三叶玫瑰线形的钢管混凝土飞燕式斜拉拱桥及施工方法与流程

本发明属于土木工程领域，涉及一种钢管混凝土拱桥的技术。主要在于提出一种三叶玫瑰线形的钢管混凝土飞燕式斜拉拱桥概念和施工方法。

背景技术：

江河交汇的“三河口”地带，水流放缓，物产丰富，环境宜人，更为人们所青睐，加之畅通的水运交通，使之商业发展兴盛，成为宜居、宜商的中心地域。在“三河口”地带修建三岔桥，一桥通三岸，交通快捷，三岔桥自然地熨帖在自然环境之中。

中国温岭李婆桥和苏州石湖新桥是我国两座著名的三岔桥，以其巧妙构思的设计思想、自成一格的优美造型、巧妙精湛的建筑技艺，形成当地一道独特的亮丽风景线。

美国密歇根州的米德兰三岔桥，该桥建于1981年，横跨奇佩瓦河和泰塔巴瓦希河的交汇处，便捷的交通与独特的造型使得该桥成为当地著名的景观。

随着时代的进步，桥梁景观性要求越来越高，“三河口”地带的地理位置越来越受到显得重要，更多的“三河口”地带成为当地开发新区，因而，土木工程界，亟需建造超大跨径三岔桥的新技术。

借鉴三叶草的结构外形，依据三叶玫瑰线数学方程，采用火工煨弯工艺，将钢管弯曲为三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋，悬吊三岔形桥面，形成三叶玫瑰线形的钢管混凝土飞燕式斜拉拱桥。

三叶玫瑰线飞燕式斜拉拱桥拱肋为三维空间拱肋，其平面正投影为三叶玫瑰线图形，拱肋侧立面飞燕式斜拉拱桥造型，将三叶玫瑰线形状钢管弯曲为飞燕式斜拉拱肋，三维空间拱肋在拱脚处弯曲翘起形成斜拉索桥塔，三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋由首尾相连的提篮拱形拱肋节段和倾斜拱形塔状拱肋节段组成，一气呵成，光滑连续。

三叶玫瑰线飞燕式斜拉拱肋安装系杆缆索，安装拱肋之间的缆索，形成结构整体，浮运拖拉过江，然后安装吊索和斜拉索，三叶玫瑰线飞燕式斜拉拱肋悬吊三岔形桥面，形成三岔形钢管混凝土飞燕式斜拉拱桥结构，施工方便。

三岔形桥面由直线桥面段和圆环桥面段组成，交通流畅便捷，桥面中心设置中央圆形环梁兼作为观光天井，三岔形桥面和三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋丰富了景观效果。

技术实现要素：

技术问题：针对三岔河地形，提出一种造型漂亮、交通便捷和结构稳定性好的三叶玫瑰线形的钢管混凝土飞燕式斜拉拱桥及其施工方法，其平面正投影为三叶玫瑰线图形，拱肋侧立面投影为飞燕式斜拉拱桥造型，将三叶玫瑰线形状钢管弯曲为飞燕式斜拉拱肋，悬吊三岔形桥面，形成三岔形钢管混凝土飞燕式斜拉拱桥结构。

技术方案：本发明的一种三叶玫瑰线形的钢管混凝土飞燕式斜拉拱桥，包括拱桥基础、三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋、横向钢管支撑梁、三岔形桥面、空间缆索体系和引桥。三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋搁置在拱桥基础之上，左右两根等标高的横向钢管支撑梁在拱桥基础附近处连接三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋的两侧，三岔形桥面由直线桥面段和圆环桥面段组成，空间缆索体系由拱脚拉索、拱肋间拉索、主拱吊索和尾部斜拉索构成，拱脚拉索连接三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋的相邻拱脚，拱肋间拉索两端锚固于三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋的跨中和尾部位置，三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋、拱脚拉索和拱肋间拉索三者形成自平衡结构体系，主拱吊索悬挂于三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋的中间区段，尾部斜拉索锚固于三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋的尾部区段，主拱吊索和尾部斜拉索吊紧三岔形桥面，横向钢管支撑梁在拱桥基础附近处支撑三岔形桥面，三座引桥在三个方向连接三岔形桥面。

