一种梁拱结构和梁拱组合桥的制作方法

本发明涉及桥梁工程领域，特别涉及一种梁拱结构和梁拱组合桥。

背景技术：

梁拱组合桥将大跨度连续梁和拱两种结构体系有机结合在一起，二者共同协作将跨径范围内的荷载传递到支座上。拱的优点是结构刚度大、承载潜力大、材料利用率高；梁的优点是可以直接承担列车荷载并能承担较大的拉力，因此二者组合，既能发挥它们各自的优点，又能克服它们各自的缺点，是一种结构受力合理、外形美观、新颖的桥梁结构体系。

现有梁拱组合桥根据吊杆的布置方式可划分为两类，第一类是采用竖直吊杆，如图1所示；第二类采用交叉斜吊杆，如图2所示，该种吊杆布置方式也叫尼尔森体系，交叉斜吊杆相对于竖直吊杆布置形式，可以提高拱肋结构的整体刚度，但为了避开交叉吊杆在空间上的冲突，需要采用提篮拱结构(即两片拱肋需要向桥梁内侧倾斜)，提篮拱与交叉斜吊杆组合的拱肋构造十分复杂，因此在实际设计中采用很少，已建的梁拱组合桥基本上都采用了竖直吊杆。

如图1或2所示，两个相邻桥墩6上分别设置一个拱座1，两个拱座1之间连接主梁3以及拱肋2，拱肋2位于主梁3上部，拱肋2和主梁3之间设置若干个吊杆4，拱肋2与拱座1相交处的拱肋2截面称为拱脚截面，拱脚截面是拱肋2受力最大的截面，也是梁拱组合桥设计的控制部位；无论采用竖直吊杆还是交叉斜吊杆，现有梁拱组合桥的拱脚截面受力都比较大，且已成为该类桥梁设计的主要控制因素之一；如何降低拱脚截面的内力，是拱桥设计者们一直在思考和需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的拱脚截面受力大，影响结构的安全性的上述不足，提供一种梁拱结构和梁拱组合桥。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种梁拱结构，包括两个拱座，两个所述拱座之间连接有拱肋和主梁，所述主梁和所述拱肋之间间隔设置若干个吊杆，所有所述吊杆关于所述拱肋跨中对称设置且均不交错，每个所述吊杆分别相对所述拱肋跨中倾斜设置且每个所述吊杆的底部靠向所述拱肋跨中。

采用本发明所述的一种梁拱结构，相较现有竖直吊杆梁拱结构或者尼尔森体系梁拱结构，由于吊杆关于拱肋跨中对称设置且不交错，并向拱肋跨中倾斜设置，能够有效增大所有吊杆对拱肋拉力水平分力的合力大小，以此减小拱肋对拱座的推力，即减小拱脚截面的受力，该结构简单可靠，采用现有方法即可施工，有效降低拱脚截面的内力，同样面积的拱脚截面下增大结构的安全系数，同样安全系数下减少拱脚截面的面积大小以及减少拱座的设计难度和建造用料。

优选地，所述吊杆与所述主梁的倾角为θ，60°≤θ＜90°。

此处需要说明的是，第i个所述吊杆与所述主梁的倾角为θ_i，60°≤θ_i＜90°。

优选地，所述拱肋跨中处竖直设置所述吊杆。

优选地，所述吊杆为柔性吊杆，包括吊索和护管，所述护管套接于所述吊索外。

优选地，所述护管采用不锈钢材质。

优选地，所有所述吊杆与所述拱肋位于同一平面内。

优选地，每个所述吊杆的连接部位设有防水罩。

优选地，所述主梁连接所述吊杆处设有防水结构，所述防水结构包括设于所述主梁上部的突起，所述突起具有坡度，且由所述吊杆向下倾斜至所述主梁顶面。

采用这种结构，雨水落入吊杆连接主梁顶部的位置时，顺着突起的斜坡流向主梁顶面其他地方，保证突起处不残留积水。

优选地，所述坡度大于或者等于2％，设置所述坡度的范围和所述坡度的数值根据当地暴雨强度确定。

本发明还提供了一种梁拱组合桥，包括至少一个如以上任一项所述的梁拱结构和若干个桥墩，每个所述梁拱结构的两个所述拱座设于其中相邻两个所述桥墩上，其余相邻两个所述桥墩之间设置主梁。

