采用桁式钢结构加劲纵梁加固的下承式拱桥悬吊桥道系及其施工方法

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，尤其涉及一种采用桁式钢结构加劲纵梁加固的下承式拱桥悬吊桥道系及其施工方法。

背景技术

我国已建立了较多的下承式拱桥，早期悬吊桥道系设计并不是以加劲纵梁受力为主，而是以横梁受力为主，吊杆也是锚固在横梁两端，然后在横梁上铺设桥面板，绝大多数横梁之间没有设置加劲纵梁。现阶段很多下承式拱桥经过数年的运营使用后，其悬吊桥道系出现很多病害，如桥面振动过大、桥面破损严重、支座脱落等，且近几年来已相继发生了多起因吊杆意外断裂而导致桥面坍塌，甚至整座桥梁垮塌的严重事故，造成了无可挽回的经济损失。

随着多起下承式拱桥因悬吊桥道系损坏引起重大事故的发生以及各类型较多病害的出现，研究学者以及设计人员逐渐重视加劲纵梁的设置，然而面对已运行多年的下承式拱桥悬吊桥道系的加固，部分选择采用增设混凝土加劲纵梁，其刚度大，抗振性能好，但自重大，显著增大吊杆所受荷载，并且施工较困难，也有部分选择增设型钢结构钢梁作为加劲纵梁，但整体式的钢结构加劲纵梁与混凝土结构的桥道系材质不同在温度影响下产生变形不一致，导致横梁移位、混凝土开裂、支座脱落等新的病害问题出现。

因此，有必要设计一种自重较轻、刚度大、结构受力合理、施工便捷、耐久性能优良的采用桁式钢结构加劲纵梁加固的下承式拱桥悬吊桥道系及其施工方法，可有效解决下承式拱桥悬吊式桥道系整体刚度不足和稳定性较差的问题，并且能充分释放桁式钢结构加劲纵梁因温度变化所产生的不利于结构受力的变形。

专利公告号为CN211571359U，公告日为2020.09.25的中国实用新型专利公开了一种增加主梁横向刚度并减小基础水平推力的下承式拱桥，包括拱肋、拱座、主梁、连接拱肋和主梁的吊索，所述主梁两侧沿纵桥向张拉设置有水平拉索，所述主梁与水平拉索之间设置有支撑杆，所述水平拉索通过支撑杆与主梁形成若干节点的横向限位连接。

但是该实用新型专利中的下承式拱桥，存在抗弯刚度不足，以及整体施工难度大的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用桁式钢结构加劲纵梁加固的下承式拱桥悬吊桥道系及其施工方法，其能通过在拱座上设置牛腿、支座、吊杆、桥面板、桁式钢结构加劲纵梁以及混凝土横梁的方式，达到下承式拱桥悬吊桥道系有效使用的效果。本发明具有包括桁式钢结构加劲纵梁和混凝土横梁在内的整体下承式支撑结构整体刚度高、稳定性好，桁式钢结构加劲纵梁自重轻、抗弯刚度大、易于施工，以及整体下承式支撑结构因温度变化所产生的不利于结构受力的变形量小，对整个悬吊桥道系整体加固效果好的优点，具有重大的应用价值和良好的经济效益。

本发明解决上述问题采用的技术方案是：采用桁式钢结构加劲纵梁加固的下承式拱桥悬吊桥道系，包括拱座，设置在所述拱座上的牛腿，设置在所述牛腿上的支座，吊杆，以及桥面板，还包括设置在所述支座上的桁式钢结构加劲纵梁，以及设置在相邻所述桁式钢结构加劲纵梁之间且两端安装所述吊杆并用于支撑所述桥面板的混凝土横梁。

进一步优选的技术方案在于：所述桁式钢结构加劲纵梁包括四根纵向主管，设置在同一水平高度的两根所述纵向主管之间的水平支管，设置在同一侧的两根所述纵向主管之间的竖向支管、倾斜支管，以及设置在四根所述纵向主管端部并用于连接所述混凝土横梁的外包锚固钢板。

进一步优选的技术方案在于：所述桁式钢结构加劲纵梁还包括设置在所述外包锚固钢板的远离所述混凝土横梁侧面上并用于连接所述纵向主管的加劲钢板。

进一步优选的技术方案在于：所述桁式钢结构加劲纵梁还包括设置在所述外包锚固钢板上的安装孔。

进一步优选的技术方案在于：所述安装孔包括设置在上下两组所述纵向主管之间的植入螺杆孔，以及分别设置在上下两组所述纵向主管外侧的两组精轧螺纹钢筋孔。

进一步优选的技术方案在于：所述混凝土横梁包括上表面两端分别设置所述吊杆、两个竖向侧面分别安装所述外包锚固钢板的混凝土横梁主体，设置在所述混凝土横梁主体上并穿过所述精轧螺纹钢筋孔的精轧螺纹钢筋，以及设置在所述混凝土横梁主体上并穿过所述植入螺杆孔的植入式螺杆。

