一种双肢主桥墩拱梁组合式混凝土连续刚构桥结构的制作方法

本实用新型涉及一种用于土木工程桥梁技术领域，更具体涉及一种双肢主桥墩拱梁组合式混凝土连续刚构桥结构，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。混凝土连续刚构桥是大跨度桥梁的一种基本桥型，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，近30年中国建成的混凝土连续刚构桥总数量约2000座、建设费用在1200亿以上。混凝土连续刚构桥具备以下三个特点：(1)墩柱采用墩梁固结，墩柱具备一定柔度从而形成摆动肢撑体系；(2)上部结构仍然具有连续梁的受力特点，结构断面一般为箱梁，箱梁高度与跨径比值，根部为1/16～1/18，跨中为1/30～1/60；(3)上部结构采用悬臂法施工，墩梁固结省掉大型支座。

传统的预应力混凝土连续刚构桥的技术经济适用跨径约在60～200m，在跨径超过200m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，我国有数以百计的大跨度混凝土连续刚构桥出现了上述结构性缺陷和耐久性问题。为了提高连续刚构桥的跨越能力、避免后期跨中下挠，国内外多从材料方面入手：世界跨径最大的挪威stolma大桥，主跨径301m，跨中184m箱梁采用LC60轻质混凝土；中国重庆石板坡大桥，主跨径330m，跨中103m区段采用钢箱梁。由于我国材料、施工、管理技术存在差距，采用钢梁又受制于运输条件，连续刚构桥的技术进步停滞不前。总体上看，传统的预应力混凝土连续刚构桥的主要不足是：(1)跨越能力小，材料利用率较低，在跨径大于200m时，工程经济性急剧恶化；(2)结构承载效率低，应用于跨径大于200m桥梁时，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；(3)上部结构重量大，导致桥墩、基础受力大，抵抗地震的能力差。

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，新的连续刚构桥梁结构形式，具有很大的实用价值。

技术实现要素：

本实用新型的目的是在于提供一种双肢主桥墩拱梁组合式混凝土连续刚构桥结构形式，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，本实用新型采用以下技术措施：

一种双肢主桥墩拱梁组合式混凝土连续刚构桥结构，包括至少一个双肢主桥墩，所述的双肢主桥墩包括两个竖直设置的肢柱，所述的两个肢柱的顶部通过墩顶梁段连接，两个肢柱之间还安装有肢间系梁和加强系梁；在所述双肢主桥墩的顶部安装有拱梁组合框架，所述的拱梁组合框架包括下弦拱形箱形梁和上弦箱形梁，所述的上弦箱形梁水平设置由墩顶梁段处向顺桥向两侧伸出，所述的下弦拱形箱形梁倾斜设置，由桥墩肢间系梁处向顺桥向两侧伸出，所述的下弦拱形箱形梁与上弦箱形梁在双肢主桥墩两侧汇合，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，且下弦拱形箱形梁形心轴线上拱，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，在所述的双肢主桥墩底部安装有基础和承台，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，所述的肢柱设置在承台上，与承台刚性连接。

进一步的，肢柱顶部与墩顶梁段刚性连接；在墩顶以下一定高度位置的两肢之间设肢间系梁；肢间系梁以下的肢柱之间设若干道加强系梁，以提高肢柱的结构稳定性和桥墩的结构刚度。连接双肢主桥墩的肢柱，墩顶梁段、肢间系梁、加强系梁组成双肢主桥墩。

进一步的，所述的下弦拱形箱形梁，由肢间系梁处向顺桥向两侧伸出，根部与相应的双肢主桥墩肢柱刚结，下弦拱形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，由墩顶梁段处向顺桥向两侧伸出，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汇合，在双肢主桥墩顺桥向两侧形成拱梁组合框架；拱梁组合框架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。

进一步的，相邻的拱梁组合框架之间通过实腹梁段相连，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，其下缘采用与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；实腹梁段与拱梁组合框架一起形成相对于桥墩对称平衡的单组拱梁组合式悬臂结构。

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结构通过跨中合龙梁段连接形成主跨上部结构；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固结、桥墩协同桥跨上部结构受力的，双肢主墩拱梁组合式连续刚构桥结构。

