一种钢管混凝土桁式主拱的腹杆结构及桥梁的制作方法

本发明涉及桥梁领域，特别是一种钢管混凝土桁式主拱的腹杆结构及桥梁。

背景技术：

钢管混凝土拱桥作为一种优异的钢—混凝土组合结构桥梁，近年来得到了快速发展，钢管混凝土桁式拱桥的主拱腹杆布置主要采用“n形”布置，斜腹杆与主拱的轴线夹角一般为30°～60°，该布置形式的腹杆自由长度大于等于主拱截面高度，腹杆自由长度一般为主拱截面高度的1.15-2倍。

随着钢管混凝土拱桥跨径不断增大，主拱截面高度增加，连接主拱上下弦杆的腹杆长度随之增加，导致受压腹杆的局部稳定问题愈发突出。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对现有技术存在的随着钢管混凝土拱桥跨径不断增大，主拱截面高度增加，连接主拱上下弦杆的腹杆长度随之增加从而影响受压腹杆局部稳定性的问题，提供一种钢管混凝土桁式主拱的腹杆结构及桥梁。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种钢管混凝土桁式主拱的腹杆结构，包括若干组腹杆组件；

所述腹杆组件包括横腹杆和两根斜腹杆，所述横腹杆和两根斜腹杆围成三角单元，其中；

所述横腹杆的两端分别用于连接同侧主拱的上弦杆和下弦杆，其中一根所述斜腹杆的一端用于与上弦杆相连接，该所述斜腹杆的另一侧与相邻所述腹杆组件中的所述横腹杆中部相连接；另一根所述斜腹杆的一端用于与下弦杆相连接，该所述斜腹杆的另一侧与相邻所述腹杆组件中的所述横腹杆中部相连接。

本发明所述的三角单元是指横腹杆和两根斜腹杆围成受力的三角单元，并不限定横腹杆和两根斜腹杆两两之间相互直接连接。

一种钢管混凝土桁式主拱的腹杆结构，通过上述结构，腹杆组件包括横腹杆和两根斜腹杆，且横腹杆和两根斜腹杆围成三角单元，且其中一根斜腹杆的一端与上弦杆相连，该斜腹杆另一端与相邻腹杆组件的横腹杆中部相连，另一根斜腹杆的一端与下弦杆相连，该斜腹杆另一端与相邻腹杆组件的横腹杆中部相连，斜腹杆和横腹杆的自由长度均小于等于主拱截面高度，减小腹杆的自由长度和长细比，且若沿主拱横截面方向进行切割，其切线方向与腹杆组件至少有两个交点，提高了腹杆的抗压刚度和抗剪刚度，有效避免了主拱腹杆局部失稳现象。

本发明所述的腹杆的自由长度是指：杆件的两节点之间的距离。

本发明所述的截面高度为主拱上下弦杆之间的垂直距离。

作为本发明的优选方案，同一所述腹杆组件中的两根所述斜腹杆长度相等。

作为本发明的优选方案，两根所述斜腹杆相连的端部与相邻所述腹杆组件的所述横腹杆的中点相连接。

作为本发明的优选方案，所述横腹杆和两根所述斜腹杆依次首尾连接，并围成所述三角单元。通过上述结构，横腹杆和两根斜腹杆依次首尾直接连接，能够通用化，节约制作成本。

一种桥梁，包括上述腹杆结构，还包括主拱；

所述主拱包括上弦杆和下弦杆，所述腹杆设置在所述上弦杆和所述下弦杆之间。

一种桥梁，通过上述结构，采用上述腹杆结构能够有效减小腹杆的自由长度，提高了腹杆的抗压刚度和抗剪刚度，有效避免了主拱腹杆局部失稳现象。

作为本发明的优选方案，所述横腹杆的一端与所述上弦杆固定连接，所述横腹杆的另一端与所述下弦杆固定连接。

作为本发明的优选方案，所述斜腹杆与所述上弦杆和所述下弦杆的轴线夹角不小于30度。

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、一种钢管混凝土桁式主拱的腹杆结构，通过上述结构，腹杆组件包括横腹杆和两根斜腹杆，且横腹杆和两根斜腹杆围成三角单元，且其中一根斜腹杆的一端与上弦杆相连，该斜腹杆另一端与相邻腹杆组件的横腹杆中部相连，另一根斜腹杆的一端与下弦杆相连，该斜腹杆另一端与相邻腹杆组件的横腹杆中部相连，斜腹杆和横腹杆的自由长度均小于等于主拱截面高度，减小腹杆的自由长度和长细比，且若沿主拱横截面方向进行切割，其切线方向与腹杆组件至少有两个交点，提高了腹杆的抗压刚度和抗剪刚度，有效避免了主拱腹杆局部失稳现象。

