一种反对称梁拱组合结构人行桥的制作方法

本实用新型属于桥梁技术领域，特别涉及一种反对称梁拱组合结构人行桥。

背景技术：

随着社会经济的飞速发展，我国城市化进程推动加速，人们对改善人居环境的要求越来越高。桥梁景观设计在城市景观设计中占据了极为重要的地位，在改善城市宜居环境中作用明显，桥梁的景观和观赏的功能愈来愈受到人们的重视，甚至有些桥梁设计将景观设计摆在了很重要的地位上。目前桥梁景观设计存在一些误区：其一是桥梁设计过于追求造价节约、施工便捷，造成桥梁样式过于单一、无法满足城市景观需求；其二是桥梁设计过于重视外观的装饰性、为景观而景观，景观设计与桥梁结构受力脱节、赘余装饰性结构横行。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种反对称梁拱组合结构人行桥，该拱桥的造型融合拱桥的形态美学与梁桥的简约特性，结构主体受力体系与桥梁景观造型协调统一。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种反对称梁拱组合结构人行桥，包括相互呈反对称设置的第一拱桥部和第二拱桥部。所述的第一拱桥部和第二拱桥部均包括承台、半拱圈、转换平台、纵梁、斜撑组合和若干桩基。所述的承台固定在若干桩基上，所述半拱圈的两端分别固定在所述承台和转换平台上。所述纵梁的两端分别与所述斜撑组合及转换平台固定连接，所述的斜撑组合固定在所述承台上。所述第一拱桥部的转换平台和第二拱桥部的转换平台固定相连，所述的半拱圈上设有梯步道。

进一步地，所述的斜撑组合包括斜撑墩、设在所述斜撑墩顶部的帽梁以及固设在所述帽梁侧面的连接件，所述纵梁的一端与所述连接件固定连接。

优选地，所述斜撑墩与所述承台夹角不小于90°。

优选地，所述的半拱圈和纵梁均为钢箱梁，所述的斜撑墩为钢筋砼斜撑墩。

进一步地，所述的连接件包括面板、垂直设在面板两侧的两加肋底板、垂直设在面板两端的两加肋腹板、沿面板长度方向布设并平行于所述加肋腹板设置的若干竖向穿孔板以及横向贯穿所述竖向穿孔板设置的若干排剪力键。所述面板分别与所述加肋底板、加肋腹板和若干竖向穿孔板四周熔透焊接。

其中，所述面板、加肋底板和加肋腹板的内侧分别固设有剪力钉。

其中，任意相邻的两竖向穿孔板之间的间距为100cm。

其中，所述的连接件上的任意相邻的两排剪力键之间的间距为25～35cm。

进一步地，所述承台在与所述半拱圈的连接处预埋有钢混拱脚，所述的钢混拱脚包括部分预埋在所述承台内的预埋件以及包裹在所述预埋件外侧的拱脚钢筋砼。

进一步地，所述的预埋件包括端封板、垂直设在端封板两侧的两加肋底板、垂直设在端封板两端部的两加肋腹板、沿端封板长度方向布设的若干穿孔工字型钢、横向贯穿所述穿孔工字型钢设置的若干排剪力键。所述穿孔工字型钢的一端与所述端封板固定连接，另一端预埋在所述承台内，所述端封板分别与所述加肋底板、加肋腹板和穿孔工字型钢四周熔透焊接，所述半拱圈的一端与所述端封板固定连接。

其中，任意相邻的两穿孔工字型钢之间的间距为50cm。

其中，所述的预埋件上的任意相邻的两排剪力键之间的间距为25～35cm。

本实用新型具有如下有益效果：结合梁、拱两种结构形式各自的优点，通过几何关系组合成一种新型反对称梁拱体系，并利用拱圈与地面衔接布置人行梯步道。该结构体系既具备拱桥优美柔和的线型、又兼有梁桥构造简单外形简约的特点，结构本身受力合理且整体性能好，挠度小，承载能力强，提供了快捷、舒适的立交梯道，无赘余结构，造型简洁，外观柔和，安全、适用、经济、美观。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图。

图2为桥型立面图。

图3为桥型平面图。

图4为桩基的施工流程图。

图5为承台、斜撑组合的施工流程图。

图6为其中半幅人行桥的半拱圈、转换平台和纵梁的施工流程图。

图7为另半幅人行桥的半拱圈、转换平台和纵梁的施工流程图。

图8为纵梁的截面示意图。

图9为转换平台的截面示意图。

图10为半拱圈的截面示意图。

图11为斜撑组合、帽梁及连接件示意图。

图12为拱脚及预埋件示意图。

图13为纵梁和帽梁交界面的截面示意图。

图14为拱脚顶部截面示意图。

图15为拱脚底部截面示意图。

图16为连接件的立体结构示意图。

图17为连接件另一角度的立体结构示意图。

图18为预埋件的立体结构示意图。

图19为预埋件另一角度的立体结构示意图。

图20为本实用新型的人行桥有限元模型图。

图21为梁高与频率关系图。

图22为梁高与挠度关系图。

图23为梁高与组合应力关系图。

图24为纵梁端部简支搁置时的轴向位移结果分析图。

主要组件符号说明：101、第一拱桥部；102、第二拱桥部；10、剪力键；100、剪力钉；11、承台；12、半拱圈；120、梯步道；13、转换平台；141、纵梁；142、斜撑组合；143、斜撑墩；144、帽梁；145、连接件；146、面板；147、加肋底板；148、加肋腹板；149、竖向穿孔板；15、桩基；161、预埋件；162、拱脚钢筋砼；163、端封板；164、加肋底板；165、加肋腹板；166、穿孔工字型钢。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型做进一步说明。

