[发明专利]一种斜拉-下承式吊杆拱协作体系桥梁

说明书

本发明涉及一种斜拉‑下承式吊杆拱协作体系桥梁，包括主梁、斜拉索、索塔、边墩、拱肋、吊杆和风撑。所述主梁由所述斜拉索和所述边墩提供支撑。所述拱肋横桥向与索塔平面平行布置，纵桥向拱脚锚固于主梁端部，其余位置通过吊杆与所述主梁相连。所述斜拉索一端锚固于主梁，另一端锚固于索塔，所述风撑与所述拱肋两端刚接。本发明中作用于主梁的外荷载由拱梁组合体系及斜拉桥体系共同承担，拱脚处产生的水平推力可以抵消部分主梁所受的轴向压力，形成主梁受力自平衡。该体系避免了大跨度斜拉桥因索塔高度受到限制导致主梁轴向压力过大而发生失稳破坏，提高了主梁的跨越能力。主梁、索塔、斜拉索的耗材量减小，施工难度降低，结构体系的整体刚度得到了显著提高，抗风性能得到了明显改善。

技术领域

本发明涉及一种桥梁结构形式，特别是一种斜拉-下承式吊杆拱协作体系桥梁。

背景技术

桥梁作为交通基础设施建设的咽喉工程，自改革开放以来，在我国迎来了大规模的建设。随着设计理念的不断提升、计算方法的逐步发展、施工技术的日益成熟，使得桥梁结构的跨越能力逐渐增强，因此形形色色的大跨度桥梁就涌现了出来。斜拉桥是大跨度桥梁的典型代表之一，主要由基础、索塔、主梁和斜拉索组成，其传力途径为受拉的斜拉索对主梁提供多点弹性支撑，并将主梁承受的荷载传递至索塔，再通过塔传至基础。由于主梁受到斜拉索的水平分力作用，等同于一个偏心受压构件，这就使得斜拉桥主梁的截面尺寸相比于普通的梁式桥而言大大减小，结构的自重显著减轻，桥梁结构的跨越能力得到了提高。

由于斜拉桥索塔的高度受到日照温差、支座沉降、风荷载及地震荷载等因素的限制，不能无限制增加，这就会造成主梁的轴向压力因其跨径的增加而增大并逐渐成为斜拉桥设计主要的控制因素，过大的轴向力会使得梁体的稳定性受到影响，限制了斜拉桥跨越能力，而通过增大截面尺寸来提高主梁的整体稳定性会增加桥梁的材料耗费量，并不经济。以上问题表明：当塔高受到限制时，斜拉桥的适用范围就受到了严格的限制，超出了这一范围，就会出现不经济、不安全或不稳定等问题。

桥梁结构体系的组合与协作是解决该类问题的有效途径之一。由于拱桥在竖向荷载作用下，拱脚处会产生水平推力，基于拱结构体系这一受力特点，并与斜拉桥体系合理地组合起来，可以抵消部分斜拉桥主梁所受的轴压力，使两种体系协同作用，从而获得更好的力学和经济性能，但目前尚无针对该受力体系的相关研究且目前应用于工程实践中的斜拉桥与拱桥的协作体系如2002年建成的马来西亚的神·绍加拉桥（Seri Saujana Bridge）及2006年建成的湘潭湘江四桥，均未充分利用两种体系各自的优势，造成结构受力分配并不明确，没有真正地起到两种体系相互弥补的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种斜拉-下承式吊杆拱协作体系，该体系可以适当减小主梁、拱肋及主塔的轴向压力，增强主梁的稳定性及跨越能力，增加体系的整体刚度，减小主梁、索塔、斜拉索及拱肋的耗材量，减小斜拉索自重产生的垂度效应，使拱梁组合体系与斜拉桥体系协同作用，充分发挥出各自的优势。

一种斜拉-下承式吊杆拱协作体系桥梁，包括索塔1、边墩2、主梁3、斜拉索4、拱肋5、吊杆6和风撑7。其中：述主梁3由所述索塔1、所述边墩2以及所述斜拉索4支撑，所述主梁3四周固定于边墩2上，索塔1布置于主梁3中部，所述索塔1通过对称布置的若干个斜拉索4连接主梁3；所述拱肋5布置于主梁3上，横桥向与索塔1平面平行布置，纵桥向拱脚锚固于所述主梁3两端，并通过所述吊杆6与所述主梁3相连；所述风撑7两端分别与所述拱肋5刚接。

本发明中，拱肋5横桥向对称布置于所述主梁3两侧，或布置于所述主梁3中心，拱肋5纵桥向锚固于所述主梁3两端，并支撑于所述边墩2的支座上，所述相邻的吊杆6之间间距、所述吊杆6与所述主梁3间的夹角、所述拱肋5的矢跨比、面外倾斜角度可根据实际情况变化，所述拱肋5、所述吊杆6和所述风撑7的材料可依据实际情况择优选择。

本发明中，索塔1在横桥向对称布置于所述主梁3两侧，或布置于所述主梁3中心，所述索塔1在纵桥向为独塔形式或多塔形式中任一种，塔的线形、截面尺寸和材料可根据实际情况变化。