专利名称：一种上承式敞肩拱桥及其建造方法
技术领域：
本发明属于桥梁结构技术领域，尤其涉及一种上承式拱桥结构。
背景技术：
上承式拱桥是一种古老经典的桥型，外形典雅优美，其受力特点是:荷载作用下，拱脚产生水平推力，大大减小了主拱圈的弯矩，适合在地质条件比较好的地区建造。为了减少拱脚水平推力，常采用空腹式拱桥，结构的景观效果较差；少部分拱桥也采用了在主拱圈上布置拱上腹拱的敞肩拱结构，考虑到拱脚变形的影响，拱上腹拱一般均采用两铰拱或三铰拱，结构整体性较差，抗震性能不佳，有待改进。软土地区修建上承式拱桥，抵抗水平推力的传统方法有两种方法:一是采用大体量的基础工程，比如群桩基础、沉井基础、阻滑板、群桩基础+阻滑板组合形式或沉井基础+阻滑板组合形式，此方法造价偏高，且工期较长；二是采用预应力技术平衡水平推力，比如在桥面系中布置体外预应力索，或两拱脚承台之间设置环氧全涂装无粘结钢绞线成品柔性索或平行钢丝索等。总体来看，预应力技术在上承式拱桥中的研究及应用较少，且目前的工程实例及研究成果均采用柔性拉索，其不足之处主要在于:一是耐久性较差，柔性拉索虽然使用了环氧涂装或者双层PE外套等保护措施，但在桥梁全寿命周期内仍然需要更换，更换时为保证足够的施工空间需将台后填土剔除，更换完毕后再回填；二是施工不便，柔性拉索须随着上部结构的施工加载而逐步分级张拉，且为了保证有张拉空间，须保留施工通道直到二期恒载完成。
发明内容
鉴于上述传统实践方法的不足，本发明的目的是提供一种新型上承式敞肩拱桥结构，以改进抵抗水平推力的方法，减少工程造价，降低施工难度并提高结构性能。本发明的技术方案如下:一种上承式敞肩拱桥，包括主拱圈(I)、拱上腹拱(2)、承台(3)、桩基础(4)，拱上腹拱(2)布置在主拱圈(I)的两侧，主拱圈(I)的拱脚设置在承台(3)内，所述的上承式敞肩拱桥还包括多个预应力混凝土拉压杆(5)，穿过每根预应力混凝土拉压杆(5)的预应力钢绞线(6 )的两端分别锚固在同侧的承台(3 )内，主拱圈(I)、桩基础(4)及预应力混凝土拉压杆(5)通过承台(3)连接形成整体。本发明同时提供一种所述的上承式敞肩拱桥的建造方法，其中，设计方法为:(1)初步估算:取主拱圈脱离体进行分析，不考虑预应力混凝土拉压杆，按照无铰拱进行计算，求得拱脚的竖向反力、弯矩及水平推力；(2)桩基础的尺寸拟定:根据求得的拱脚竖向反力及弯矩进行桩基础4的设计，优先考虑单排桩，因弯矩影响单排桩通不过时采用双排桩；(3)预应力混凝土拉压杆5的尺寸拟定:根据步骤(2)所拟定桩基础的尺寸，求出其总水平抗拉刚度；根据预应力混凝土拉压杆的轴向刚度应是桩基础4水平抗推拉刚度的3.5倍及以上的要求，确定预应力混凝土拉压杆的截面尺寸；(4)钢绞线的尺寸拟定:预应力混凝土拉压杆内预应力钢绞线6的总初张拉力应不小于1.45倍的步骤(O中所计算的水平推力；钢绞线的张拉控制应力按< 0.7倍的材料标准强度；(5)结构整体验算:按步骤(2)、(3)、(4)所拟定的结构各构件尺寸，采用有限元梁格模型进行验算；主拱圈I按压弯构件要求，预应力混凝土拉压杆按预应力混凝土 A类构件控制，桩基础4的顶部水平位移< 6_及规范规定的其他要求；验算结果不满足上述要求时调整按步骤(2)、
(3),(4)所拟定的结构各构件尺寸，重新验算，直到满足上述要求为止；(6)局部构件计算:取单个拱上腹拱的脱离体进行分析，按单跨无铰拱桥进行设计；侧墙则按挡土的悬臂梁计笪
ο 施工时方法为:(1)钻孔灌注桩施工，对预应力混凝土拉压杆下方进行地基处理；
