋相连的纵梁，形成抵抗和平衡拱肋在恒、活载作用下水平推力的分布式系杆，通过在纵梁上设置与拱肋底面相连的竖向立柱和斜腹杆，在拱肋面内形成弹性约束支撑体系，从而系统性的增强拱肋的整体刚度、强度及稳定性。在结构受力上，拱肋面内多点约束及分布式系杆拱桥比同跨径拱桥具有更小的跨中拱肋弯矩和拱脚的水平推力，更高的拱肋稳定性，更小的跨中变形；经济上，拱肋面内多点约束及分布式系杆拱桥比同跨径现有拱桥具有更小的拱肋跨中弯矩，也就是使用同样的截面特征的拱肋可以达到现有拱桥达不到的更大跨径，同跨径情况下，采用拱肋面内多点约束及分布式系杆拱桥比现有拱桥可采用更小的截面特性，拱肋面内多点约束及分布式系杆拱桥比同跨径拱桥具有更小的拱脚的水平推力，可以减少基础施工工作量和费用，因此拱肋面内多点约束及分布式系杆拱桥比现有拱桥具有较低的建造成本，而更具经济效益；使用上，拱肋面内多点约束及分布式系杆拱桥比同跨径现有拱桥具有更小的变形，因而提高了行车舒适性。权利人：广西大学、发明人：谢肖礼、王波、郝天之、向桂兵、邓小康、唐冬云说明书摘要1000042010.2权利要求书1000012010.211.拱肋面内多点约束及分布式系杆拱桥，其特征在于：在拱肋(1)下方设置若干纵梁(2)，纵梁(2)跨中设置立柱(3)和斜腹杆(4)与拱肋(1)底面相连，纵梁(2)水平安装。2.根据权利要求1所述的拱肋面内多点约束及分布式系杆拱桥，其特征在于：纵梁(2)为钢桁架或者带预应力体系的钢桁架，纵梁(2)长度与拱肋(1)的跨径比值在0.2~0.5之间，且纵梁(2)梁端和拱肋(1)的连接方式为固接，纵梁(2)的抗弯刚度与拱肋(1)抗弯刚度比值在0.5~1.0之间。3.根据权利要求1所述的拱肋面内多点约束及分布式系杆拱桥，其特征在于：立柱(3)为钢桁架，且立柱(3)与拱肋(1)为铰接，立柱(3)与纵梁(2)为固接，立柱(3)的轴向抗压刚度与拱肋(1)轴向抗压刚度比值在0.25~0.5之间。4.下承式钢（混凝土、钢管混凝土）拱桥、中承式钢（混凝土、钢管混凝土）拱桥、上承式钢（混凝土、钢管混凝土）拱桥的新建工程及加固工程均在本发明的拱结构体系的保护范围之内。5.说明书1000012010.21拱肋面内多点约束及分布式系杆拱桥技术领域本发明专利涉及一种拱肋面内多点约束及分布式系杆拱桥，主要用于新建桥梁及既有拱桥加固。背景技术拱桥指的是在竖直平面内以拱作为结构主要承重构件的桥梁，或是以承受轴向压力为主的拱圈或拱肋作为主要承重构件的桥梁，拱结构由拱圈(拱肋)及其支座组成。拱桥可用砖、石、混凝土等抗压性能良好的材料建造；大跨度拱桥则用钢筋混凝土或钢材建造。拱桥为桥梁基本体系之一，一直是大跨径桥梁的主要形式。以混凝土为主要材料的拱桥在营运过程中，在温度、车辆荷载等荷载作用下，拱肋跨中常会出现横桥向裂缝，少数出现跨中明显下挠变形，承载能力和行车舒适性能力明显下降；目前虽然拱桥最大跨径已达到530m，但当跨度不断增大时，出现的主要技术难题是拱肋跨中弯矩急剧增大，需要更大的拱肋截面；行车过程中跨中拱肋挠度增大，严重影响到行车的舒适性；拱桥水平推力急剧增加，造成基础施工增加费用；现有拱桥跨径增加的同时拱肋结构稳定性不断降低，限制了拱桥向更大跨径发展，这些技术难题抑制了拱桥朝更大跨度的发展。为克服上述问题，急需新的拱桥结构体系，以便一定程度上降底拱桥跨中弯矩、变形和拱脚水平推力，将拱桥向更大跨径推进，并用于改善既有拱桥受力、提供承载能力。发明内容针对现有技术中存在的问题与缺陷,本发明专利提供一种拱肋面内多点约束及分布式系杆拱桥，尤其主要用于新建桥梁及既有拱桥加固。为了实现上述目的，本发明专利采用了以下技术方案：拱肋面内多点约束及分布式系杆拱桥利用纵梁(2)及立柱(3)斜腹杆(4)对拱肋(1)提供多点约束，改善了现有拱桥的传力途径，将拱跨中部分的荷载专递到纵梁(2)上，由纵梁(2)和拱肋(1)共同承载荷载，无形中提供了拱桥的承载能力和刚度；多点约束及分布式系杆的综合采用，相当于一定程度缩小了拱的计算跨径，因此可以较大的降低拱肋跨中弯矩、拱脚水平推力，及提供拱肋的稳定性。