桥面带坦拱肋的混凝土自锚式悬带桥的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于交通运输桥涵工程领域，尤其涉及一种桥面带坦拱肋的混凝土自锚式 悬带桥。
【背景技术】
[0002] 混凝土悬带桥为美籍华人林同炎先生提出，具有刚度大、节省钢材、施工便捷的优 点。对于混凝土自锚式悬带桥，由于桥面承受了较大的顺桥向压力，需要将桥面尺寸设计 得较厚，使恒载大幅增加；若桥面被设计为水平状态，则在顺桥向压力与活载共同作用下， 桥面会出现下弯，导致桥面的附加弯矩增大，使桥面结构抗压能力削弱，桥面一旦被压溃失 稳，桥梁将失效垮塌。目前，混凝土自锚式悬带桥的桥面在较大的压应力下一般采用上拱线 型，以防止桥面板受下弯作用而被压溃，并分担一定的恒载作用，但这一结构特性影响了桥 梁的桥面线型以及行车舒适性。由于上述局限，使该桥型难以在较高等级公路建设中推广。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题是一种设计科学、结构简单的桥面带坦拱肋的混凝土自 锚式悬带桥，以推动悬带桥在高等级高速公路的应用。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：桥面带坦拱肋的混凝土自锚式 悬带桥，在混凝土自锚式悬带桥的桥面上设置坦拱肋并用系杆与桥面和立柱连接。
[0005] 坦拱肋为桁架式，其线型为悬链线、抛物线或圆弧线；混凝土自锚式悬带桥的下弦 线型为悬链线、抛物线或圆弧线。
[0006] 桥面上设置2-3片坦拱肋；当坦拱肋为3片时，坦拱肋设在桥梁横截面两侧与横截 面中心线处；当坦拱肋为2片时，坦拱肋设在桥梁横截面两侧。
[0007] 坦拱肋靠近支座处的部分为拱肋实腹段，拱肋实腹段长度为2个立柱支撑长度及 跨径的1/6中的较大值。
[0008] 坦拱肋采用钢筋混凝土或钢管混凝土制作。
[0009] 混凝土自锚式悬带桥的下弦悬带的矢跨比为1/15-1/10,坦拱肋的矢跨比为 3/100-5/100。
[0010] 混凝土自锚式悬带桥的下弦悬带结构内钢丝直接现浇在下弦悬带结构混凝土中， 钢丝的端部锚固在支座中。
[0011] 针对现有混凝土自锚式悬带桥存在的问题，发明人设计了一种桥面带坦拱肋的混 凝土自锚式悬带桥，在混凝土自锚式悬带桥的桥面上设置坦拱肋并用系杆与桥面和立柱连 接。通过增设上凸的坦拱肋，使自锚式桥面结构截面的中性线上升，提升了桥面结构重心高 度，并分担一部分桥梁恒载，减小悬带桥下弦对桥面板的轴压应力，又不影响桥面线型与行 车舒适性。本发明混凝土自锚式悬带桥设计科学、结构简单，可以推动悬带桥在高等级高速 公路的应用。
【附图说明】
[0012] 图1是本发明桥面带坦拱肋的混凝土自锚式悬带桥的桥梁横截面结构示意图。
[0013]图2是本发明桥面带坦拱肋的混凝土自锚式悬带桥的跨中横截面使用状态示意 图。
[0014]图3是本发明桥面带坦拱肋的混凝土自锚式悬带桥的坦拱肋-桥面板联合结构与 下弦悬带结构荷载分担比例计算示意图。
[0015] 图中：1坦拱肋（轴线），2下弦混凝土悬带结构（轴线），3纵向钢丝，位柱，5桥 面板，6系杆，7悬带桥支座，8汽车，9拱肋实腹段，10主桥跨径，11下弦悬带矢高，12坦拱肋 矢高，13支座部位下弦悬带与水平方向的夹角0 1，14支座部位坦拱肋-桥面板联合截面与 水平方向的夹角9 2,15坦拱肋与桥面板联合截面形心线。
【具体实施方式】
[0016] -、本发明桥面带坦拱肋的混凝土自锚式悬带桥的基本结构
[0017] 如图1至3所示，本发明的混凝土自锚式悬带桥系在桥面上设置坦拱肋1并用系 杆6与桥面板5和立柱4连接。系杆按受拉构件设计，需要经过结构计算配置足够的受拉钢 筋。坦拱肋为2-3片；当坦拱肋为3片时，坦拱肋设在桥梁横截面两侧与横截面中心线处； 当坦拱肋为2片时，坦拱肋设在桥梁横截面两侧，这样的坦拱肋设置主要是出于安排汽车8 行车道的考虑（图2)。
[0018] 其中，坦拱肋为桁架式，以最大限度的减轻坦拱肋结构的恒载作用；其线型为悬链 线、抛物线或圆弧线；混凝土自锚式悬带桥的下弦线型为悬链线、抛物线或圆弧线。坦拱肋 靠近悬带桥支座7处的部分为拱肋实腹段，由于此处的拱肋较低，构件与桥面间距较小，如 果留缝，既不利于受力，也不利于施工，故而可以做成实腹段。拱肋实腹段9长度为2个立 柱支撑长度及跨径的1/6中的较大值。坦拱肋可采用钢筋混凝土或钢管混凝土制作，当采 用钢管混凝土时，截面计算需要同时考虑混凝土与钢管截面。