(2)施工承台；(3)设预应力混凝土拉压杆的跨径为L，在位于预应力混凝土拉压杆跨径两端的两个L/4处，设置两个湿接头作为后浇梁段，长度均为0.5m,其余位置即为先浇梁段，施工预应力混凝土拉压杆的先浇梁段；(4)搭设主拱圈施工支架，主拱圈支架的支撑位置应避开预应力混凝土拉压杆；待预应力混凝土拉压杆先浇梁段混凝土的龄期达到28天后，在一天中环境温度相对较低的时候采用微膨混凝土填筑预应力混凝土拉压杆的后浇梁段，待后浇梁段混凝土的龄期达到10天后，张拉预应力混凝土拉压杆内部的后张预应力钢绞线，并真空灌浆；(5)满堂支架上绑扎主拱圈钢筋，浇筑混凝土；(6)满堂支架上绑扎拱上腹拱内钢筋，浇筑混凝土；(7)施工侧墙，待混凝土强度达到要求后，施工填料并压实；(8)桥面系施工。与传统技术相比，本发明的有益效果是:(I)预应力混凝土拉压杆为常规的体内有粘结预应力混凝土构件，无特殊防腐问题，与整体结构同寿命周期，实用中无须更换，耐久性好；(2)施工中预应力混凝土拉压杆内的预应力钢束可在承台施工完之后主拱圈落架之前一次张拉到位，无须预留施工通道多次逐级张拉，施工便捷；(3)拱脚抗推拉水平刚度大，是带柔性拉索上承式敞肩拱桥的3.5倍以上，也比无预应力仅布置大体量基础工程的无铰拱大，故拱脚水平位移很小，结构适应超载的能力大；(4)本发明在主拱圈的两侧布置拱上腹拱，既降低了桥梁阻水面积，增大了流水通道，又有效减轻了桥身重量，减少了结构水平推力，节约了材料，且景观效果良好。(5)拱上腹拱采用了无铰拱，结构整体性好，抗震性能优，且简化了施工。(6)本发明采用常规材料常规结构进行组合，施工工序少，造价低、工期短。
图1为本发明一种设置预应力混凝土拉压杆的上承式敞肩拱桥的主视图；图2为图1的左视图；图3为图1的A-A剖面图。图4为预应力混凝土拉压杆的施工分段示意图。图中:I—主拱圈2—拱上腹拱3—承台4—桩基础 5—预应力混凝土拉压杆6—预应力钢绞线
7—预应力混凝土拉压杆的先浇梁段 8—预应力混凝土拉压杆的后浇梁段
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步描述。参见图1至3，本发明为一种在拱脚承台之间设置预应力混凝土拉压杆的上承式敞肩拱桥结构，包括主拱圈1、拱上腹拱2、承台3、桩基础4和预应力混凝土拉压杆5，拱上腹拱2布置在主拱圈I的两侧。此结构由桩基础4及预应力混凝土拉压杆5共同抵抗主拱圈I拱脚位置的水平推力，其中预应力混凝土拉压杆5分担大部分份额。本发明结构设计时可按如下流程进行:(1)初步估算:取主拱圈脱离体进行分析，不考虑预应力混凝土拉压杆5，按照无铰拱进行计算，求得拱脚的竖向反力、弯矩及水平推力；(2)桩基础4的尺寸拟定:根据求得的拱脚竖向反力及弯矩进行桩基础4的设计，优先考虑单排桩，因弯矩影响单排桩通不过时采用双排桩；(3)预应力混凝土拉压杆5的尺寸拟定:根据步骤(2)所拟定桩基础4的尺寸，求出其总水平抗拉刚度；根据预应力混凝土拉压杆5的轴向刚度应是桩基础4水平抗推拉刚度的3.5倍及以上的要求，确定预应力混凝土拉压杆5的截面尺寸；(4)钢绞线6的尺寸拟定:预应力混凝土拉压杆5内预应力钢绞线6的总初张拉力应不小于1.45倍的步骤(I)中所计算的水平推力；钢绞线6的张拉控制应力按< 0.7倍的材料标准强度；(5)结构整体验算:按步骤(2)、(3)、(4)所拟定的结构各构件尺寸，采用有限元梁格模型进行验算；主拱圈I按压弯构件要求，预应力混凝土拉压杆5按预应力混凝土 A类构件控制，桩基础4的顶部水平位移< 6_及规范规定的其他要求；验算结果不满足上述要求时调整按步骤(2)、(3)、(4)所拟定的结构各构件尺寸，重新验算，直到满足上述要求为止；(6)局部构件计算:取单个拱上腹拱2的脱离体进行分析，按单跨无铰拱桥进行设计；侧墙则按挡土的悬臂梁计算。本发明结构施工时可按如下流程进行:(1)钻孔灌注桩施工，对预应力混凝土拉压杆下方进行地基处理；(2)施工承台；(3)设预应力混凝土拉压杆的跨径为L，在位于预应力混凝土拉压杆跨径两端的两个L/4处，设置两个湿接头作为后浇梁段，长度均为0.5m，其余位置即为先浇梁段，施工预应力混凝土拉压杆的先浇梁段；(4)搭设主拱圈施工支架，主拱圈支架的支撑位置应避开预应力混凝土拉压杆；待预应力混凝土拉压杆先浇梁段混凝土的龄期达到28天后，在一天中环境温度相对较低的时候采用微膨混凝土填筑预应力混凝土拉压杆的后浇梁段，待后浇梁段混凝土的龄期达到10天后，张拉预应力混凝土拉压杆内部的后张预应力钢绞线，并真空灌浆；(5)满堂支架上绑扎主拱圈钢筋，浇筑混凝土；(6)满堂支架上绑扎拱上腹拱内钢筋，浇筑混凝土；(7)施工侧墙，待混凝土强度达到要求后，施工填料并压实；(8)桥面系施工。图4为预应力混凝土拉压杆的施工分段示意图。尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
