本發(fā)明涉及橋梁工程領(lǐng)域，特別涉及一種梁拱結(jié)構(gòu)和梁拱組合橋。

背景技術(shù)：

梁拱組合橋?qū)⒋罂缍冗B續(xù)梁和拱兩種結(jié)構(gòu)體系有機(jī)結(jié)合在一起，二者共同協(xié)作將跨徑范圍內(nèi)的荷載傳遞到支座上。拱的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)剛度大、承載潛力大、材料利用率高；梁的優(yōu)點(diǎn)是可以直接承擔(dān)列車荷載并能承擔(dān)較大的拉力，因此二者組合，既能發(fā)揮它們各自的優(yōu)點(diǎn)，又能克服它們各自的缺點(diǎn)，是一種結(jié)構(gòu)受力合理、外形美觀、新穎的橋梁結(jié)構(gòu)體系。

現(xiàn)有梁拱組合橋根據(jù)吊桿的布置方式可劃分為兩類，第一類是采用豎直吊桿，如圖1所示；第二類采用交叉斜吊桿，如圖2所示，該種吊桿布置方式也叫尼爾森體系，交叉斜吊桿相對(duì)于豎直吊桿布置形式，可以提高拱肋結(jié)構(gòu)的整體剛度，但為了避開交叉吊桿在空間上的沖突，需要采用提籃拱結(jié)構(gòu)(即兩片拱肋需要向橋梁內(nèi)側(cè)傾斜)，提籃拱與交叉斜吊桿組合的拱肋構(gòu)造十分復(fù)雜，因此在實(shí)際設(shè)計(jì)中采用很少，已建的梁拱組合橋基本上都采用了豎直吊桿。

如圖1或2所示，兩個(gè)相鄰橋墩6上分別設(shè)置一個(gè)拱座1，兩個(gè)拱座1之間連接主梁3以及拱肋2，拱肋2位于主梁3上部，拱肋2和主梁3之間設(shè)置若干個(gè)吊桿4，拱肋2與拱座1相交處的拱肋2截面稱為拱腳截面，拱腳截面是拱肋2受力最大的截面，也是梁拱組合橋設(shè)計(jì)的控制部位；無(wú)論采用豎直吊桿還是交叉斜吊桿，現(xiàn)有梁拱組合橋的拱腳截面受力都比較大，且已成為該類橋梁設(shè)計(jì)的主要控制因素之一；如何降低拱腳截面的內(nèi)力，是拱橋設(shè)計(jì)者們一直在思考和需要解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的拱腳截面受力大，影響結(jié)構(gòu)的安全性的上述不足，提供一種梁拱結(jié)構(gòu)和梁拱組合橋。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

一種梁拱結(jié)構(gòu)，包括兩個(gè)拱座，兩個(gè)所述拱座之間連接有拱肋和主梁，所述主梁和所述拱肋之間間隔設(shè)置若干個(gè)吊桿，所有所述吊桿關(guān)于所述拱肋跨中對(duì)稱設(shè)置且均不交錯(cuò)，每個(gè)所述吊桿分別相對(duì)所述拱肋跨中傾斜設(shè)置且每個(gè)所述吊桿的底部靠向所述拱肋跨中。

采用本發(fā)明所述的一種梁拱結(jié)構(gòu)，相較現(xiàn)有豎直吊桿梁拱結(jié)構(gòu)或者尼爾森體系梁拱結(jié)構(gòu)，由于吊桿關(guān)于拱肋跨中對(duì)稱設(shè)置且不交錯(cuò)，并向拱肋跨中傾斜設(shè)置，能夠有效增大所有吊桿對(duì)拱肋拉力水平分力的合力大小，以此減小拱肋對(duì)拱座的推力，即減小拱腳截面的受力，該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，采用現(xiàn)有方法即可施工，有效降低拱腳截面的內(nèi)力，同樣面積的拱腳截面下增大結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)，同樣安全系數(shù)下減少拱腳截面的面積大小以及減少拱座的設(shè)計(jì)難度和建造用料。