本实用新型的技术特征还在于：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；双肢主桥墩悬臂结构组数N>＝2，形成N-1个主跨的拱梁组合式连续刚构桥结构；双肢主桥墩悬臂结构组数N＝1，则形成没有主跨、只有边跨的拱梁组合式连续刚构桥结构。

本实用新型一种双肢主桥墩拱梁组合式混凝土连续刚构桥的结构的体系与力学特征包括：

(1)双肢主桥墩的肢柱、墩顶梁段、肢间系梁及按需要设置的加强系梁组成框架式结构，具有较大的抗弯刚度和抵抗悬臂梁段在施工过程中可能出现的不平衡力作用的能力，提高了悬臂梁段施工的安全性。

(2)双肢主桥墩的框架式结构，具有较小的墩顶纵桥向位移刚度，可以顺应桥跨上部结构由于温度变化和混凝土收缩徐变在桥墩墩顶产生的位移，减小墩顶位移在桥墩底部产生的弯矩，从而减小桥墩基础的受力，减小基础工程规模。

(3)双肢主桥墩悬臂伸出的拱梁组合框架结构，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。

(4)拱梁组合结构框架结构，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。

(5)悬臂受力较大的区域(靠近双肢主桥墩的区域)采用拱梁组合结构框架结构，抗剪、抗弯能力得到大大增强，通过加大拱梁组合结构框架根部上弦与下弦之间的距离、合理调整拱梁组合结构框架的长度和下弦梁段的上拱轴线，结构承载效率得到提高。

(6)悬臂受力较小的区域(靠近端部的区域)采用常规变截面箱梁，方便施工及悬臂端与合龙段的过渡。

(7)双肢主桥墩与桥跨上部结构固结，不需要通过支座传递上部构造的反力，避免了大型支座的使用及其后期维护，节约后期运营费用；同时，墩柱与桥跨上部结构固结，协同受力，降低了上部结构跨中区域的弯矩，提高了工程的经济性。

本实用新型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，提高连续刚构桥梁跨越能力1.5～2倍，使连续刚构桥的跨径达到300～500米，大幅超越当前的连续刚构桥跨径世界纪录(广东虎门大桥辅航道桥，主跨270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200～300m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实用新型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实用新型的一些实施例，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为双肢主墩拱梁组合式混凝土连续刚构桥结构多跨示意图；

图2为只有边跨的双肢主墩拱梁组合式混凝土连续刚构桥结构示意图；

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-双肢主桥墩，6-边墩，7-桥台，8-墩顶梁段，9-拱梁组合框架，10-实腹梁段，11-边墩梁段，12-跨中合龙梁段，13-边跨合龙梁段，14-肢柱，15-肢间系梁，16-加强系梁，17-下弦拱形箱形梁，18-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)跨越能力小，材料利用率较低，在跨径大于200m时，工程经济性急剧恶化；(2)结构承载效率低，应用于跨径大于200m桥梁时，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；(3)上部结构重量大，导致桥墩、基础受力大，抵抗地震的能力差等问题，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，对本实用新型的结构作进一步描述。

本实用新型提供了一种相对于传统连续刚构桥，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双肢主桥墩拱梁组合式混凝土连续刚构桥结构，包括至少一个双肢主桥墩，所述的双肢主桥墩包括两个竖直设置的肢柱，所述的两个肢柱的顶部通过墩顶梁段连接，两个肢柱之间还安装有肢间系梁和加强系梁；在所述双肢主桥墩的顶部安装有拱梁组合框架，所述的拱梁组合框架包括下弦拱形箱形梁和上弦箱形梁，所述的上弦箱形梁水平设置由墩顶梁段处向顺桥向两侧伸出，所述的下弦拱形箱形梁倾斜设置，由由桥墩肢间系梁处向顺桥向两侧伸出，所述的下弦拱形箱形梁与上弦箱形梁在双肢主桥墩两侧汇合，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。

双肢主桥墩的肢柱、墩顶梁段、肢间系梁及按需要设置的加强系梁组成框架式结构，具有较大的抗弯刚度和抵抗悬臂梁段在施工过程中可能出现的不平衡力作用的能力，提高了悬臂梁段施工的安全性。