采用本发明所述的一种梁拱组合桥，相较现有竖直吊杆梁拱组合桥或者尼尔森体系梁拱组合桥，由于吊杆关于拱肋跨中对称设置且不交错，并向拱肋跨中倾斜设置，能够有效增大所有吊杆对拱肋拉力水平分力的合力大小，以此减小拱肋对拱座的推力，即减小拱脚截面的受力，该结构简单可靠，采用现有方法即可施工，有效降低拱脚截面的内力，同样面积的拱脚截面下增大结构的安全系数，同样安全系数下减少拱脚截面的面积大小以及减少拱座的设计难度和建造用料。

优选地，所述梁拱结构还包括吊杆横梁，所述吊杆横梁位于所述主梁下部且沿所述主梁横断面设置，所述吊杆穿过所述主梁并连接于所述吊杆横梁。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、运用本发明所述的一种梁拱结构，相较现有竖直吊杆梁拱结构或者尼尔森体系梁拱结构，由于吊杆关于拱肋跨中对称设置且不交错，并向拱肋跨中倾斜设置，能够有效增大所有吊杆对拱肋拉力水平分力的合力大小，以此减小拱肋对拱座的推力，即减小拱脚截面的受力，该结构简单可靠，采用现有方法即可施工，有效降低拱脚截面的内力，同样面积的拱脚截面下增大结构的安全系数，同样安全系数下减少拱脚截面的面积大小以及减少拱座的设计难度和建造用料；

2、运用本发明所述的一种梁拱结构，所述主梁连接所述吊杆处设有防水结构，所述防水结构包括设于所述主梁上部的突起，所述突起具有坡度，且由所述吊杆向下倾斜至所述主梁顶面，采用这种结构，雨水落入吊杆连接主梁顶部的位置时，顺着突起的斜坡流向主梁顶面其他地方，保证突起处不残留积水；

3、运用本发明所述的一种梁拱组合桥，相较现有竖直吊杆梁拱组合桥或者尼尔森体系梁拱组合桥，由于吊杆关于拱肋跨中对称设置且不交错，并向拱肋跨中倾斜设置，能够有效增大所有吊杆对拱肋拉力水平分力的合力大小，以此减小拱肋对拱座的推力，即减小拱脚截面的受力，该结构简单可靠，采用现有方法即可施工，有效降低拱脚截面的内力，同样面积的拱脚截面下增大结构的安全系数，同样安全系数下减少拱脚截面的面积大小以及减少拱座的设计难度和建造用料。

附图说明

图1为现有竖直吊杆梁拱组合桥的结构示意图；

图2为现有尼尔森体系梁拱组合桥的结构示意图；

图3为本发明所述的梁拱组合桥的结构示意图；

图4为图3的局部侧视图；

图5为防水结构的示意图；

图6为梁拱结构的受力示意图；

图7为拱肋X方向受力示意图。

图中标记：1-拱座，2-拱肋，3-主梁，31-突起，4-吊杆，41-吊索，42-护管，5-防水罩，6-桥墩，7-吊杆横梁。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例

如图3-7所示，本发明所述的一种梁拱组合桥，包括至少一个梁拱结构和若干个桥墩6，每个所述梁拱结构的两个所述拱座1设于其中相邻两个所述桥墩6上，其余相邻两个所述桥墩6之间设置主梁3。

所述梁拱结构包括两个拱座1，两个所述拱座1之间连接有拱肋2和主梁3，所述主梁3和所述拱肋2之间间隔设置若干个吊杆4，所有所述吊杆4关于所述拱肋2跨中对称设置且均不交错，每个所述吊杆4分别相对所述拱肋2跨中倾斜设置且每个所述吊杆4的底部靠向所述拱肋2跨中。第i个所述吊杆4与所述主梁3的倾角为θ_i，60°≤θ_i＜90°。

