[发明专利]基于弯压设计理论的大跨度组合拱桥及设计建造方法

说明书

本发明公开了一种基于弯压设计理论的大跨度组合拱桥及设计建造方法，所述拱桥包括能够承受拉力或压力作用的拱脚段和空腹结构的拱腹‑拱顶段，拱脚段的拱轴线部分为收敛式的复合曲线，其曲率发生变化，拱脚段与拱腹‑拱顶段刚性连接，结构连续，两者之间连接点的切线斜率一致，拱脚段的曲率逐渐变大直至接近90度，仅有竖向分力，水平分力接近为0，减小了主拱水平30％～64％的推力、提高了横向35％～55％的稳定性，减少或取消克服水平推力所需要的水平系杆，从而节省造价，能够充分发挥组合结构材料既能够受压又能够抗拉的力学优势和大跨度拱桥的经济跨越能力，提高了截面效率。

技术领域

本发明涉及大跨度桥梁及建筑结构领域，特别涉及基于弯压设计理论的大跨度组合拱桥及设计建造方法。

背景技术

我国是古代拱桥王国。拱桥是我国大跨度桥梁的主要桥型之一，同时作为一种古老的桥式，以其跨越能力大、承载能力高、可用材料灵活、造价经济、养护维修费用少、造型美观等特有的技术优势而成为建筑历史最悠久、竞争力较强的桥梁，并且常盛不衰。

如图1所示的拱桥一般建在基础较好的地区，平原地区或软土地基地区修建拱桥基础处理繁琐，工程量大，成本高，据调查资料，平原地区修建的拱桥容易出现桥台位移，拱顶下降，拱肋开裂等问题。

现有技术中的传统拱桥，一般采用石材或混凝土建筑材料，抗压不抗拉，其拱轴线沿着压力线布置，拱脚的支撑面呈一定的倾角A，A常用角度为30-60度，拱脚的水平分力大，导致拱顶截面压应力大，拱的横向稳定性所需的拱截面尺寸增大，造成材料和自重增加，水平系杆和调索数量也随之增加，从而明显增加造价，降低了大跨度拱桥的经济跨越能力。

现代组合拱桥，虽然采用了新型钢混组合结构材料，但大多仍沿用传统的拱轴线，还是采用轴压设计理论，没有能够充分发挥组合结构材料既能够受压又能够抗拉的力学优势，拱脚水平推力没有能够有效降低，主拱截面尺寸不是由强度计算控制，而是由稳定性计算控制，稳定性计算所需要的截面比强度计算所需截面明显偏大，主拱截面不是很经济，没有能够充分提高大跨度拱桥的经济跨越能力。

现有技术中，建造拱桥时，一般需要悬挂模板或支架，通过现浇拱肋混凝土或预制安装等方式进行施工，桥梁自重大，施工复杂，少支架或无支架施工必然是大跨度拱桥的发展方向。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于弯压设计理论的大跨度组合拱桥，旨在解决现有技术中的传统拱桥一般采用石材或混凝土建筑材料，抗压不抗拉，其拱轴线沿着压力线布置，拱脚的水平分力大，导致拱顶截面压应力大，拱的横向稳定性所需的拱截面尺寸增大，造成材料和自重增加，水平系杆和调索数量也随之增加，从而造价高，降低了大跨度拱桥的经济跨越能力的技术问题；还解决现代组合拱桥虽然采用了新型钢混组合结构材料，但大多沿用传统的拱轴线，仍采用轴压设计理论，没有能够充分发挥组合结构材料既能够受压又能够抗拉的力学优势，拱脚水平推力没有能够有效降低，主拱截面不是很经济，没有能够充分提高大跨度拱桥的经济跨越能力的技术问题。

本发明实施例是这样实现的，一种基于弯压设计理论的大跨度组合拱桥，所述拱桥包括能够承受拉力或压力作用的拱脚段1和空腹结构的拱腹-拱顶段2；

拱脚段1的拱轴线部分为收敛式的复合曲线，其曲率发生变化；

所述空腹结构为钢结构；

根据大跨度组合结构拱桥复合式拱轴线一般方程计算确定所述复合曲线，所述一般方程为：

4m²[(x-x₀)cosa+(y-y₀)sina]²+[(x-x₀)sina-(y-y₀)cosa]²＝m²l