一种背索式部分双层悬带拱桥及其施工方法

1.本发明涉及桥梁工程技术领域，具体涉及一种背索式部分双层悬带拱桥及其施工方法。


背景技术：

2.悬带桥是由非常薄的混凝土桥面板构件在悬链线性的索上拼装而成。这种桥的特点在于其连续互补的光滑曲线，内力传递明确，且这种桥梁结构采用的材料非常少。
3.申请号为cn201910133524.0的中国专利公开了一种半刚性悬带拱桥及其施工方法，该悬带桥使桥面板、桥台和支撑架半刚性连接，可有效解决悬带结构和拱结构之间刚度相差较大、相对位移小以及耗能能力差的问题，可有效提高悬带桥的整体稳定性。该悬带拱桥为自锚式体系，通过拱肋、钢绞线的内力来调节整桥的受力状态，但仅通过这两者的内力调整无法使得主桥结构、桥台结构的受力状态同时达到最佳受力状态，导致主桥结构或主桥结构的施工难度较大、费用较高，且安全性较低；为改善此桥悬带、主拱间的刚度差异，该专利中采用半刚性连接悬带、主拱，但半刚性连接悬带连接的行程有限，当两构件位移相差较大时易使结构内产生较大的次内力，这为桥梁的设计、施工、养护带来不便；同时拱肋、桥面板、悬带这三者构造设计冗余，拱肋部分裸露在视线中，被人为破坏的风险增大，增加了养护的难度。基于这几点，提出在桥台后引入背索，在拱、悬带结合处引入主缆导孔、通过预制刚性框架连接拱、悬带，将拱、悬带、背索结合起来形成外锚结构的新体系。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是提供一种背索式部分双层悬带拱桥及其施工方法。
5.本发明的目的通过以下技术方案实现：
6.一种背索式部分双层悬带拱桥，设置在河流上，所述悬带拱桥包括一对锚锭、一对桥塔、一对主缆、一对拱肋、上行桥面板系统和下行桥面板系统，一对锚锭和一对桥塔均分别固定在河流的两岸，所述锚锭设置在桥塔的外侧，所述锚锭和桥塔之间设有背索，所述主缆的两端分别由桥塔引出，所述主缆的中部呈向下弯曲状位于一对桥塔之间，所述拱肋的中部呈向上凸起状位于一对桥塔之间，所述主缆和拱肋在两个立面交接部位处设置拱缆交接段进行连接，所述主缆和拱肋在两个立面交接部位处之间(即悬带拱桥的跨中部位处)间隔设置预制刚性框架进行连接，所述上行桥面板系统设置在拱肋上，所述下行桥面板系统设置在位于两个立面交接部位之间的主缆上。锚锭根据桥塔的造型、主缆轴线的方向调节位置，背索内的索力根据主缆的索力、桥塔的造型进行调节。
7.所述悬带拱桥还包括一对基础，所述基础设置在桥塔的下方。
8.所述基础包括多个钻孔灌注桩和承台，所述钻孔灌注桩竖直设置，所述承台水平设于多个钻孔灌注桩的顶部，所述桥塔位于承台上。基础可提高桥塔的抗倾覆能力。
9.所述拱缆交接段包括预制主梁，所述拱肋自河流的两岸向悬带拱桥的跨中部方向自下而上斜穿过预制主梁，所述主缆自河流的两岸向悬带拱桥的跨中部方向自上而下斜穿
过预制主梁。
10.所述预制主梁的顶面倾斜设有供主缆穿过的上主缆导套，所述预制主梁的底面倾斜设有供主缆穿过的下主缆导套。上主缆导套和下主缆导套的配合由此释放主缆与预制主梁间过大的相对位移，避免因唯一不协调而产生较大的次内力。
11.所述预制刚性框架包括横连杆、竖撑杆和瓣式扣件，所述横连杆水平设置于相邻的拱肋之间，位于同一侧的拱肋和主缆之间通过竖撑杆和瓣式扣件进行，所述竖撑杆位于瓣式扣件的顶部并与拱肋连接，所述瓣式扣件中开设有通孔，所述主缆穿过通孔。
12.所述横连杆、拱肋和竖撑杆之间设有刚性耳板。
13.所述瓣式扣件包括扣件上瓣和扣件下瓣，所述扣件上瓣和竖撑杆连接，所述扣件上瓣和扣件下瓣之间设有螺栓，所述螺栓自下而上依次穿过扣件下瓣和扣件上瓣，并在螺栓的端部设置螺母，将预制刚性框架、拱肋锁紧在主缆上。
14.所述拱肋和横连杆、竖撑杆、刚性耳板及扣件上瓣之间采用焊接连接成一体。预制刚性框架使得拱肋、主缆整体性更强，协同受力能力更佳。
15.所述上行桥面板系统包括多个上行桥面板横肋、多个上行桥面板纵肋和多个上行桥面板顶板，多个上行桥面板横肋沿纵向间隔设置在拱肋上(在两个立面交接部位处之间的上行桥面板横肋是设置在单一个拱肋上的，位于立面交接部位处外的上行桥面板横肋是设置在一对拱肋上的)，所述上行桥面板纵肋沿横向间隔设置在相邻的上行桥面板横肋之间，所述上行桥面板纵肋设置在上行桥面板横肋和上行桥面板纵肋上，形成正交异性桥面板系统。
16.所述上行桥面板顶板的顶部在两侧安装人行栏杆。
17.所述河流两岸设有接坡，位于两侧边的上行桥面板顶板和位于河流两岸的接坡连接。