权利要求
1.一种上承式敞肩拱桥，包括主拱圈(I)、拱上腹拱(2)、承台(3)、桩基础(4)，拱上腹拱(2)布置在主拱圈(I)的两侧，主拱圈(I)的拱脚设置在承台(3)内，所述的上承式敞肩拱桥还包括多个预应力混凝土拉压杆(5)，穿过每根预应力混凝土拉压杆(5)的预应力钢绞线(6)的两端分别锚固在同侧的承台(3)内，主拱圈(I)、桩基础(4)及预应力混凝土拉压杆(5)通过承台(3)连接形成整体。
2.一种权利要求1所述的上承式敞肩拱桥的建造方法，包括设计方法和施工方法，其中，设计方法为:(1)初步估算:取主拱圈脱离体进行分析，不考虑预应力混凝土拉压杆，按照无铰拱进行计算，求得拱脚的竖向反力、弯矩及水平推力；(2)桩基础的尺寸拟定:根据求得的拱脚竖向反力及弯矩进行桩基础4的设计，优先考虑单排桩，因弯矩影响单排桩通不过时采用双排桩；(3)预应力混凝土拉压杆5的尺寸拟定:根据步骤(2)所拟定桩基础的尺寸，求出其总水平抗拉刚度；根据预应力混凝土拉压杆的轴向刚度应是桩基础4水平抗推拉刚度的3.5倍及以上的要求，确定预应力混凝土拉压杆的截面尺寸；(4)钢绞线的尺寸拟定:预应力混凝土拉压杆内预应力钢绞线6的总初张拉力应不小于1.45倍的步骤(I)中所计算的水平推力；钢绞线的张拉控制应力按< 0.7倍的材料标准强度；(5)结构整体验算:按步骤(2)、(3)、(4)所拟定的结构各构件尺寸，采用有限元梁格模型进行验算；主拱圈I按压弯构件要求，预应力混凝土拉压杆按预应力混凝土 A类构件控制，桩基础4的顶部水平位移< 6_及规范规定的其他要求；验算结果不满足上述要求时调整按步骤(2)、(3)、(4)所拟定的结构各构件尺寸，重新验算，直到满足上述要求为止；(6)局部构件计算:取单个拱上腹拱的脱离体进行分析，按单跨无铰拱桥进行设计；侧墙则按挡土的悬臂梁计算； 施工时方法为:(I)钻孔灌注桩施工，对预应力混凝土拉压杆下方进行地基处理；(2)施工承台；(3)设预应力混凝土拉压杆的跨径为L，在位于预应力混凝土拉压杆跨径两端的两个L/4处，设置两个湿接头作为后浇梁段，长度均为0.5m，其余位置即为先浇梁段，施工预应力混凝土拉压杆的先浇梁段；(4)搭设主拱圈施工支架，主拱圈支架的支撑位置应避开预应力混凝土拉压杆；待预应力混凝土拉压杆先浇梁段混凝土的龄期达到28天后，在一天中环境温度相对较低的时候采用微膨混凝土填筑预应力混凝土拉压杆的后浇梁段，待后浇梁段混凝土的龄期达到10天后，张拉预应力混凝土拉压杆内部的后张预应力钢绞线，并真空灌浆；(5)满堂支架上绑扎主拱圈钢筋，浇筑混凝土；(6)满堂支架上绑扎拱上腹拱内钢筋，浇筑混凝土；(7)施工侧墙，待混凝土强度达到要求后，施工填料并压实；(8)桥面系施工。
全文摘要
本发明属于桥梁技术领域，涉及一种上承式敞肩拱桥，包括主拱圈(1)、拱上腹拱(2)、承台(3)、桩基础(4)，拱上腹拱(2)布置在主拱圈(1)的两侧，主拱圈(1)的拱脚设置在承台(3)内，所述的上承式敞肩拱桥还包括多个预应力混凝土拉压杆(5)，穿过每根预应力混凝土拉压杆(5)的预应力钢绞线(6)的两端分别锚固在同侧的承台(3)内，主拱圈(1)、桩基础(4)及预应力混凝土拉压杆(5)通过承台(3)连接形成整体。本发明同时提供一种上述桥梁的建造方法。本发明在施工中预应力混凝土拉压杆内的预应力钢束可一次张拉到位，无须预留施工通道逐级张拉。
文档编号E01D21/00GK103088749SQ20131006582
公开日2013年5月8日 申请日期2013年3月1日 优先权日2013年3月1日
发明者刘旭锴, 唐颖, 张强, 何铭, 张洪海, 曹景, 刘志才, 戴少雄, 李强, 赵传亮, 赵欣, 乔建刚 申请人:天津市市政工程设计研究院