作为本实施例的一个优选方案，所述拱肋2跨中处竖直设置所述吊杆4，所有所述吊杆4与所述拱肋2位于同一平面内。如图4所示，所述梁拱结构还包括吊杆横梁7，所述吊杆横梁7位于所述主梁3下部且沿所述主梁3横断面设置，所述吊杆4穿过所述主梁3并连接于所述吊杆横梁7。

如图5所示，所述吊杆4为柔性吊杆，包括吊索41和护管42，所述护管42套接于所述吊索41外，所述护管42采用不锈钢材质。每个所述吊杆4的连接部位设有防水罩5。所述主梁3连接所述吊杆4处设有防水结构，所述防水结构包括设于所述主梁3上部的突起31，所述突起31具有坡度，且由所述吊杆4向下倾斜至所述主梁3顶面，采用这种结构，雨水落入吊杆4连接主梁3顶部的位置时，顺着突起的斜坡流向主梁3顶面其他地方，保证突起31处不残留积水；所述坡度等于2％。

如图6所示，在所述主梁3自重和荷载的作用下，第i个所述吊杆4对所述拱肋2的作用拉力为f_i，所述拱肋2在自重和所述吊杆4拉力作用下会对所述拱座1产生作用推力F，由作用力和反作用力原理，所述拱座1也会对拱脚截面产生反向推力F，拉力f_i和推力F可分解为水平x方向和竖直y方向的分力。

根据所述拱肋2的y方向受力平衡可知，外荷载产生的y方向竖直力之和为0，所述拱肋2自重和所有所述吊杆4竖向拉力∑f_iy与所述拱座1推力F的竖向分量F_y方向相反，故所述拱肋2自重和所有所述吊杆4竖向拉力∑f_iy之和等于所述拱座1推力F的竖向分量F_y，F_y只与竖向荷载有关，与所述吊杆4是否倾斜无关。

如图7所示，根据所述拱肋2的x方向受力平衡可知，外荷载产生的x方向水平力之和为0，由于所述拱肋2受力关于其跨中对称，左、右半所述拱肋2的x方向水平分力大小相等、方向相反，其中左半所述拱肋2的x方向水平分力为H_左＝(∑f_ix+F_x)，右半所述拱肋2的x方向水平分力为H_右＝-(∑f_ix+F_x)。

对于相同跨度的梁拱组合桥，无论所述吊杆4采用哪种连接形式(指所述吊杆4采用竖直设置、尼尔森体系设置或者倾斜设置)，在外荷载一定时，外荷载产生的x方向水平分力(∑f_ix+F_x)是恒定的，增大∑f_ix即可减小F_x；

对于现有竖直吊杆梁拱组合桥，所述吊杆4竖向倾角为0，所述吊杆4无水平分力及∑f_ix为0，此时F_x最大，又F_y只与竖向荷载有关，与所述吊杆4是否倾斜无关，故此时F_x和F_y的合力F最大，拱脚截面及所述拱座1受力最大；

对于现有尼尔森体系梁拱组合桥，相邻的所述吊杆4倾斜角度相反，其产生的水平分力大部分相互抵消，∑f_ix很小且不易调整，∑f_ix对F_x影响很小，有时还可能会起负作用，此时F_x较大，故此时F_x和F_y的合力F较大，拱脚截面及所述拱座1受力较大；

对于本发明所述的梁拱组合桥，由于所述吊杆4倾斜设置，相较竖直吊杆梁拱组合桥和尼尔森体系梁拱组合桥能够增大∑f_ix，因此本发明所述的梁拱组合桥F_x较小，F_x和F_y的合力F较小，拱脚截面及所述拱座1受力大大减小。

运用本发明所述的一种梁拱组合桥，相较现有竖直吊杆梁拱组合桥或者尼尔森体系梁拱组合桥，由于吊杆4关于拱肋2跨中对称设置且不交错，并向拱肋2跨中倾斜设置，能够有效增大所有吊杆4对拱肋2拉力水平分力的合力大小，以此减小拱肋2对拱座1的推力，即减小拱脚截面的受力，该结构简单可靠，采用现有方法即可施工，有效降低拱脚截面的内力，同样面积的拱脚截面下增大结构的安全系数，同样安全系数下减少拱脚截面的面积大小以及减少拱座1的设计难度和建造用料。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。