优选地，所述的三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋的平面投影为三叶玫瑰线图形，其立面投影为飞燕式斜拉拱肋构形，三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋由首尾相连的提篮拱形拱肋节段和倾斜拱形塔状拱肋节段组成，提篮拱形拱肋节段位于三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋的中间区域，倾斜拱形塔状拱肋节段位于三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋的两端区域。

本发明还提出了一种三叶玫瑰线形的钢管混凝土飞燕式斜拉拱桥的施工方法。该方法包括以下步骤：

第一步：在三河口地带，确定桥墩位置，打入桩基，施工拱桥基础；

第二步：在预制工厂，下料钢管，依据三叶玫瑰线图形，采用火工煨弯工艺，制作提篮拱形拱肋节段和倾斜拱形塔状拱肋节段，运输到施工现场，在河岸上，焊接拼装成型，形成三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋；

第三步：在三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋之上，安装横向钢管支撑梁，安装拱脚拉索，安装拱肋间拉索，形成自平衡结构体系；

第四步：采用浮运方案，拖拉过河，顶升平移，将三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋平稳落位于拱桥基础之上；

第五步：在三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋之上，继续完成空间缆索体系，安装主拱吊索，安装尾部斜拉索，悬吊三岔形桥面，形成三岔形钢管混凝土飞燕式斜拉拱桥；

第六步：在三个方向施工三座引桥，连接三岔形桥面，安装栏杆和路灯，施工桥面铺装层，运用使用。

借鉴三叶草的结构外形，依据三叶玫瑰线数学方程，弯曲钢管形成飞燕式斜拉拱肋，吊索悬吊三岔形桥面加劲梁，构成三叶玫瑰线钢管混凝土飞燕式斜拉拱桥，三叶玫瑰线形钢管混凝土飞燕式斜拉拱桥其平面正投影为三叶玫瑰线图形，拱肋侧立面投影为飞燕式斜拉拱桥造型。

拱脚之间设置系杆拉索，三叶玫瑰线形空间拱肋之间设置拱肋间空间拉索，形成自平衡结构体系，采用浮运方案，拖拉过河，顶升平移，将三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋平稳落位于拱桥基础之上。

三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋设置尾部斜拉索和主拱吊索，悬吊三岔形桥面，中间拱推力和尾部翘起斜拉拱形桥塔的反向推力互相平衡，形成自平衡结构体系，消除了支座不平衡内力。

三岔形钢管混凝土飞燕式斜拉拱桥巧妙利用三叶玫瑰线构形斜拉拱桥，造型独特，形体漂亮；三岔形桥面交通流畅和便捷，与三江口周围环境协调，是一道亮丽风景线，设置系杆拉索拱脚拉索、拱肋间空间拉索、尾部斜拉缆索和主拱吊索，形成飞燕式斜拉拱桥自平衡结构体系，大幅度提高结构刚度，采用拖拉过江方案，简化施工，经济实惠，造型漂亮。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

美国密歇根州的米德兰三岔桥是在河流中央设置一个桥墩，三个钢管混凝土系杆拱桥搁置在中央桥墩之上，造型漂亮，跨度较大，但是，其中央桥墩影响了河流通航。

温岭李婆桥三岔桥是三个方向的钢筋混凝土桁架拱片汇聚在桥中央，河流中没有桥墩，不影响河流通航，造型漂亮，但是，其跨越能力不大，桥梁承载力不高。

由于建造三岔桥的施工技术要求较高，目前国内外已建成的三岔桥数量不多。但随着社会的进步，桥梁的景观性要求越来越高，为了交通流畅快捷，在“三河口”地带建造超大跨径三岔桥的想法应运而生。

针对超大跨径的三岔形景观桥梁的需求，依据美丽流畅的三叶玫瑰线图形，将钢管弯曲为三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋，在空间拱肋上设置空间缆索体系，改善三叶玫瑰线形钢管混凝土空间拱肋的受力性能，采用中间吊索和尾部斜拉索吊紧三岔形桥面，形成三叶玫瑰线形的钢管混凝土飞燕式斜拉拱桥，具有造型漂亮、立面丰富、跨越能力大、施工方便和耐久性好等优点。