優(yōu)選地，所述吊桿與所述主梁的傾角為θ，60°≤θ＜90°。

此處需要說(shuō)明的是，第i個(gè)所述吊桿與所述主梁的傾角為θ_i，60°≤θ_i＜90°。

優(yōu)選地，所述拱肋跨中處豎直設(shè)置所述吊桿。

優(yōu)選地，所述吊桿為柔性吊桿，包括吊索和護(hù)管，所述護(hù)管套接于所述吊索外。

優(yōu)選地，所述護(hù)管采用不銹鋼材質(zhì)。

優(yōu)選地，所有所述吊桿與所述拱肋位于同一平面內(nèi)。

優(yōu)選地，每個(gè)所述吊桿的連接部位設(shè)有防水罩。

優(yōu)選地，所述主梁連接所述吊桿處設(shè)有防水結(jié)構(gòu)，所述防水結(jié)構(gòu)包括設(shè)于所述主梁上部的突起，所述突起具有坡度，且由所述吊桿向下傾斜至所述主梁頂面。

采用這種結(jié)構(gòu)，雨水落入吊桿連接主梁頂部的位置時(shí)，順著突起的斜坡流向主梁頂面其他地方，保證突起處不殘留積水。

優(yōu)選地，所述坡度大于或者等于2％，設(shè)置所述坡度的范圍和所述坡度的數(shù)值根據(jù)當(dāng)?shù)乇┯陱?qiáng)度確定。

本發(fā)明還提供了一種梁拱組合橋，包括至少一個(gè)如以上任一項(xiàng)所述的梁拱結(jié)構(gòu)和若干個(gè)橋墩，每個(gè)所述梁拱結(jié)構(gòu)的兩個(gè)所述拱座設(shè)于其中相鄰兩個(gè)所述橋墩上，其余相鄰兩個(gè)所述橋墩之間設(shè)置主梁。

采用本發(fā)明所述的一種梁拱組合橋，相較現(xiàn)有豎直吊桿梁拱組合橋或者尼爾森體系梁拱組合橋，由于吊桿關(guān)于拱肋跨中對(duì)稱設(shè)置且不交錯(cuò)，并向拱肋跨中傾斜設(shè)置，能夠有效增大所有吊桿對(duì)拱肋拉力水平分力的合力大小，以此減小拱肋對(duì)拱座的推力，即減小拱腳截面的受力，該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，采用現(xiàn)有方法即可施工，有效降低拱腳截面的內(nèi)力，同樣面積的拱腳截面下增大結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)，同樣安全系數(shù)下減少拱腳截面的面積大小以及減少拱座的設(shè)計(jì)難度和建造用料。

優(yōu)選地，所述梁拱結(jié)構(gòu)還包括吊桿橫梁，所述吊桿橫梁位于所述主梁下部且沿所述主梁橫斷面設(shè)置，所述吊桿穿過(guò)所述主梁并連接于所述吊桿橫梁。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

1、運(yùn)用本發(fā)明所述的一種梁拱結(jié)構(gòu)，相較現(xiàn)有豎直吊桿梁拱結(jié)構(gòu)或者尼爾森體系梁拱結(jié)構(gòu)，由于吊桿關(guān)于拱肋跨中對(duì)稱設(shè)置且不交錯(cuò)，并向拱肋跨中傾斜設(shè)置，能夠有效增大所有吊桿對(duì)拱肋拉力水平分力的合力大小，以此減小拱肋對(duì)拱座的推力，即減小拱腳截面的受力，該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，采用現(xiàn)有方法即可施工，有效降低拱腳截面的內(nèi)力，同樣面積的拱腳截面下增大結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)，同樣安全系數(shù)下減少拱腳截面的面積大小以及減少拱座的設(shè)計(jì)難度和建造用料；

