[发明专利]竹节形钢管桁式折线拱桥

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁结构拱桥技术领域，具体涉及一种竹节形钢管桁式折线拱桥。

背景技术

拱桥是所有桥梁体系中变化最多的结构，其结构形式千姿百态。按拱的形状可分为圆弧拱、抛物线拱、悬链线拱、折线拱等；按桥面与拱肋的相对位置可分为上承式拱桥、中承式拱桥、下承式拱桥；按拱肋的截面形式可分为板式拱、肋拱、箱形拱、桁架拱、刚架拱；按受力可分为有推力和无推力体系拱桥、简单体系拱桥、组合体系拱桥等。拱桥的受力特点是，将竖向荷载产生的轴力由拱顶向拱脚传递，转变为拱脚处的竖向力和水平推力。推力的存在与否是区别拱和梁的主要标志，凡是竖向荷载作用下能产生水平推力的结构都可称为拱式结构。

中国古代有修建木拱桥和石拱桥的悠久历史，河北省赵县的赵州桥为现今世界上尚存的跨径最大的古代石拱桥，在我国浙江、福建等地仍保存有一些明清时期修建的木拱桥，如福建屏南的千乘桥。

在我国古代木拱桥建桥史上，有一种西方没有而中国所独有的木拱桥型式—贯木拱桥，也称“虹桥”。由于受木材承载能力较小以及天然木料的截面尺寸不大等条件限制，古代贯木拱桥的跨度一般不大于40m。另外受制于古代建桥材料的局限性，贯木拱桥一般采用上承式结构，无法采用中承式或下承式结构。

因此，折线拱桥要满足现代桥梁的交通通行功能、景观功能，符合技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理的要求，需要克服以下几方面的问题：

1、古代贯木拱桥受材料限制一般采用上承式结构，而城市一般建于地势相对平坦的地方，现代城市桥梁采用的拱桥大多为中承式或下承式结构，因此需要解决新桥型对于中承式或下承式结构的适应性问题。

2、折线拱在房屋建筑的屋顶结构或输水结构的渡槽上有过应用，但是在公路或铁路桥梁上应用极少。拱桥的轴线一般是曲线，折线拱以直代曲，在外荷载作用下折线拱的部分截面可能产生较大的弯矩，因此需要解决新桥型的整体受力合理性问题。

3、古代贯木拱桥为木结构，其杆件与杆件之间的连接通过铁钉或木榫进行连接，现代钢结构桥梁通过焊接连接，因此需要对原有贯木拱桥的内部约束体系进行重构。

4、受木材承载能力较小以及天然木料的截面尺寸不大等条件限制，贯木拱桥的跨度一般不大于40m，现代城市桥梁跨越道路、河流需要更大的跨越能力，因此需要增大桥梁结构的跨越能力。

5、木结构拱桥一般不存在局部稳定问题，如采用钢结构则存在局部受压的稳定性问题。因此需要解决局部传力和局部稳定性问题。

6、古代贯木拱桥均为有推力拱结构，现代桥梁受场地限制经常需要在地基承载力不高的地方修建大跨度桥梁，因此需要对贯木拱桥的传力路径进行重构，将其改进为无推力或小推力的拱式结构。

7、近年来随着我国大规模交通基础设施建设的开展，尤其是城市桥梁的建设，对桥梁的景观功能提出了更高要求，因此需要解决将木结构改为钢结构后与自然景观的融合性问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处，而提供一种竹节形钢管桁式折线拱桥。它是一种模拟天然竹节外形、与大自然融为一体、结构体系受力合理的大跨度竹节形钢管桁式折线拱桥桥型。

为了实现上述目的，本发明提供了一种竹节形钢管桁式折线拱桥，其特征在于：包括梁部结构、位于在梁部结构两侧的两个主拱肋和用于支撑梁部结构和主拱肋的下部结构，所述主拱肋由三折线拱和四折线拱焊接形成，所述三折线拱包括水平设置的三折线拱第二钢管、位于三折线第二钢管两头呈“八”字形布置的三折线拱第一钢管和三折线拱第三钢管，所述三折线拱第一钢管、三折线拱第二钢管和三折线拱第三钢管依次首尾呈钝角交叉相贯焊接形成三折线拱，所述四折线拱由四折线拱第一钢管、四折线拱第二钢管、四折线拱第三钢管和四折线拱第四钢管依次首尾呈钝角交叉相贯焊接形成，所述三折线拱和四折线拱的两侧穿过梁部结构上相对应的开孔且三折线拱和四折线拱的两端拱脚支撑在下部结构上，所述主拱肋上靠近梁部结构的一侧钢管上挂设有若干个竖直布置的钢丝索吊杆，所述钢丝索吊杆的另一端连接梁部结构。

进一步地，所述三折线拱和四折线拱的跨度相同，所述三折线拱第一钢管和三折线拱第三钢管对称设置在三折线拱第二钢管的两侧，所述四折线拱第二钢管和四折线拱第三钢管对称布置，所述四折线拱第一钢管和四折线拱第四钢管对称布置，所述三折线拱和四折线拱的竖直中心线重合，所述三折线拱和四折线拱相贯焊接。