三叶玫瑰线图形是数学中的重要图形，三叶玫瑰线由夹角120°的三片叶子构成，外形酷似三叶草，其构形非常漂亮，平面的三叶玫瑰线和立面的钢管混凝土飞燕式斜拉拱造型相结合，构成三叶玫瑰线飞燕式钢管混凝土空间拱肋，具有三维雕塑一样的美丽外形，犹如一株巨大的三叶草，构成了漂亮的钢管混凝土空间拱桥结构的骨架，美轮美奂。

三叶玫瑰线形的钢管混凝土飞燕式斜拉拱桥采用三岔形桥面，三岔形桥面由直线段桥面和曲线过渡段桥面组成，直线段桥面互成120°，三个直线段桥面经由圆弧状曲面过渡段连接，桥面中心设置的圆环形天井，中央圆形环梁兼作为观光天井，丰富了景观效果，三岔形桥面交通便捷，造型漂亮。

对比传统的飞燕式钢管混凝土拱桥，三叶玫瑰线飞燕式斜拉拱桥拱肋为三维空间拱肋，其平面正投影为三叶玫瑰线图形，拱肋侧立面投影为飞燕式斜拉拱造型，将三叶玫瑰线形状钢管弯曲为飞燕式斜拉拱肋，三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋由首尾相连的提篮拱形拱肋节段和倾斜拱形塔状拱肋节段组成，一气呵成，光滑连续，结构简明。

现有的斜拉拱桥设计是设置专门的桥塔柱结构，增加了桥梁造价和施工周期，三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋是在拱脚处钢管弯曲翘起形成斜拉索桥塔，提篮拱形拱肋节段和倾斜拱形塔状拱肋节段合二为一，斜拉桥塔锚固牢固，结构整体性更好，拱肋结构稳定性更佳。

在预制工厂，下料钢管，采用火工煨弯工艺弯曲钢管，制作三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱桥拱肋，钢管构件运输到施工现场，在河岸之上，焊接拼装成型，形成三岔形飞燕式斜拉拱桥拱肋，安装拱肋间空间拉索，安装拱脚拉索，形成自平衡结构体系，采用浮运方案，拖拉过河，顶升平移，将三叶玫瑰线形飞燕式拱肋落位于拱桥基础之上，在三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋上设置主拱吊索和尾部斜拉缆索，悬吊拼装三岔形桥面，施工快捷，可以工业化制作安装施工。

三角形是最稳固的几何形状，三叶玫瑰线形飞燕式钢管混凝土空间斜拉拱肋是三个方向的钢管混凝土构件汇聚在桥中央，三叶玫瑰线空间拱肋的三片叶子汇聚中央，构成三向提篮拱结构，具有良好的结构稳定性，具有良好的抗风稳定性，三足鼎立，其结构受力性能优良。

三叶玫瑰线空间拱肋尾端翘起形成倾斜拱形塔状拱肋节段，结构构造自然，三叶玫瑰线空间拱肋的三片叶子尾巴翘起形成三个拱形大门，巨大的拱形桥塔门洞可方便车辆和行人出入主桥面，且造型漂亮，构思巧妙。

在支座附近处，左右两根等标高的横向钢管支撑梁连接三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋的两侧，每个叶子设置二个横向钢管梁，共计六个横向钢管，横向钢管梁作为桥面板搁置横梁结构，同时，横向钢管梁又增加了三岔形拱桥结构的整体性。

设置拱脚系杆缆索，形成飞燕拱结构，拱脚系杆缆索承担拱桥结构体系的正弯矩，减少支座不平衡内力，提高飞燕式斜拉拱结构的刚度。

设置拱肋间缆索，形成斜拉拱结构，拱肋之间的缆索承担拱桥结构体系的负弯矩，中间拱推力和尾部翘起斜拉拱形桥塔的反向推力互相平衡，构成自平衡结构体系，消除了支座不平衡内力，提高飞燕式斜拉拱结构的承载力。