18.所述下行桥面板系统包括多个下行桥面板横肋、多个下行桥面板纵肋和多个下行桥面板顶板，多个下行桥面板横肋沿纵向间隔设置在一对位于主缆上的扣件上瓣上，所述下行桥面板纵肋沿横向间隔设置在相邻的下行桥面板横肋之间，所述下行桥面板顶板设置在下行桥面板横肋和下行桥面板纵肋上，形成正交异性桥面板系统。下行桥面板横肋调节两根主缆间的距离，形成空间缆索，增强结构整体的刚度。
19.所述下行桥面板顶板的顶部在两侧安装人行栏杆。
20.一种背索式部分双层悬带拱桥的施工方法，所述施工方法具体包括以下步骤：
21.s1：在河流两岸分别浇筑基础、锚锭和桥塔，并通过满堂支架法将一部分拱肋安装到位；
22.s2：在拱肋上设置拱缆连接段连接拱肋和拱缆交接段，然后在两个桥塔之间安装两根主缆，并使主缆和拱缆交接段连接；
23.s3：在拱肋和主缆之间安装预制刚性框架连接拱肋和主缆，安装时调节主缆的索力；
24.s4：安装上行桥面板系统和下行桥面板系统。
25.在传统悬带拱桥通过主缆、主拱互相结合调节内力的基础上，提出在桥塔背后加入背索的外锚式新体系，通过调节背索的方向、索力大小，进一步调节桥梁结构的受力、桥塔及基础的受力，同时达到减小桥梁主体结构应力、桥台水平推力的目的，兼具受力合理、
施工便利等优点。
26.在悬带拱桥的跨中处通过预制刚性框架连接拱肋和主缆，在立面交接部位处设置拱缆交接段，使得拱揽在中部紧密连接，同时也能通过上主缆导套和下主缆导套释放较大相对位移，避免在桥梁结构内产生较大的次内力。
27.为降低主要受力构件——拱肋、主缆——直接暴露在视线中而受到人为破坏的风险，将上行桥面板顶板、下行桥面板顶板分别置于拱肋、主缆上，在保护主要受力结构的同时，同时还形成了双层桥面，给行人以不同的行走观感体验，兼具了施工便利、养护合理、人文关怀的优势。
28.与现有技术相比，本发明采用上述结构的优点在于：
29.(1)采用外锚式体系
30.1、使桥塔受力更加合理，减小桥塔尺寸。通过调节锚锭的位置，使得桥塔受到的主缆拉力方向、背索拉力方向、桥塔轴线在同一片面内；调节背索的索力大小，使桥塔达到恒载下仅受轴力的状态。此体系优化了桥塔的受力，使得设计、施工更加合理。
31.2、消除基础底部对地基的水平力，该体系的应用范围更广泛。合理调节主缆的内力，使主缆和拱肋对桥塔、基础的水平力相等，减少结构对地基的水平力，使得该结构体系可以被广泛应用于各种场地。
32.3、优化主桥结构的受力，减少拱肋的尺寸。主缆对拱肋起到了抬升作用，减少了拱肋的弯矩，拱肋的尺寸可以减少，整体成本降低。
33.4、主缆的线性为空间缆索，在纵桥向、横桥向两个方向上进行张拉，增强了结构的整体性和刚度。
34.(2)采用预制刚性框架、主缆导套结合的方式连接拱肋与主缆
35.1、主缆、拱肋协同受力。在跨中部分，采用横连杆联系两根拱肋，采用竖撑杆、扣件上瓣、扣件下瓣连接拱肋、主缆，增强了结构的整体性，使得两大主要受力构件协同受力。
36.2、释放主缆、拱肋之间的相对位移。在拱梁结合部，通过主缆导套释放主缆、拱肋间较大的相对位移，避免累计次内力。
37.(3)在主要受力构件主拱、主缆的上部搭设桥面板
38.1、施工方便。可沿主要受力构件逐步搭设桥面板。
39.2、保护主要受力构件主缆、拱肋，延长结构的使用寿命。桥面板覆盖于主要受力结构上，可保护主要受力构件主拱、拱肋免遭人为破坏。
40.3、形成了双层桥面。给行人不同的行走体验。
附图说明
41.图1为一种背索式部分双层悬带拱桥的立面图；
42.图2为一种背索式部分双层悬带拱桥的轴测图；
43.图3为一种背索式部分双层悬带拱桥受力构造示意图；
44.图4为图1中a
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a断面构造示意图；
45.图5为拱缆交接段的构造示意图；
46.图6为桥梁两岸部位的构造示意图；
47.图7为预制刚性框架的构造示意图；
48.图8为下行桥面板横肋、主缆和部分预制刚性框架的构造示意图；
49.图9为拱肋和上行桥面板横肋的构造示意图；
50.图10为一种背索式部分双层悬带拱桥的平面图；
51.图11为一种背索式部分双层悬带拱桥的侧立面图。
52.图中：1
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锚锭；2
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背索；3