进一步优选的技术方案在于：所述精轧螺纹钢筋在所述混凝土横梁主体两侧均具有凸出端，所述植入式螺杆一端设置在所述混凝土横梁主体外侧。

进一步优选的技术方案在于：所述桁式钢结构加劲纵梁还包括设置在所述外包锚固钢板上并用于穿过所述纵向主管的钢板开孔，所述混凝土横梁还包括分别设置在所述混凝土横梁主体两个竖向侧面上并用于插入所述纵向主管凸出端的主体开槽。

进一步优选的技术方案在于：所述外包锚固钢板的两个侧面上均设有所述加劲钢板，所述混凝土横梁还包括分别设置在所述混凝土横梁主体两个竖向侧面上并用于插入所述加劲钢板且连通所述主体开槽的主体槽道。

一种采用桁式钢结构加劲纵梁加固的下承式拱桥悬吊桥道系的施工方法，依次包括以下步骤：

S1、焊接所述纵向主管、水平支管、竖向支管、倾斜支管、外包锚固钢板以及加劲钢板，得到所述桁式钢结构加劲纵梁；

S2、在所述混凝土横梁主体上预埋精轧螺纹钢筋以及植入式螺杆，并在所述混凝土横梁主体侧面上开设主体开槽以及主体槽道，得到所述混凝土横梁，并分隔固定；

S3、在所述拱座内侧开设孔洞，植入锚杆，安装所述牛腿；

S4、在所述混凝土横梁两侧分别固定所述桁式钢结构加劲纵梁，完成中间多节段的所述桁式钢结构加劲纵梁的安装；

S5、将两端最后两个所述桁式钢结构加劲纵梁固定在所述牛腿上的临时支座上，并与所述混凝土横梁连接，完成下承式拱桥整体结构；

S6、将所述临时支座更换为永久的所述支座，整个采用桁式钢结构加劲纵梁加固的下承式拱桥悬吊桥道系施工完成。

本发明通过在拱座上设置牛腿、支座、吊杆、桥面板、桁式钢结构加劲纵梁以及混凝土横梁的方式，达到下承式拱桥悬吊桥道系有效使用的效果。本发明具有包括桁式钢结构加劲纵梁和混凝土横梁在内的整体下承式支撑结构整体刚度高、稳定性好，桁式钢结构加劲纵梁自重轻、抗弯刚度大、易于施工，以及整体下承式支撑结构因温度变化所产生的不利于结构受力的变形量小，对整个悬吊桥道系整体加固效果好的优点，具有重大的应用价值和良好的经济效益。

附图说明

图1为本发明中拱桥悬吊桥道系的整体结构示意图。

图2为本发明中拱座的位置结构示意图。

图3为本发明中桁式钢结构加劲纵梁与混凝土横梁的连接结构示意图。

图4为本发明中桁式钢结构加劲纵梁的竖向截面示意图。

图5为本发明中主体开槽的位置结构示意图。

图6为本发明中主体开槽以及主体槽道的正面结构示意图。

具体实施方式

以下所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的范围进行限定。

实施例：如附图1、2、3、4、5以及附图6所示，采用桁式钢结构加劲纵梁加固的下承式拱桥悬吊桥道系，包括拱座11，设置在所述拱座11上的牛腿12，设置在所述牛腿12上的支座13，吊杆14，以及桥面板15，还包括设置在所述支座13上的桁式钢结构加劲纵梁1，以及设置在相邻所述桁式钢结构加劲纵梁1之间且两端安装所述吊杆14并用于支撑所述桥面板15的混凝土横梁2。

在本实施例中，若干个所述桁式钢结构加劲纵梁1之间都设有一个所述混凝土横梁2，所述混凝土横梁2直接支撑所述桥面板15，两侧最边上的两个所述桁式钢结构加劲纵梁1支撑在所述支座13上，完成整个拱桥悬吊桥道系的下承式支撑加固结构。

此外，所述牛腿12上布设所述支座13，用于支撑整个所述下承式支撑加固结构的荷载，同时释放所述下承式支撑加固结构因温度变化所产生的变形。

所述桁式钢结构加劲纵梁1包括四根纵向主管101，设置在同一水平高度的两根所述纵向主管101之间的水平支管102，设置在同一侧的两根所述纵向主管101之间的竖向支管103、倾斜支管104，以及设置在四根所述纵向主管101端部并用于连接所述混凝土横梁2的外包锚固钢板105。

在本实施例中，所述纵向主管101、水平支管102、竖向支管103以及倾斜支管104均可以是不同尺寸的钢板或者型钢，接触点焊接牢固，所述竖向支管103与所述倾斜支管104间隔设置，而所述外包锚固钢板105的形状可以是矩形、圆形、三角形、菱形、日字形或者目字形。