2、運(yùn)用本發(fā)明所述的一種梁拱結(jié)構(gòu)，所述主梁連接所述吊桿處設(shè)有防水結(jié)構(gòu)，所述防水結(jié)構(gòu)包括設(shè)于所述主梁上部的突起，所述突起具有坡度，且由所述吊桿向下傾斜至所述主梁頂面，采用這種結(jié)構(gòu)，雨水落入吊桿連接主梁頂部的位置時(shí)，順著突起的斜坡流向主梁頂面其他地方，保證突起處不殘留積水；

3、運(yùn)用本發(fā)明所述的一種梁拱組合橋，相較現(xiàn)有豎直吊桿梁拱組合橋或者尼爾森體系梁拱組合橋，由于吊桿關(guān)于拱肋跨中對(duì)稱設(shè)置且不交錯(cuò)，并向拱肋跨中傾斜設(shè)置，能夠有效增大所有吊桿對(duì)拱肋拉力水平分力的合力大小，以此減小拱肋對(duì)拱座的推力，即減小拱腳截面的受力，該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，采用現(xiàn)有方法即可施工，有效降低拱腳截面的內(nèi)力，同樣面積的拱腳截面下增大結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)，同樣安全系數(shù)下減少拱腳截面的面積大小以及減少拱座的設(shè)計(jì)難度和建造用料。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有豎直吊桿梁拱組合橋的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為現(xiàn)有尼爾森體系梁拱組合橋的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明所述的梁拱組合橋的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖3的局部側(cè)視圖；

圖5為防水結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖6為梁拱結(jié)構(gòu)的受力示意圖；

圖7為拱肋X方向受力示意圖。

圖中標(biāo)記：1-拱座，2-拱肋，3-主梁，31-突起，4-吊桿，41-吊索，42-護(hù)管，5-防水罩，6-橋墩，7-吊桿橫梁。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合試驗(yàn)例及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本發(fā)明內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例

如圖3-7所示，本發(fā)明所述的一種梁拱組合橋，包括至少一個(gè)梁拱結(jié)構(gòu)和若干個(gè)橋墩6，每個(gè)所述梁拱結(jié)構(gòu)的兩個(gè)所述拱座1設(shè)于其中相鄰兩個(gè)所述橋墩6上，其余相鄰兩個(gè)所述橋墩6之間設(shè)置主梁3。

所述梁拱結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)拱座1，兩個(gè)所述拱座1之間連接有拱肋2和主梁3，所述主梁3和所述拱肋2之間間隔設(shè)置若干個(gè)吊桿4，所有所述吊桿4關(guān)于所述拱肋2跨中對(duì)稱設(shè)置且均不交錯(cuò)，每個(gè)所述吊桿4分別相對(duì)所述拱肋2跨中傾斜設(shè)置且每個(gè)所述吊桿4的底部靠向所述拱肋2跨中。第i個(gè)所述吊桿4與所述主梁3的傾角為θ_i，60°≤θ_i＜90°。

作為本實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)選方案，所述拱肋2跨中處豎直設(shè)置所述吊桿4，所有所述吊桿4與所述拱肋2位于同一平面內(nèi)。如圖4所示，所述梁拱結(jié)構(gòu)還包括吊桿橫梁7，所述吊桿橫梁7位于所述主梁3下部且沿所述主梁3橫斷面設(shè)置，所述吊桿4穿過(guò)所述主梁3并連接于所述吊桿橫梁7。

如圖5所示，所述吊桿4為柔性吊桿，包括吊索41和護(hù)管42，所述護(hù)管42套接于所述吊索41外，所述護(hù)管42采用不銹鋼材質(zhì)。每個(gè)所述吊桿4的連接部位設(shè)有防水罩5。所述主梁3連接所述吊桿4處設(shè)有防水結(jié)構(gòu)，所述防水結(jié)構(gòu)包括設(shè)于所述主梁3上部的突起31，所述突起31具有坡度，且由所述吊桿4向下傾斜至所述主梁3頂面，采用這種結(jié)構(gòu)，雨水落入吊桿4連接主梁3頂部的位置時(shí)，順著突起的斜坡流向主梁3頂面其他地方，保證突起31處不殘留積水；所述坡度等于2％。