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接坡；4
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桥塔；5
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基础；501
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钻孔灌注桩；502
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承台；6
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主缆；7
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拱肋；8
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拱缆交接段；801
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预制主梁；802
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上主缆导套；803
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下主缆导套；9
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预制刚性框架；901
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横连杆；902
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竖撑杆；903
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刚性耳板；904
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扣件上瓣；905
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扣件下瓣；10
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上行桥面板系统；1001
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上行桥面板顶板；1002
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上行桥面板横肋；1003
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上行桥面板纵肋；11
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下行桥面板系统；1101
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下行桥面板顶板；1102
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下行桥面板横肋；1103
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下行桥面板纵肋；12
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人行栏杆。
具体实施方式
53.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
54.实施例
55.如图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11所示，一种背索式部分双层悬带拱桥，设置在河流上，悬带拱桥包括一对锚锭1、一对桥塔4、一对基础5、一对主缆6、一对拱肋7、上行桥面板系统10和下行桥面板系统11，一对锚锭1和一对桥塔4均分别固定在河流的两岸，锚锭1设置在桥塔4的外侧，锚锭1和桥塔4之间设有背索2，基础5包括多个钻孔灌注桩501和承台502，钻孔灌注桩501竖直设置，承台502水平设于多个钻孔灌注桩501的顶部，桥塔4位于承台502上，主缆6的两端分别由桥塔4引出，主缆6的中部呈向下弯曲状位于一对桥塔4之间，拱肋7的中部呈向上凸起状位于一对桥塔4之间，主缆6和拱肋7在两个立面交接部位处设置拱缆交接段8进行连接。
