[发明专利]一种超宽桁架桥结构体系及其设计方法

说明书

本申请涉及一种超宽桁架桥结构体系，其包括多个消减结构，其沿纵桥向间隔分布在桥面系的底部，所述消减结构包括：横梁立柱，其安装在所述桥面系中对应的横梁上，并竖直向下延伸；两个拉索，其在横桥向上，分别设置在所述横梁立柱的两侧；所述拉索的一端与所述横梁立柱连接，另一端与对应侧桁梁的下弦杆连接，使两个所述拉索以设计张力作用在桥面系和桁梁上。通过消减结构的张力在恒载作用下横梁与桁梁1的面外弯矩相抵消，抵消后使横梁竖向位移为零，并且通过有限元分析，按照设计步骤设计出合适尺寸的消减结构和横梁，从而解决了超宽钢桁梁腹杆面外弯矩过大而难以设计以及结构经济性较差的问题。

技术领域

本申请涉及桥梁建造领域，特别涉及一种超宽桁架桥结构体系及其设计方法。

背景技术

随着交通量的迅猛发展，超多车道及多功能通道合建成为了行业发展的新趋势。其中，对于大跨超宽双层桥梁来说，主梁常用钢桁梁，两个钢桁梁沿纵桥向设置，两个钢桁梁之间设置有两层横梁，上层的横梁与主梁的上弦杆连接，下层的横梁与下弦杆连接，两层横梁上分别设置桥面，作为桥面系，形成大跨超宽双层桥梁；由于桥面宽及桥面系跨度大，桥面系所需横梁高度高、截面大，导致桥面系钢料用量直线上升，成本较高；并且使用过程中，横梁竖向位移较大、桥面刚度较小，导致行车舒适性较差；另外，桥面宽及桥面系跨度大使钢桁梁腹杆的受力与常规钢桁梁以承受轴向力为主的受力特征发生了变化，具体表现为，在桥面系恒载以及车辆和人等活载的作用下，在与主桁连接部位，由于腹杆固端约束作用产生了巨大的面外弯矩，并且面外弯矩主要由腹杆承受，因此在超宽双层桥面钢桁梁的设计中需要消减腹杆所受的面外弯矩。

在一些相关技术中，为减小超宽双层桥面钢桁梁中腹杆的面外弯矩，一般采用加大桥面系横梁高度和其截面，以及加宽腹杆截面，从而在桥面系恒载以及车辆活载的作用下，提高整个桥梁刚度以及钢桁梁中腹杆的刚度，但是存在以下问题：

(1)由于桥梁刚度以及钢桁梁中腹杆的刚度增加，所承受的面外弯矩也会相应增加，其对应的应力也难以相应降低，从而造成面外弯矩相对于未增加横梁高度和其截面，以及加宽腹杆截面之前的面外弯矩增大，造成面外弯矩随着腹杆截面和横梁截面相应增加的恶性循环，从而导致横梁和主梁难以设计。

(2)桥面系横梁高度和其截面，以及宽腹杆截面的增加，也增加了钢材用量。

发明内容

本申请实施例提供一种超宽桁架桥结构体系及其设计方法，以解决相关技术中桥梁刚度以及钢桁梁中腹杆的刚度增加，所承受的面外弯矩也会相应增加的问题。

第一方面，提供了一种超宽桁架桥结构体系，其包括多个消减结构，其沿纵桥向间隔分布在桥面系的底部，所述消减结构包括：

横梁立柱，其安装在所述桥面系中对应的横梁上，并竖直向下延伸；

两个拉索，其在横桥向上，分别设置在所述横梁立柱的两侧；所述拉索的一端与所述横梁立柱连接，另一端与对应侧桁梁的下弦杆连接，使两个所述拉索以设计张力作用在桥面系和桁梁上。

一些实施例中，所述横梁立柱安装在对应所述横梁的中间位置处，使所述横梁与两个所述拉索形成以拉索为边的等腰三角形。

一些实施例中，所述下弦杆上设有竖直向下的连接块；

所述拉索通过所述连接块与所述下弦杆间接连接，并与所述横梁所在的水平面呈设计夹角。

一些实施例中，所述桥面系包括上层桥面系和下层桥面系，所述上层桥面系和下层桥面系之间设有预应力杆，所述预应力杆用于抵消上层桥面系的面外弯矩。

一些实施例中，所述设计张力为在桁架桥自身重力作用下，使相对位移为零的张力，所述相对位移为横梁中间位置的竖向位移，与桁梁竖向位移的差值。

第二方面，提供了一种超宽桁架桥结构体系的设计方法，包括以下步骤：