面内多点约束及分布式系杆拱桥在旧拱桥或新建拱桥时拱肋(1)下方设置纵梁(2)，为了保证新建或原有拱桥主体结构纵桥向的对称性和受力的明确，纵梁(2)应保持水平，为把拱肋跨中的荷载分摊至纵梁上，纵梁(2)跨上设置立柱(3)与拱肋(1)底部相连；为减轻结构自重、安装方便及减少横桥向的阻风面积，纵梁(2)与立柱(3)均为钢桁架；为最大程度发挥材料力学性能、考虑最近的经济效益，经大量有限元计算分析及工程实践验证，说明书1000012010.22纵梁(2)长度与拱肋(1)的跨径比值在0.2~0.5之间，纵梁(2)的抗弯刚度与拱肋(1)抗弯刚度比值在0.5~1.0之间，立柱(3)的轴向抗压刚度与拱肋(1)轴向抗压刚度比值在0.25~0.5之间；为减少附件弯矩，明确荷载传递路线及简化结构受力，立柱(3)与拱肋（1）为铰接，为充分发挥纵梁承担拱肋(1)的部分弯矩，纵梁(2)梁端和拱肋(1)的连接方式为固接；有必要时可在纵梁内了张拉预应力钢束，以便抵消拱的水平推力及给纵梁(2)一定应力储备。典型的上承式和下承式拱肋面内多点约束及分布式系杆拱桥分别见图1和图2。本发明的优点：1.在结构体系上，充分发挥了拱结构、梁结构、柱体结构组合作用下的抗压、抗弯性能优势，大大提高了各种构件的材料利用率。1.减小了拱肋跨中的控制弯矩。2.减小了荷载作用下的拱肋跨中的最大挠度，提高了行车舒适性。3.减小了拱桥脚的水平推力与弯矩。4.同种拱肋截面情况下，提高了拱桥的跨径。5.提高了拱的稳定性。6.同跨径的拱桥时，拱肋面内多点约束及分布式系杆拱桥具更佳经济效益。附图说明图1拱肋面内多点约束及分布式系杆拱桥(上承式拱桥)立面图；图2拱肋面内多点约束及分布式系杆拱桥(下承式拱桥)立面图；附图标记:1-拱肋；2-纵梁；3-立柱。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明专利进行进一步的说明。实施例：某上构为跨径100.00m钢筋混凝土箱形拱肋，净矢高为11.10m，矢跨比为1/9。下部结构主跨为组合式桥墩、明挖扩大基础，两边跨桥台为浆砌片石埋置式桥台、明挖扩大基础。拱肋抗弯刚度和抗压刚度分别为7.23×1011kN·m2、1.24×108kN·m。采用同跨径的拱肋面内多点约束及分布式系杆拱桥，架设长度为45m、抗弯刚度和抗压刚度分别为7.23×1011kN·m2、1.24×108kN·m的钢桁架作为纵梁，钢桁架纵梁跨中设置抗压刚度为6.22×107kN·m的钢桁架立柱，立柱顶端与拱顶为铰接，纵梁梁端与拱肋均为固接，采用拱肋面内多点约束及分布式系杆拱桥与同跨径现有拱桥受力参数比较见表1。经济性能分析，拱肋面内多点约束及分布式系杆拱桥的工程费用约为同跨径现有拱桥工程建造费用的80%，即现有100m跨径的拱桥工程建造相同的费用，采用拱肋面内多点约束及分布式系杆拱桥可把跨径增加至115m。说明书1000012010.23表1拱肋面内多点约束及分布式系杆拱桥与同跨径现有拱桥受力参数比较参数拱顶弯矩(kN·m)拱脚弯矩(kN·m)拱脚轴力(kN)拱脚水平推力(kN)升温位移(mm)拱顶位移(mm)L/4位移(mm)稳定特征值现有拱桥5158.8-8728.8-3944.33671.58.9812.8713.4117.38本发明3447.1-6694.0-3727.63415.79.299.228.9922.73改善程度33.2%23.3%5.5%7.0%3.5%28.4%33.0%30.8%表1说明：改善程度=100％×︱现有拱桥-本发明︱÷现有拱桥说明书附图1000032010.21图1图2图3