56.如图5所示，拱缆交接段8包括预制主梁801，拱肋7自河流的两岸向悬带拱桥的跨中部方向自下而上斜穿过预制主梁801，主缆6自河流的两岸向悬带拱桥的跨中部方向自上而下斜穿过预制主梁801，预制主梁801的顶面倾斜设有供主缆6穿过的上主缆导套802，预制主梁801的底面倾斜设有供主缆6穿过的下主缆导套803，预制主梁801上设有连通上主缆导套802和下主缆导套803之间的通孔。
57.如图4、7所示，主缆6和拱肋7在两个立面交接部位处之间即悬带拱桥的跨中部位处间隔设置预制刚性框架9进行连接，预制刚性框架9包括横连杆901、竖撑杆902、瓣式扣件和刚性耳板903，横连杆901水平设置于相邻的拱肋7之间，位于同一侧的拱肋7和主缆6之间通过竖撑杆902和瓣式扣件进行，竖撑杆902自拱肋7向主缆6方向向内倾斜位于瓣式扣件的顶部并与拱肋7连接，瓣式扣件包括扣件上瓣904和扣件下瓣905，两者之间形成有通孔，主缆6穿过通孔，扣件上瓣904和竖撑杆902连接，扣件上瓣904和扣件下瓣905之间设有螺栓，螺栓自下而上依次穿过扣件下瓣905和扣件上瓣904，并在螺栓的端部设置螺母，将预制刚性框架9、拱肋7锁紧在主缆6上，刚性耳板903设置在横连杆901、拱肋7和竖撑杆902之间，拱肋7和横连杆901、竖撑杆902、刚性耳板903及扣件上瓣904之间采用焊接连接成一体。
58.如图4、5、6所示，上行桥面板系统10设置在拱肋7上，上行桥面板系统10包括多个上行桥面板横肋1002、多个上行桥面板纵肋1003和多个上行桥面板顶板1001，多个上行桥面板横肋1002沿纵向间隔设置在拱肋7上，其中，在两个立面交接部位处之间的上行桥面板
横肋1002是设置在单一个拱肋7上的，位于立面交接部位处外的上行桥面板横肋1002是设置在一对拱肋7上的，上行桥面板纵肋1003沿横向间隔设置在相邻的上行桥面板横肋1002之间，上行桥面板纵肋1003设置在上行桥面板横肋1002和上行桥面板纵肋1003上，形成正交异性桥面板系统，上行桥面板顶板1001的顶部在两侧安装人行栏杆12，位于两侧边的上行桥面板顶板1001和位于河流两岸的接坡3连接。
59.如图4、7所示，下行桥面板系统11设置在位于两个立面交接部位之间的主缆6上，下行桥面板系统11包括多个下行桥面板横肋1102、多个下行桥面板纵肋1103和多个下行桥面板顶板1101，多个下行桥面板横肋1102沿纵向间隔设置在一对扣件上瓣904上，下行桥面板纵肋1103沿横向间隔设置在相邻的下行桥面板横肋1102之间，下行桥面板顶板1101设置在下行桥面板横肋1102和下行桥面板纵肋1103上，形成正交异性桥面板系统，下行桥面板顶板1101的顶部在两侧安装人行栏杆12。
60.一种背索式部分双层悬带拱桥的施工方法，具体包括以下步骤：
61.s1：在河流两岸分别浇筑钻孔灌注桩501、承台502、锚锭1和桥塔4，并通过满堂支架法将一部分拱肋7安装到位；
62.s2：在拱肋7上设置拱缆连接段8，然后在两个桥塔4之间安装两根主缆6，并使主缆6和拱缆交接段8连接，主缆6穿过拱缆交接段8上的上主缆导套802和下主缆导套803；
63.s31：在桥梁纵向，间隔一定的距离，在两根主缆6之间安装下行桥面板横肋1102，横向连接两根主缆6；
64.s3：在拱肋7和主缆6之间安装预制刚性框架9连接拱肋7和主缆6，在拱肋7上安装吊装横连杆901、竖撑杆902、刚性耳板903、扣件上瓣904，并焊接成整体，不断吊装直至拱肋7合拢，扣件上瓣904支承于主缆6上；
65.s32：之后调节主缆6的索力，利用螺栓和螺母将扣件下瓣905和扣件上瓣904紧密连接，并使主缆6位于扣件上瓣904和扣件下瓣905之间，最终使预制刚性框架9、下行桥面板横肋1102和主缆6紧密相连。
66.s4：施工接坡，安装上行桥面板纵肋1003、下行桥面板纵肋1103，再安装上行桥面板顶板1001、下行桥面板顶板1101，安装人行栏杆12。
67.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。