2、一种桥梁，通过上述结构，采用上述腹杆结构能够有效减小腹杆的自由长度，提高了腹杆的抗压刚度和抗剪刚度，有效避免了主拱腹杆局部失稳现象。

附图说明

图1是现有技术中钢管混凝土桁式主拱的腹杆采用“n形”布置时的结构示意图。

图2是本发明所述的一种钢管混凝土桁式主拱的腹杆结构及桥梁的结构示意图。

图3是本发明所述的一种钢管混凝土桁式主拱的腹杆结构在拱脚处的结构示意图。

图标：1-主拱；11-上弦杆；12-下弦杆；2-腹杆组件；21-横腹杆；22-斜腹杆；a-斜腹杆与弦杆的轴线夹角。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

如图1-图3所示，本实施例提供了一种钢管混凝土桁式主拱的腹杆结构，包括腹杆组件2；

腹杆组件2的数量为若干组，若干组腹杆组件2同向设置，相邻腹杆组件2固定连接；

腹杆组件2包括横腹杆21和两根斜腹杆22，横腹杆21和两根斜腹杆22依次首尾连接，并围成三角单元；

横腹杆21的两端分别用于与主拱1的上弦杆11和下弦杆12垂直设置，其中一根斜腹杆22的一端用于与对应侧的主拱1的上弦杆11相连接，该斜腹杆22的另一端与相邻腹杆组件2中的横腹杆21的中点相连接；另一根斜腹杆22的一端用于与对应侧的主拱1的下弦杆12相连接，该斜腹杆22的另一侧与相邻腹杆组件2中的横腹杆21中部相连接。

同一腹杆组件2中的两根斜腹杆22的长度相等。

本实施例还提供了一种桥梁，包括上述腹杆结构，还包括主拱1；

腹杆组件2固定设置在主拱1上；

具体的，主拱1包括上弦杆11和下弦杆12，腹杆组件2设置在上弦杆11和下弦杆12之间。

横腹杆21的一端与上弦杆11固定连接，横腹杆21的另一端与下弦杆12固定连接。

斜腹杆22与上弦杆11和下弦杆12的轴线夹角a不小于30度。

本实施例还提供了腹杆组件2的布置方法，包括以下步骤：

s1：首先根据主拱1的受力情况，计算主拱1腹杆组件2所需要的抗剪刚度；分别确定腹杆组件2的两根斜腹杆22和主拱1弦杆形成的夹角；

具体的，腹杆组件2的抗剪刚度公式为：

k＝efdsinαsin2α

其中，k为腹杆组件2的抗剪刚度；e为腹杆组件2的弹性模量；fd为腹杆组件2的斜腹杆22的截面积；α为斜腹杆22和主拱1弦杆形成的夹角；

腹杆组件2的斜腹杆22可以根据腹杆组件2的抗剪刚度需要，确定腹杆组件2与主拱1弦杆的角度，从而确定腹杆组件2的布置；

具体的，腹杆组件2的横腹杆21垂直于主拱1弦杆布置；

s2：根据斜腹杆22和主拱1弦杆的夹角计算出主拱1节间长度；

具体的，主拱1节间长度不宜大于15m；

s3：腹杆组件2的两根斜腹杆22分别与横腹杆21在主拱1截面形心线上相交，并形成钢管混凝土相贯节点。

本实施例提供的一种钢管混凝土桁式主拱的腹杆结构、桥梁和腹杆组件2布置方式的有益效果在于：

腹杆组件2包括横腹杆21和两根斜腹杆22，且横腹杆21和两根斜腹杆22围成三角单元，且其中一根斜腹杆22的一端与上弦杆11相连，该斜腹杆22另一端与相邻腹杆组件2的横腹杆21中部相连，另一根斜腹杆22的一端与下弦杆12相连，该斜腹杆22另一端与相邻腹杆组件2的横腹杆21中部相连，斜腹杆22和横腹杆21的自由长度均小于等于主拱1截面高度，减小腹杆的自由长度和长细比，且若沿主拱1横截面方向进行切割，其切线方向与腹杆组件2至少有两个交点，提高了腹杆的抗压刚度和抗剪刚度，有效避免了主拱1腹杆局部失稳现象；

一种桥梁采用上述腹杆组件2能够有效减小腹杆组件2的自由长度，提高了腹杆组件2的抗剪刚度和抗压刚度，有效避免了主拱腹杆局部失稳现象。

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。