一种拱梁组合式混凝土连续梁桥结构的制作方法

本发明涉及一种用于土木工程桥梁技术领域，更具体涉及一种拱梁组合式混凝土连续梁桥结构，实现了一种具备更大的跨越能力和更佳经济性的新的连续梁桥梁结构形式。

背景技术：

桥梁是公路、铁路、城市道路和农村道路及水利建设中，为了跨越各种障碍(如河流、或其它结构)的结构物。按结构受力特点划分，桥梁可分为梁、拱、刚架、吊与组合体系。混凝土结构主要采用梁、拱、刚架体系。混凝土连续梁桥是大跨度桥梁的一种基本桥型，与连续刚构桥墩梁固结不同的是，连续梁桥上部结构与桥墩采用固定或活动支座连接，因此与连续刚构桥相比，墩身高度较小，虽然降低了跨越能力，但承载能力得到了大大提高，是中国乃至世界在交通领域应用最广泛的一种大跨度混凝土桥梁结构。

传统的支架法施工预应力混凝土连续梁桥的技术经济适用跨径约在20～60m，悬臂法施工大跨度预应力混凝土连续梁桥的技术经济适用跨径约在80～150m，在跨径超过150m时，易出现跨中下挠、梁体变形、开裂等缺陷，严重影响了桥梁的使用寿命和耐久性，限制了这种桥型的跨越能力。目前，我国有近百座的大跨度混凝土连续梁桥出现了上述结构性缺陷和耐久性问题。总体上看，传统的预应力混凝土连续梁桥的主要不足是：(1)结构承载效率低，跨径大于150m时，易出现开裂、下挠问题，技术风险增大，结构的安全性和耐久性劣化，工程经济性急剧恶化；(2)上部结构自重大，导致桥墩、基础工程规模大。

所以在这种背景下，开发一种满具备更大的跨越能力和更佳经济性的，新的连续梁结构形式，具有很大的实用价值。

技术实现要素：

本发明的目的是在于提供一种拱梁组合式混凝土连续梁桥结构形式，从结构体系和内在受力机理方面提高桥梁结构的承载效率，与传统的施工方法衔接良好，便于实施。

为了实现上述目的，本发明提供了一种拱梁组合式混凝土连续梁桥结构，包括多个主桥墩，在每个主桥墩的顶部设有墩顶立柱和墩顶梁段，所述墩顶梁段和墩顶立柱与一个拱梁组合框架相连，所述的拱梁组合框架由下弦拱形箱形梁、上弦箱形梁组成，所述的上弦箱形梁水平设置由墩顶梁段两端处向顺桥向主桥墩的两侧伸出，所述的下弦拱形箱形梁倾斜设置，由墩顶立柱下端处向顺桥向主桥墩的两侧伸出，所述的下弦拱形箱形梁与上弦箱形梁在主桥墩两侧汇合，上弦箱形梁受拉、下弦拱形箱形梁受压，下弦拱形箱形梁和上弦箱形梁达到受力平衡，且下弦拱形箱形梁轴线上拱，部分抵消了自重产生的弯矩，成为以受压为主且应力分布较均匀的拱结构。

进一步的，相邻的拱梁组合框架之间通过跨中合龙梁段相连，拱梁组合框架与桥台之间通过边跨合龙梁段和边墩梁段相连，形成一个整桥段。

进一步的，所述的墩顶梁段设置在墩顶立柱上端，与墩顶立柱刚性连接；所述的墩顶立柱竖直设置主桥墩顶部，与主桥墩通过支座铰接。

进一步的，在主桥墩的底部安装有基础和乘台，所述的基础设置于地表以下工程地质合适的地基层中，承台位于基础之上与基础顶部连接成整体；所述的主桥墩设置在承台之上，与承台刚性连接，墩高小于25m，采用刚度较大的薄壁空心墩。

进一步的，所述的下弦拱形箱形梁，由墩顶立柱下端处向顺桥向的两侧伸出，根部与相应的墩顶立柱刚结，下弦箱形梁的形心轴线采用倾斜向上的拱形抛物线或圆弧函数曲线。

进一步的，所述的上弦箱形梁，由墩顶梁段两端处向顺桥向的两侧伸出，根部与相应的墩顶梁段刚结，上弦箱形梁的上缘与道路路线纵坡基本一致、较为平直，承受车辆、人群的作用。

进一步的，所述的下弦拱形箱形梁与上弦箱形梁在主桥墩两侧汇合；拱梁组合框架的下弦拱形箱形梁与上弦箱形梁在长度和梁体断面上对称于桥墩中心、在重量上相互平衡。

进一步的，所述的实腹梁段为变高度箱型梁，由拱梁组合框架端部，对称地向顺桥向悬臂伸出直至跨中。下缘采用与拱梁组合框架下弦拱形箱梁统一的抛物线函数或圆弧函数平顺变化，以使结构受力平顺；上缘与道路路线纵坡基本一致、较为平直，承受车辆、人群的作用；实腹梁段，拱梁组合框架和墩顶立柱、墩顶梁段一起形成相对于主桥墩对称平衡的单组拱梁组合式悬臂上部结构。

