一种组合桥梁结构体系的制作方法

本实用新型属于桥梁结构技术领域，具体涉及一种组合桥梁结构体系。

背景技术：

螺旋拱桥为一种新颖的空间拱桥，国外的螺旋拱桥有新加坡双螺旋桥，该桥为人行桥，全长280m，两条螺旋曲线相互缠绕形成桥跨结构的主要受力体系。

国内的螺旋拱桥有北京三山桥，该桥设双向4车道，两侧有人行道，全长452m，三山桥也采用了双螺旋拱结构，两条螺旋拱在顶部与底部互为交叉支撑，桥面通过高强度钢索悬吊于桥梁结构，钢索构成的波状表面围合成桥梁的内部空间。

螺旋拱桥采用双螺旋拱结构不仅外观新颖、美观，而且有利于增强结构整体稳定，保证桥梁极限承载及正常使用要求。然而，双螺旋拱对桥面系形成了环抱笼罩效果，影响行车视野。另外，相互交叉的两条双螺旋空间拱及拱上布置的空间索网体系的施工难度也较大，不利于此类桥型的实际运用。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种组合桥梁结构体系，以消除现有双螺旋桥所存在的缺陷，同时兼具双螺旋拱的结构优势。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种组合桥梁结构体系，包括两端搭接在桥台上的桥面系，还包括螺旋拱、吊索及悬索；桥面系包括正交设置的纵梁、横梁、桥面板以及斜设在纵梁与横梁间的斜横梁，横梁两端设耳板，斜横梁两端的底部处设有支座；螺旋拱的线形为沿桥面系纵向螺旋前进的空间椭圆线，椭圆线的长短轴固定不变，螺旋拱内侧设有支座承托；单条螺旋拱沿桥面系纵向绕在桥面系外且螺旋拱两端锚固在桥台上，位于桥面系下方的螺旋拱拱底支撑在桩基承台上；支座支撑在支座承托上；吊索上端固连在位于桥面系上方的螺旋拱拱顶部，下端则固连在横梁的中心处；设置在桥面板两侧的悬索穿过耳板上的预留孔并对应锚固在螺旋拱上及桥面系的端部处。

进一步，吊索包括直吊索与斜吊索，直吊索竖直连接在螺旋拱与桥面系之间，多条斜吊索对称设置在直吊索两侧。

进一步，斜吊索与桥面系纵断面间的夹角α满足60°≤α＜90°，斜吊索与桥面系横断面间的夹角β满足65°≤β＜90°。

进一步，螺旋拱为钢管混凝土结构，包括截面为方形格构式的梁及截面为圆形的管体，圆形管体包在方形格构式梁外。

进一步，螺旋拱将桥面系分隔出中跨与边跨三个不等跨，其中中跨跨径不超过150m，边跨跨度为中跨跨度的0.75～0.85倍。

进一步，桥面系左右两侧各设三根悬索，悬索垂跨比取值在1/15～1/45之间。

进一步，斜横梁与桥面板纵向轴线的斜交角度在40°～50°范围。

本实用新型的有益效果在于：

(1)造型美观，螺旋拱柔和曲线与简洁的桥面系相匹配，桥面系的横梁采用鱼腹梁式构造，与两侧耳板共同构成U型构件，桥梁整体结构体系轻巧美观。

(2)行车视野好，螺旋拱上采用单索面布置，斜吊索与桥横断面的夹角不小于65°，两侧悬索高度也较低，使得桥面行车视野开阔，无笼罩感。

(3)施工方便，正交异性钢桥面板、纵横梁体系、螺旋拱均为钢预制构件，采用节段拼装方法施工，施工技术成熟、架设速度快、施工质量易于保证。

(4)整体结构安全稳定，吊索、穿过横梁左右两侧耳板的悬索以及斜横梁两端底部支座对桥面系形成三层支撑，结构强度、刚度和稳定性均可满足相关规范要求。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本实用新型提供如下附图进行说明：

图1为本实用新型的主视图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的侧视图；

图4为悬索与螺旋拱配合的断面图；

图5为斜吊索与螺旋拱配合的断面图；

图6为直吊索与螺旋拱配合的断面图；

图7为纵横梁布置示意图；

图8为桥面系断面图。

图中，1-螺旋拱，2-直吊索，3-斜吊索，4-悬索，5-横梁，6-纵梁，7-斜横梁，8-桥面板，9-耳板，10-支座，11-支座承托，12-台座，13-桩基承台，14-桥台，15-中跨，16-边跨。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。