三叶玫瑰线飞燕式斜拉拱肋安装拱脚系杆缆索，安装拱肋之间的缆索，形成结构整体，浮运拖拉过江，拱肋中间安装吊索，拱肋尾部安装斜拉缆索，三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋悬吊三岔形桥面，系杆缆索、拱肋间缆索、主拱吊索和尾部斜拉索形成空间缆索结构体系，多组空间缆索协同工作，优势互补，大幅度提高三岔形钢管混凝土飞燕式斜拉拱桥结构的受力性能。

三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋通过空间缆索体系拽住三岔形桥面，三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋、住三岔形桥面和空间缆索体系三者互相配套，相得益彰，造型美观，三叶玫瑰线形的钢管混凝土飞燕式斜拉拱桥是建筑学和结构学完美的结合。

本发明利用三叶玫瑰线图形，构成三岔形钢管混凝土飞燕式斜拉拱桥，三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋设置拱脚拉索和拱肋间拉索，形成飞燕式斜拉拱桥自平衡结构体系，加强结构整体性，浮运拖拉过江，安装主拱吊索和尾部斜拉索，三叶玫瑰线飞燕式斜拉拱肋悬吊三岔形桥面板，形成三岔形钢管混凝土飞燕式斜拉拱桥。

三叶玫瑰线形的钢管混凝土飞燕式斜拉拱桥巧妙利用三叶玫瑰线构形斜拉拱桥，造型独特，外形漂亮，三岔形桥面交通流畅便捷，受力合理，施工方便，适合200～300m大跨径的三岔桥桥，其应用前景良好。

附图说明

图1是三叶玫瑰线形的钢管混凝土飞燕式斜拉拱桥的三维示意图；

图2是图1的三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋的三维示意图；

图3是图1的空间缆索体系的三维示意图；

图4是三叶玫瑰线的示意图。

图中有：拱桥基础1；三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋2；提篮拱形拱肋节段21；倾斜拱形塔状拱肋节段22；横向钢管支撑梁3；三岔形桥面4；空间缆索体系5；拱脚拉索51；拱肋间拉索52；主拱吊索53；尾部斜拉索54；引桥6。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明做进一步具体说明。

实施例1：

本发明实施例三叶玫瑰线形的钢管混凝土飞燕式斜拉拱桥，包括拱桥基础1、三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋2、横向钢管支撑梁3、三岔形桥面4、空间缆索体系5和引桥6。桥型特征在于：三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋2搁置在拱桥基础1之上，左右两根等标高的横向钢管支撑梁3在拱桥基础1附近处连接三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋2的两侧，三岔形桥面4由直线桥面段和圆环桥面段组成，空间缆索体系5由拱脚拉索51、拱肋间拉索52、主拱吊索53和尾部斜拉索54构成，拱脚拉索51连接三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋2的相邻拱脚，拱肋间拉索52两端锚固于三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋2的跨中和尾部位置，三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋2、拱脚拉索51和拱肋间拉索52三者形成自平衡结构体系，主拱吊索53悬挂于三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋2的中间区段，尾部斜拉索54锚固于三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋2的尾部区段，主拱吊索53和尾部斜拉索54吊紧三岔形桥面4，横向钢管支撑梁3在拱桥基础1附近处支撑三岔形桥面4，三座引桥6在三个方向连接三岔形桥面4。

三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋2的平面投影为三叶玫瑰线图形，其立面投影为飞燕式斜拉拱肋构形，三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋2由首尾相连的提篮拱形拱肋节段21和倾斜拱形塔状拱肋节段22组成，提篮拱形拱肋节段21位于三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋2的中间区域，倾斜拱形塔状拱肋节段22位于三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋2的两端区域。

实施例2：

本发明实施例的三叶玫瑰线形的钢管混凝土飞燕式斜拉拱桥的施工方法，包括以下步骤：

第一步：在三河口地带，确定桥墩位置，打入桩基，施工拱桥基础1；

第二步：在预制工厂，下料钢管，依据三叶玫瑰线图形，采用火工煨弯工艺，制作提篮拱形拱肋节段21和倾斜拱形塔状拱肋节段22，运输到施工现场，在河岸上，焊接拼装成型，形成三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋2；