进一步的，所述的边墩梁段位于边墩顶部，与边墩通过支座连接，与对应的拱梁组合式悬臂上部结构通过边跨合龙梁段，连接形成边跨上部结构；多组拱梁组合式悬臂上部结构通过跨中合龙梁段连接形成主跨上部结；主跨上部结构、边跨上部结构及相应的桥墩、承台、基础，构成具有上部结构连续、桥墩与桥跨上部结构支座铰接的拱梁组合式混凝土连续梁桥结构。

本发明根据结构受力大小、现行有效的结构设计规范确定适宜的拱梁组合结构框架各构件尺寸、实腹式悬臂梁段截面尺寸及预应力大小；拱梁组合式悬臂结构组数n>＝2，形成n-1个主跨的拱梁组合式连续梁桥结构；拱梁组合式悬臂结构组数n＝1，则形成没有主跨、只有边跨的拱梁组合式连续梁桥结构。

本发明一种拱梁组合式混凝土连续梁桥的结构的体系与力学特征，包括：

(1)墩顶立柱悬臂伸出的拱梁框架结构，为上弦箱形梁受拉、下弦拱形箱形梁受压、自我平衡的拱结构；下弦受压梁段轴线适当上拱，部分抵消了自重产生的弯矩，成为以受压为主且应力分布较均匀的拱结构，可以更充分地发挥混凝土材料的性能；

(2)拱梁框架结构，倾斜的下弦拱形箱形梁的轴向压力，可以平衡悬臂结构传递来的剪力，具有强大的抗剪能力；上弦箱形梁拉力与下弦拱形箱形梁压力的力臂作用，可以平衡悬臂结构传递来的弯矩，具有强大的抗弯能力；

(3)结构受力大的区域采用拱梁框架结构，抗剪、抗弯能力得到大大增强，结构承载效率得到提高。

本发明相对于现有技术具有以下优点：

(1)在保持传统的材料(c50～c65混凝土)、传统的悬臂施工工艺的前提下，提高连续梁桥跨越能力1.5～2倍，使连续梁桥的跨径达到200～300米；

(2)充分利用了拱、梁结构的力学特征优点，提高了梁式结构的承载效率，在跨径150～200m范围内，相对传统实腹式箱梁结构，拱梁框架结构节省了材料，具有更好的工程经济性；

(3)提高了结构抗弯抗剪能力，减小了结构开裂风险，具有更好的耐久性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为拱梁组合式混凝土连续梁桥结构多跨示意图；

图2为只有边跨的拱梁组合式混凝土连续梁桥结构示意图；

图3为单组拱梁组合式悬臂结构示意图；

图4为拱梁组合框架上弦和下弦箱梁断面示意图；

图中：1-主跨，2-边跨，3-基础，4-承台，5-主桥墩，6-边墩，7-桥台，8-支座，9-墩顶立柱，10-墩顶梁段，11-拱梁组合框架，12-实腹梁段，13-边墩梁段，14-跨中合龙梁段，15-边跨合龙梁段，16-下弦拱形箱形梁，17-上弦箱形梁

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在(1)结构承载效率低，跨径大于150m时，易出现开裂、下挠问题，技术风险增大，结构的安全性和耐久性劣化，工程经济性急剧恶化；(2)上部结构自重大，导致桥墩、基础工程规模大等问题，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种拱梁组合式混凝土连续梁桥结构。

以下结合附图，对本发明的结构作进一步描述。

本发明提供了一种相对于传统连续梁桥，结构受力机理及承载效率较高、具备更大的跨越能力、经济性能优越、现场作业量及施工难度较小的一种拱梁组合式混凝土连续梁桥结构，包括多个主桥墩，在每个主桥墩的顶部设有墩顶立柱和墩顶梁段，所述墩顶梁段和墩顶立柱与一个拱梁组合框架相连，所述的拱梁组合框架由下弦拱形箱形梁、上弦箱形梁组成，所述的上弦箱形梁水平设置由墩顶梁段两端处向顺桥向主桥墩的两侧伸出，所述的下弦拱形箱形梁倾斜设置，由墩顶立柱下端处向顺桥向主桥墩的两侧伸出，所述的下弦拱形箱形梁与上弦箱形梁在主桥墩两侧汇合，上弦箱形梁受拉、下弦拱形箱形梁受压，下弦拱形箱形梁和上弦箱形梁达到受力平衡，且下弦拱形箱形梁轴线上拱，部分抵消了自重产生的弯矩，成为以受压为主且应力分布较均匀的拱结构。