一种组合桥梁结构体系，包括两端搭接在桥台14上的桥面系，还包括螺旋拱1、吊索及悬索4；单条螺旋拱1沿桥面系纵向绕在桥面系外且螺旋拱1两端锚固在桥台14上，位于桥面系下方的螺旋拱1拱底通过底部的台座12支撑在桩基承台13上；桥面系的侧面底部处设有支座10，支座10支撑在位于螺旋拱内侧的支座承托11上；吊索上端固连在位于桥面系上方的螺旋拱1拱顶部，下端则固连在桥面系的纵向中轴线处；设置在桥面系两侧的悬索4对应锚固在螺旋拱1上及桥面系的端部处。该结构体系中，单条螺旋拱1是沿桥面系纵向斜跨桥面的，用以承受上部结构恒、活载；而吊索则为桥面系的第一层支撑，悬索4做为桥面系的第二层支撑，支座10为桥面系的第三层支撑，各层支撑的反力都由螺旋拱1承担，最终传递至桥台14、拱底台座12及其底部的桩基承台13。三层支撑使得该结构体系的强度、刚度和稳定性均满足相关规范要求。

该结构体系中，螺旋拱1的线形为沿桥面系纵向螺旋前进的空间椭圆线，椭圆线的长短轴固定不变，且长短轴之比在1.5～3.0之间。螺旋拱1为钢管混凝土结构，包括了截面为方形格构式的梁101及截面为圆形的管体102，圆形管体102包在方形格构式梁101外。螺旋拱1中位于桥面系标高以下节段的管体内填充有微膨胀混凝土。该螺旋拱1两端锚固在桥台14上，拱底的台座12支撑在桩基承台13上，而标高以下节段的管体内又填充有微膨胀混凝土，使得该节段实际起桥墩作用，从而确保了螺旋拱1作为受力体系的可靠性。需要说明的是，此处的管体102优选不锈钢管。

该结构体系中，桥面系包括正交设置的纵梁6与横梁5、以及铺在纵梁6与横梁5上的桥面板8，纵梁6与横梁5间还斜设有斜横梁7。具体的，桥面板8为正交异性钢桥面板，横梁5为鱼腹梁式构造，两端设有耳板9，悬索4穿过耳板9上的预留孔；而纵梁7则采用倒T型截面；斜横梁7与桥面板8纵向轴线的斜交角度在40°～50°范围，支座10是设置在斜横梁7两端底部处的，斜横梁7两端底部支座10连线与桥面板8纵向轴线交点位于桩基承台13的纵断面轴线位置附近，支座10与螺旋拱1内侧的支座承托11相固连，以确保力分布的均匀性及螺旋拱对桥面系支撑的稳定性及可靠性。

该结构体系通过单条螺旋拱与简洁的桥面系相匹配，使得桥梁整体结构体系轻巧美观。桥面系以及螺旋拱均为钢预制构件，可采用节段拼装方法施工，架设速度快且施工质量易于保证。

该结构体系中，吊索包括直吊索2与斜吊索3，直吊索2竖直连接在螺旋拱1与桥面系之间，多条斜吊索3对称设置在直吊索2两侧。具体的，直吊索2上端固连在螺旋拱1拱顶最高点处，下端竖直锚固在桥面系的横梁5中心处；而斜吊索3则在一定范围内分布在直吊索2两侧，其中斜吊索3上端与螺旋拱1拱顶部(非最高点)固连，下端锚固在桥面系的横梁中心处。直吊索2与斜吊索3形成单排空间索面。为避免纵横梁体系承受过大纵向力，吊索与桥面系纵断面的夹角不小于60°，即斜吊索3与桥面系纵断面间的夹角α满足60°≤α＜90°；为保证桥上行车视野，吊索与桥面系横断面的夹角不小于65°，即斜吊索3与桥面系横断面间的夹角β满足65°≤β＜90°。

优选的，螺旋拱1将桥面系分隔出中跨与边跨三个不等跨，边跨16跨度为中跨15跨度的0.75～0.85倍。

以下以一具体实施例为例进行说明：

该结构体系中，螺旋拱1将桥面系分隔出中跨与边跨三个不等跨，其中中跨15跨径不超过150m，边跨16跨度为中跨15跨度的0.75～0.85倍。

桥面系中的横梁5采用鱼腹梁式构造，纵向间距5m～8m，横梁5左右两侧设耳板8，横梁5与耳板8采用螺栓连接并形成U型结构，使桥梁整体结构体系轻巧美观。纵梁6采用倒T型截面，横向间距2.0～3.0m，纵梁6高度为横梁5高度的0.8～0.9倍。纵横梁体系中的斜横梁7与横梁5等高。

螺旋拱1顶一定范围内设直吊索2与斜吊索3，直吊索2与斜吊索3形成单排空间索面。

桥面系左右两侧各设3根悬索，悬索4一端锚固在该侧螺旋拱上，另一端锚固于主梁端部，悬索4采用低垂跨比，取值在1/15～1/45之间；耳板9的高度与倾斜角度沿桥纵向变化以适应悬索4沿桥纵向的直线线型。

桥面系中的斜横梁7与桥纵向轴线的斜交角度在40°～50°范围，斜横梁7两端底部支座10连线与桥纵向轴线交点位于桩基承台13的纵断面轴线位置附近，相邻桩基承台13的纵断面轴线之间的距离为桥中跨15跨径，桥台14处主梁支座中心与邻近桩基承台13的纵断面轴线之间的距离为桥边跨16跨径。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。