所述桁式钢结构加劲纵梁1还包括设置在所述外包锚固钢板105的远离所述混凝土横梁2侧面上并用于连接所述纵向主管101的加劲钢板106。

在本实施例中，所述加劲钢板106与所述外包锚固钢板105垂直，保证每个所述纵向主管101上都至少具有四处所述加劲钢板106的焊接强化位置即可。

所述桁式钢结构加劲纵梁1还包括设置在所述外包锚固钢板105上的安装孔。所述安装孔包括设置在上下两组所述纵向主管101之间的植入螺杆孔107，以及分别设置在上下两组所述纵向主管101外侧的两组精轧螺纹钢筋孔108。

在本实施例中，所述植入螺杆孔107以及精轧螺纹钢筋孔108是所述桁式钢结构加劲纵梁1和所述混凝土横梁2之间固定安装的位置，保证整个所述下承式支撑加固结构整体性好，结构强度大。

所述混凝土横梁2包括上表面两端分别设置所述吊杆14、两个竖向侧面分别安装所述外包锚固钢板105的混凝土横梁主体201，设置在所述混凝土横梁主体201上并穿过所述精轧螺纹钢筋孔108的精轧螺纹钢筋202，以及设置在所述混凝土横梁主体201上并穿过所述植入螺杆孔107的植入式螺杆203。

在本实施例中，所述精轧螺纹钢筋202可以固定在所述混凝土横梁主体201上，也可以是所述混凝土横梁主体201上预先开孔，所述精轧螺纹钢筋202插入该开孔即可。

其中，上下两侧的所述精轧螺纹钢筋202，配合中间的所述植入式螺杆203，可以保证所述混凝土横梁主体201上的所述外包锚固钢板105安装稳定性足够。

所述精轧螺纹钢筋202在所述混凝土横梁主体201两侧均具有凸出端，所述植入式螺杆203一端设置在所述混凝土横梁主体201外侧。所述桁式钢结构加劲纵梁1还包括设置在所述外包锚固钢板105上并用于穿过所述纵向主管101的钢板开孔109，所述混凝土横梁2还包括分别设置在所述混凝土横梁主体201两个竖向侧面上并用于插入所述纵向主管101凸出端的主体开槽204。所述外包锚固钢板105的两个侧面上均设有所述加劲钢板106，所述混凝土横梁2还包括分别设置在所述混凝土横梁主体201两个竖向侧面上并用于插入所述加劲钢板106且连通所述主体开槽204的主体槽道205。

在本实施例中，所述纵向主管101在所述外包锚固钢板105另一侧的凸出端再与所述主体开槽204插接，这样所述纵向主管101与所述混凝土横梁主体201之间就有直接安装结构，进一步保证所述桁式钢结构加劲纵梁1在所述混凝土横梁主体201上的安装强度。

此外，所述加劲钢板106分两组，分别设置在所述外包锚固钢板105的两个侧面上，这样靠近所述混凝土横梁主体201的那一组所述加劲钢板106就可以卡入所述主体槽道205，目的同样是辅助加固所述纵向主管101和所述混凝土横梁主体201，保证整个所述下承式支撑加固结构稳定性高，具有一个预先对齐插接关系，方便后续的整体施工操作。

一种采用桁式钢结构加劲纵梁加固的下承式拱桥悬吊桥道系的施工方法，依次包括以下步骤：

S1、焊接所述纵向主管101、水平支管102、竖向支管103、倾斜支管104、外包锚固钢板105以及加劲钢板106，得到所述桁式钢结构加劲纵梁1；

S2、在所述混凝土横梁主体201上预埋精轧螺纹钢筋202以及植入式螺杆203，并在所述混凝土横梁主体201侧面上开设主体开槽204以及主体槽道205，得到所述混凝土横梁2，并分隔固定；

S3、在所述拱座11内侧开设孔洞，植入锚杆，安装所述牛腿12；

S4、在所述混凝土横梁2两侧分别固定所述桁式钢结构加劲纵梁1，完成中间多节段的所述桁式钢结构加劲纵梁1的安装；

S5、将两端最后两个所述桁式钢结构加劲纵梁1固定在所述牛腿12上的临时支座上，并与所述混凝土横梁2连接，完成下承式拱桥整体结构；

S6、将所述临时支座更换为永久的所述支座13，整个采用桁式钢结构加劲纵梁加固的下承式拱桥悬吊桥道系施工完成。

在本实施例中，所述施工方法中未提及部分，均按现有技术的方式进行，保证施工得到上述下承式拱桥悬吊桥道系即可，所述下承式拱桥悬吊桥道系具有施工简单、高效，以及应用价值高的优点。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种修改。这些都是不具有创造性的修改，只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。