[0019] 混凝土自锚式悬带桥的下弦悬带结构2内的纵向钢丝3直接现浇在下弦悬带 结构混凝土中，钢丝的端部锚固在支座中。混凝土自锚式悬带桥的下弦悬带的矢跨比为 1/15-1/10,坦拱肋的矢跨比为3/100-5/100。坦拱肋矢跨比过大将导致较高的建造成本，坦 拱肋与桥面系一起分担的恒载比例可以由以下方法获得：
[0020] 如图3所示，计算坦拱肋与桥面板联合截面的形心高度，坦拱肋的形心方程为 f (x)，坦拱肋的总面积为A2,坦拱肋的材料弹性模量为E2,桥面板有效受压面积为A1，桥面 板弹性模量为E1，拱肋与桥面板联合截面的形心表达式g(x)为：
[0021]
[0022] 拱肋与桥面板联合截面形心在支座部位与水平线的夹角为：
[0023]
[0024] 矢跨比为3/100-5/100之间的坦拱肋与桥面板联合截面可以分担恒载作用比例 可以由以下推导获得：
[0025]
[0026] 式中，T为桥梁的总荷载，T1为悬带结构分担的荷载，T2为坦拱肋与桥面板联合截 面分担的荷载，9 1为支座部位下弦悬带与水平方向的夹角，9 2为支座部位坦拱肋与桥面 板联合截面与水平方向的夹角，0 1、0 2可根据曲线的表达式与矢跨比求得，故有：
[0027]
[0028] 二、本发明桥面带坦拱肋的混凝土自锚式悬带桥的应用实例
[0029] 某地设计一座跨径为72m的自锚式悬带桥，设计矢跨比为1/12,桥宽14m，桥面 板厚度为〇. 2m，下弦矢高为6m，设计坦拱肋的高度为3m，共设置三片，布置在横截面的 两侧以及中心线处；坦拱肋的设计轴线为二次抛物线，单根坦拱肋截面积为高X宽= 0. 8mX 0. 5m，拱肋的材料与桥面板的材料都为C40混凝土，则坦拱肋-桥面板联合截面的形 心表达式g (x)为：
[0030]
[0031]
[0032] 0 != 18. 43°
[0033] T2= 0. 143T
[0034] 计算结果表明，坦拱肋-桥面板联合截面分担了 14. 3%的恒载；坦拱肋-桥面板 联合截面在跨中的形心提高了 1. 〇m，改变了桥面板可能出现的下弯-压溃失稳的受力状 态；且本桥的桥面板厚度仅为20cm，大幅降低了桥面结构自重，与坦拱肋增加的自重可以 大致抵消。
【主权项】
1. 一种桥面带坦拱肋的混凝土自锚式悬带桥，其特征在于在混凝土自锚式悬带桥的桥 面上设置坦拱肋并用系杆与桥面和立柱连接。2. 根据权利要求1所述的桥面带坦拱肋的混凝土自锚式悬带桥，其特征在于：所述坦 拱肋为桁架式，其线型为悬链线、抛物线或圆弧线；所述混凝土自锚式悬带桥的下弦线型为 悬链线、抛物线或圆弧线。3. 根据权利要求2所述的桥面带坦拱肋的混凝土自锚式悬带桥，其特征在于：所述桥 面上设置2-3片坦拱肋；当坦拱肋为3片时，坦拱肋设在桥梁横截面两侧与横截面中心线 处；当坦拱肋为2片时，坦拱肋设在桥梁横截面两侧。4. 根据权利要求3所述的桥面带坦拱肋的混凝土自锚式悬带桥，其特征在于：所述坦 拱肋靠近支座处的部分为拱肋实腹段，拱肋实腹段长度为2个立柱支撑长度及跨径的1/6 中的较大值。5. 根据权利要求4所述的桥面带坦拱肋的混凝土自锚式悬带桥，其特征在于：所述坦 拱肋采用钢筋混凝土或钢管混凝土制作。6. 根据权利要求1所述的桥面带坦拱肋的混凝土自锚式悬带桥，其特征在于：所述混 凝土自锚式悬带桥的下弦悬带的矢跨比为1/15-1/10,坦拱肋的矢跨比为3/100-5/100。7. 根据权利要求6所述的桥面带坦拱肋的混凝土自锚式悬带桥，其特征在于：所述混 凝土自锚式悬带桥的下弦悬带结构内钢丝直接现浇在下弦悬带结构混凝土中，钢丝的端部 锚固在支座中。
【专利摘要】本发明公开了一种桥面带坦拱肋的混凝土自锚式悬带桥，在混凝土自锚式悬带桥的桥面上设置坦拱肋并用系杆与桥面和立柱连接。通过增设上凸的坦拱肋，使自锚式桥面结构截面的中性线上升，提升了桥面结构重心高度，并分担一部分桥梁恒载，减小悬带桥下弦对桥面板的轴压应力，又不影响桥面线型与行车舒适性。本发明混凝土自锚式悬带桥设计科学、结构简单，可以推动悬带桥在高等级高速公路的应用。
【IPC分类】E01D19/12, E01D11/02
【公开号】CN105064201
【申请号】CN201510454255
【发明人】陈齐风, 邱波, 高建明, 罗月静, 徐赵东, 郝天之, 刘世建, 李保军, 桂涛锋, 王莹
【申请人】广西交通科学研究院
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年7月29日