第三步：在三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋2之上，安装横向钢管支撑梁3，安装拱脚拉索51，安装拱肋间拉索52，形成自平衡结构体系；

第四步：采用浮运方案，拖拉过河，顶升平移，将三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋2平稳落位于拱桥基础1之上；

第五步：在三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋2之上，继续完成空间缆索体系5，安装主拱吊索53，安装尾部斜拉索54，悬吊三岔形桥面4，形成三岔形钢管混凝土飞燕式斜拉拱桥；

第六步：在三个方向施工三座引桥6，连接三岔形桥面4，安装栏杆和路灯，施工桥面铺装层，运用使用。

实施例3：

某开发新区位于三河口地带，三条河流的夹角为120°，河流宽度为130m，为满足新区的公路交通需要，亟需修建一座三岔桥梁，一桥通三岸，提高城市交通效率，

由于三岔桥跨度较大，因此采用三叶玫瑰线形的钢管混凝土飞燕式斜拉拱桥结构方案，并且期望造型漂亮的三岔桥将成为该市的三江口新区地标性建筑。

三叶玫瑰线形钢管混凝土飞燕式斜拉拱桥其平面正投影为三叶玫瑰线图形，拱肋侧立面投影为余弦函数，三叶玫瑰线空间拱肋的包络直径为200m。

三叶玫瑰线空间拱肋采用钢筋混凝土结构，拱肋中心点到支座的距离为60m，拱肋过支座点后的40m区间段翘起形成拱形斜拉桥塔，钢管直径为3.2m，钢管壁厚为20mm，内灌c60混凝土，拱肋矢跨比为1/4。

在拱桥基础附近处，左右两根等标高的横向钢管支撑梁连接三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋的两侧，横向钢管支撑梁支撑三岔形桥面，钢管直径为3m，钢管壁厚为18mm，内灌c40混凝土。

三岔形钢管混凝土飞燕式斜拉拱的拱脚支座之间设置系杆拉索，共计6根，拱肋脚的拉索采用1670mpa的镀锌高强钢丝，拱脚拉索直径为0.5m，设置系杆拉索形成飞燕式拱桥结构，减少支座不平衡内力，提高三岔形钢管混凝土拱桥的承载力。

三岔形钢管混凝土飞燕式斜拉拱的中央拱肋和尾部翘起的斜拉桥塔之间设置拱肋间拉索，左右各一根，共计6根，拱肋拉索采用1670mpa的镀锌高强钢丝，拉索直径为0.5m，设置拉索形成斜拉拱桥结构体系，减少支座不平衡内力，提高飞燕式斜拉拱结构的刚度。

在拱脚之间设置系杆拉索，在三叶玫瑰线形空间拱肋之间设置拱肋间拉索，形成自平衡结构体系，浮运拖拉过河，将三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋平稳落位于拱桥基础之上，在三叶玫瑰线形飞燕式斜拉拱肋上设置主拱吊索和尾部斜拉缆索，悬吊拼装三岔形桥面，施工方便。

三岔桥中央设置圆环段车道，圆环内直径为40m，圆环车道为3车道，圆环桥面宽度为12m，直线段为4车道，直线段桥面宽度为16m，直线段与圆环段之间采用圆弧线段过渡，三岔桥桥面板采用钢箱梁结构，梁高为1.5m。

三岔形钢管混凝土飞燕式斜拉拱桥中间设置吊索悬吊三岔形加劲梁桥面，尾部设置斜拉索悬吊三岔形加劲梁桥面，吊索和斜拉索均采用1670mpa的镀锌高强钢丝，吊索和斜拉索直径均为0.3m，吊索间距为20m，斜拉索间距为16m。

在三个方向施工三座钢筋混凝土连续梁引桥，连接三岔形桥面，安装栏杆和路灯，施工桥面铺装层，运用使用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。