如圖6所示，在所述主梁3自重和荷載的作用下，第i個(gè)所述吊桿4對(duì)所述拱肋2的作用拉力為f_i，所述拱肋2在自重和所述吊桿4拉力作用下會(huì)對(duì)所述拱座1產(chǎn)生作用推力F，由作用力和反作用力原理，所述拱座1也會(huì)對(duì)拱腳截面產(chǎn)生反向推力F，拉力f_i和推力F可分解為水平x方向和豎直y方向的分力。

根據(jù)所述拱肋2的y方向受力平衡可知，外荷載產(chǎn)生的y方向豎直力之和為0，所述拱肋2自重和所有所述吊桿4豎向拉力∑f_iy與所述拱座1推力F的豎向分量F_y方向相反，故所述拱肋2自重和所有所述吊桿4豎向拉力∑f_iy之和等于所述拱座1推力F的豎向分量F_y，F(xiàn)_y只與豎向荷載有關(guān)，與所述吊桿4是否傾斜無(wú)關(guān)。

如圖7所示，根據(jù)所述拱肋2的x方向受力平衡可知，外荷載產(chǎn)生的x方向水平力之和為0，由于所述拱肋2受力關(guān)于其跨中對(duì)稱，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方向水平分力為H_左＝(∑f_ix+F_x)，右半所述拱肋2的x方向水平分力為H_右＝-(∑f_ix+F_x)。

對(duì)于相同跨度的梁拱組合橋，無(wú)論所述吊桿4采用哪種連接形式(指所述吊桿4采用豎直設(shè)置、尼爾森體系設(shè)置或者傾斜設(shè)置)，在外荷載一定時(shí)，外荷載產(chǎn)生的x方向水平分力(∑f_ix+F_x)是恒定的，增大∑f_ix即可減小F_x；

對(duì)于現(xiàn)有豎直吊桿梁拱組合橋，所述吊桿4豎向傾角為0，所述吊桿4無(wú)水平分力及∑f_ix為0，此時(shí)F_x最大，又F_y只與豎向荷載有關(guān)，與所述吊桿4是否傾斜無(wú)關(guān)，故此時(shí)F_x和F_y的合力F最大，拱腳截面及所述拱座1受力最大；

對(duì)于現(xiàn)有尼爾森體系梁拱組合橋，相鄰的所述吊桿4傾斜角度相反，其產(chǎn)生的水平分力大部分相互抵消，∑f_ix很小且不易調(diào)整，∑f_ix對(duì)F_x影響很小，有時(shí)還可能會(huì)起負(fù)作用，此時(shí)F_x較大，故此時(shí)F_x和F_y的合力F較大，拱腳截面及所述拱座1受力較大；

對(duì)于本發(fā)明所述的梁拱組合橋，由于所述吊桿4傾斜設(shè)置，相較豎直吊桿梁拱組合橋和尼爾森體系梁拱組合橋能夠增大∑f_ix，因此本發(fā)明所述的梁拱組合橋F_x較小，F(xiàn)_x和F_y的合力F較小，拱腳截面及所述拱座1受力大大減小。

運(yùn)用本發(fā)明所述的一種梁拱組合橋，相較現(xiàn)有豎直吊桿梁拱組合橋或者尼爾森體系梁拱組合橋，由于吊桿4關(guān)于拱肋2跨中對(duì)稱設(shè)置且不交錯(cuò)，并向拱肋2跨中傾斜設(shè)置，能夠有效增大所有吊桿4對(duì)拱肋2拉力水平分力的合力大小，以此減小拱肋2對(duì)拱座1的推力，即減小拱腳截面的受力，該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，采用現(xiàn)有方法即可施工，有效降低拱腳截面的內(nèi)力，同樣面積的拱腳截面下增大結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)，同樣安全系數(shù)下減少拱腳截面的面積大小以及減少拱座1的設(shè)計(jì)難度和建造用料。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。