双肢主桥墩的框架式结构，具有较小的墩顶纵桥向位移刚度，可以顺应桥跨上部结构由于温度变化和混凝土收缩徐变在桥墩墩顶产生的位移，减小墩顶位移在桥墩底部产生的弯矩，从而减小桥墩基础的受力，减小基础工程规模。

双肢主桥墩悬臂伸出的拱梁组合框架结构，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。

拱梁组合结构框架结构，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。

悬臂受力较大的区域(靠近双肢主桥墩的区域)采用拱梁组合结构框架结构，抗剪、抗弯能力得到大大增强，通过加大拱梁组合结构框架根部上弦与下弦之间的距离、合理调整拱梁组合结构框架的长度和下弦梁段的上拱轴线，结构承载效率得到提高。

悬臂受力较小的区域(靠近端部的区域)采用常规变截面箱梁，方便施工及悬臂端与合龙段的过渡。

双肢主桥墩与桥跨上部结构固结，不需要通过支座传递上部构造的反力，避免了大型支座的使用及其后期维护，节约后期运营费用；同时，墩柱与桥跨上部结构固结，协同受力，降低了上部结构跨中区域的弯矩，提高了工程的经济性。

具体的，如图1～图4所示，一种双肢主桥墩拱梁组合式混凝土连续刚构桥结构由基础3、承台4、双肢主桥墩5、墩顶梁段8，拱梁组合框架9、实腹梁段10、边墩梁段11、跨中合龙梁段12、边跨合龙梁段13组成。所述的双肢主桥墩5由肢柱14、肢间系梁15、加强系梁16组成。所述的拱梁组合框架9由下弦拱形箱形梁17、上弦箱形梁组成18。

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，肢柱14设置在承台之4上，与承台4刚性连接；肢柱14顶部通过墩顶梁段8，与墩顶梁段8刚性连接；在墩顶以下一定高度位置的两肢之间设肢间系梁15；肢间系梁15以下的肢柱14之间，可设若干道加强系梁16，以提高肢柱14的结构稳定性和桥墩的结构刚度。连接主桥墩的两肢柱14，墩顶梁段8、肢间系梁15、加强系梁16(根据需要)组成双肢主桥墩5。

结合图3、图4所示，墩顶梁段8设置在双肢主桥墩5顶部，连接双肢主桥墩5的两肢。下弦拱形箱形梁17由桥墩肢间系梁15处向顺桥向两侧伸出，根部与相应双肢主桥墩5肢柱14刚结，下弦拱形箱形梁17的形心轴线采用倾斜向上的拱形抛物线或圆弧函数曲线。

结合图3、图4所示，上弦箱形梁18由桥墩顶部墩顶梁段8处向顺桥向两侧伸出，根部与相应的墩顶梁段8刚结，上弦箱形梁18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17与上弦箱形梁18汇合，在双肢主桥墩5顺桥向两侧形成两个拱梁组合框架9，拱梁组合框架9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10为变高度箱型梁，由拱梁组合框架9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9下弦拱形箱梁17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10与拱梁组合框架9一起形成相对于桥墩对称平衡的单组拱梁组合式悬臂结构。

结合图1～图4所示，边墩梁段11位于边墩6顶部，与边墩6通过支座连接，与单侧拱梁组合式悬臂结构通过边跨合龙梁段13，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12连接形成主跨1上部结构；主跨1上部结构、边跨2上部结构及相应的桥墩5、承台4、基础3，构成具有桥跨上部结构连续、桥墩与桥跨上部结构固结、桥墩协同桥跨上部结构受力的，双肢主墩拱梁组合式连续刚构桥结构。

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；双肢主桥墩悬臂结构组数N>＝2，形成N-1个主跨1的拱梁组合式连续刚构桥结构；双肢主桥墩悬臂结构组数N＝1，则形成没有主跨1、只有边跨2的拱梁组合式连续刚构桥结构。

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，提高连续刚构桥梁跨越能力1.5～2倍，使连续刚构桥的跨径达到300～500米，大幅超越当前的连续刚构桥跨径世界纪录(广东虎门大桥辅航道桥，主跨270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200～300m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实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型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实用新型的保护范围以内。