墩顶立柱悬臂伸出的拱梁框架结构，为上弦箱形梁受拉、下弦拱形箱形梁受压、自我平衡的拱结构；下弦拱形箱形梁受压梁段轴线适当上拱，部分抵消了自重产生的弯矩，成为以受压为主且应力分布较均匀的拱结构，可以更充分地发挥混凝土材料的性能；

拱梁框架结构，倾斜的下弦拱形箱形梁的轴向压力，可以平衡悬臂结构传递来的剪力，具有强大的抗剪能力；上弦箱形梁的拉力与下弦拱形箱形梁的压力的力臂作用，可以平衡悬臂结构传递来的弯矩，具有强大的抗弯能力；

整体结构受力大的区域采用拱梁框架结构，抗剪、抗弯能力得到大大增强，结构承载效率得到提高。

进一步的，相邻的拱梁组合框架之间通过跨中合龙梁段相连，拱梁组合框架与桥台之间通过边跨合龙梁段和边墩梁段相连，形成一个整桥段。

进一步的，所述的墩顶梁段设置在墩顶立柱上端，与墩顶立柱刚性连接；所述的墩顶立柱竖直设置主桥墩顶部，与主桥墩通过支座铰接。

具体的如图1～图4所示，一种拱梁组合式混凝土连续梁桥结构由基础3、承台4、主桥墩5、支座8、墩顶立柱9、墩顶梁段10、拱梁组合框架11、实腹梁段12、边墩梁段13、跨中合龙梁段14、边跨合龙梁段15组成。所述的拱梁组合框架11由下弦拱形箱形梁16、上弦箱形梁17组成。

结合图1、图2所示，基础3设置于地表以下工程地质合适的地基层中，承台4位于基础3之上与基础3顶部连接成整体。

结合图3所示，主桥墩5设置在承台4之上，与承台4刚性连接，墩高小于25m，采用刚度较大的薄壁空心墩。墩顶立柱9的下端支撑于支座8上，上端与墩顶梁段10刚性连接。

结合图3、图4所示，下弦拱形箱形梁16，由墩顶立柱9下端处向顺桥向两侧伸出，根部与相应的墩顶立柱9刚结，下弦拱形箱形梁16的形心轴线采用倾斜向上的拱形抛物线或圆弧函数曲线。上弦箱形梁17由墩顶梁段10两端处向顺桥向两侧伸出，根部与相应的墩顶梁段10刚结，上弦箱形梁17的上缘与道路路线纵坡基本一致、较为平直，承受车辆、人群的作用。

结合图3、图4所示，下弦拱形箱形梁16与上弦箱形梁17汇合，在主桥墩5两侧各形成一个拱梁组合框架11；拱梁组合框架11的上弦和下弦在长度和梁体断面上对称于桥墩中心、在重量上相互平衡。

结合图3、图4所示，实腹梁段12为变高度箱型梁，由拱梁组合框架11端部，对称地向顺桥向悬臂伸出直至跨中。下缘采用与拱梁组合框架11下弦拱形箱梁16统一的抛物线函数或圆弧函数平顺变化，以使结构受力平顺；上缘与道路路线纵坡基本一致、较为平直，承受车辆、人群的作用；实腹梁段12、拱梁组合框架11和墩顶立柱9、墩顶梁段10一起形成相对于桥墩对称平衡的单组拱梁组合式悬臂上部结构。

结合图3、图4所示，边墩梁段13位于边墩6顶部，与边墩6通过支座8连接，与单侧拱梁组合式悬臂结构，通过边跨合龙梁段15连接形成边跨2上部结构；多组拱梁组合式悬臂结构通过跨中合龙梁段14连接形成主跨1上部结；主跨1上部结构、边跨2上部结构及相应的桥墩、承台、基础，构成具有上部结构连续、桥墩与桥跨上部结构支座铰接的拱梁组合式混凝土连续梁桥结构。

结合图1、图2所示，根据结构受力大小、现行有效的结构设计规范确定适宜的拱梁组合结构框架各构件尺寸、实腹式悬臂梁段截面尺寸及预应力大小；拱梁组合式悬臂结构组数n>＝2，形成n-1个主跨1的拱梁组合式连续梁桥结构；拱梁组合式悬臂结构组数n＝1，则形成没有主跨1、只有边跨2的拱梁组合式连续梁桥结构。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

(1)在保持传统的材料(c50～c65混凝土)、传统的悬臂施工工艺的前提下，提高连续梁桥跨越能力1.5～2倍，使连续梁桥的跨径达到200～300米；

(2)充分利用了拱、梁结构的力学特征优点，提高了梁式结构的承载效率，在跨径150～2000m范围内，相对传统实腹式箱梁结构，拱梁框架结构节省了材料，具有更好的工程经济性；

(3)提高了结构抗弯抗剪能力，减小了结构开裂风险，具有更好的耐久性。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。