如图1-24所示，一种反对称梁拱组合结构人行桥，包括相互呈反对称设置的第一拱桥部101和第二拱桥部102，第一拱桥部101和第二拱桥部102均包括承台11、半拱圈12、转换平台13、纵梁141、斜撑组合142、若干桩基15。承台11固定在若干桩基15上，半拱圈12的两端分别固定在承台11和转换平台13上，纵梁141的一端与转换平台13固定连接，另一端与斜撑组合142固结，斜撑组合142固定在承台11上。第一拱桥部101的转换平台13和第二拱桥部102的转换平台13固定相连，半拱圈12上设有梯步道120。

如图11所示，斜撑组合包括斜撑墩143、固设在斜撑墩143顶部的帽梁144以及固设在帽梁144内侧的连接件145。如图16、图17所示，连接件145包括面板146、垂直设在面板146两侧的两加肋底板147、垂直设在面板146两端的两加肋腹板148、沿面板146长度方向布设并平行于加肋腹板148设置的若干竖向穿孔板149以及横向贯穿竖向穿孔板149设置的若干排剪力键10。纵梁141的两端分别与转换平台13和连接件145固接，斜撑墩143固定在承台11上，纵梁141与斜撑墩143之间呈锐角夹角，纵梁141为钢箱梁，斜撑墩143为钢筋砼斜撑墩。任意相邻的两竖向穿孔板149之间的间距为100cm，任意相邻的两排剪力键10之间的间距为25～35cm。面板146分别与加肋底板147、加肋腹板148和若干竖向穿孔板149四周熔透焊接。面板146、加肋底板147和加肋腹板148的内侧分别固设有剪力钉100。

如图12所示，承台11在与半拱圈12的连接处设置有钢混拱脚，钢混拱脚包括部分预埋在承台11内的预埋件161以及包裹在预埋件161外侧的拱脚钢筋砼162。如图18、图19所示，预埋件161包括端封板163、垂直设在端封板163两侧的两加肋底板164、垂直设在端封板163两端部的两加肋腹板165、沿端封板163长度方向布设的若干穿孔工字型钢166以及横向贯穿穿孔工字型钢166设置的若干排剪力键10。任意相邻的两穿孔工字型钢166之间的间距为50cm，任意相邻的两排剪力键10之间的间距为25～35cm。穿孔工字型钢166的一端与端封板163固定连接，另一端预埋在承台11内，端封板163分别与加肋底板164、加肋腹板165和穿孔工字型钢166四周熔透焊接，半拱圈12的一端与端封板163固定焊接。

如图4-7所示，本实用新型的人行桥的施工步骤如下：

一、整平场地，施工桩基15、承台11、同时承台11浇筑时埋置预埋件161、预埋斜撑组合142中斜撑墩143钢筋。

二、填筑或开挖边坡并压实，设置砼垫层，在砼垫层上浇筑斜撑组合142，包括斜撑墩143、钢筋砼帽梁144，设置钢筋砼帽梁144侧面的预埋连接件145，支架浇筑拱脚钢筋砼162，包裹预埋件161形成钢混拱脚。

a）预埋件161由穿孔工字型钢166、端封板163、加肋底板164和加肋腹板165组成。

b）穿孔工字型钢166按间隔50cm平行预埋承台11内部，

c）穿孔工字型钢166腹板内设置间距20cm的横向穿孔，孔内设置剪力键10。

d）加肋底板164、加肋腹板165、端封板163的混凝土内侧均匀布置剪力钉100。

e）穿孔工字型钢166与端封板163及加肋底板164、加肋腹板165四周熔透焊接。

三、支架上架设钢箱半拱圈12并与预埋件161的端封板163焊接。

四、支架上架设钢箱转换平台13并与钢箱半拱圈12焊接。

五、支架上架设纵梁141一端与转换平台13焊接，一端与斜撑组合142顶部的帽梁144侧面的连接件145焊接，形成半幅桥；按上述1-5流程施工另外半幅，形成整体式反对称拱桥。

a）连接件145由钢面板146、按100cm平行间隔设置的竖向穿孔板149、加肋底板147和加肋腹板148组成。

b）竖向穿孔板149按间隔100cm平行设置在帽梁144内部。

c）竖向穿孔板149上设置间距20cm的穿孔，孔内布置剪力键10。

d）钢面板146、加肋底板147、加肋腹板148的混凝土内侧均匀布置剪力钉100。

e）钢面板146与加肋底板147、加肋腹板148、竖向穿孔板149四周熔透焊接。铺设拱段顶部梯道120、栏杆等附属构件。

采用midas有限元模型分析方法针对本实用新型的人行桥在各种载荷作用下的性能变化情况进行对比分析，分析过程及结果详述如下。

1、分析过程

本次分析中，将反对称梁拱组合结构人行桥的各部分尺寸参数设定如下：人行桥总长40m，人行桥的两半拱圈12拱脚间的距离为26m，矢高为3.5m，人行桥单幅总宽度为3.0m，转换平台13总宽度为6.3m。纵梁141截面为矩形截面，尺寸为3.0m（宽）×0.8m（高），纵梁141截面顶板厚20mm，底板厚20mm，腹板厚20mm。下设承台11：7.5mx4.5mx1.5m和φ100cm桩基15，桩基15横向间距为5.8m，纵向间距为2.5m。纵梁141顶部距离斜撑组合142帽梁144侧1m的范围内设置了梁高变高段。

采用有限单元法对结构进行分析计算，采用的软件为midas有限元软件。全桥有限元模型如图20所示。全桥共有280个节点，266个单元。

1）频率分析

结构的固有频率是指结构在做自由振动时，其位移随时间按正弦规律变化的结构固有特性。结构固有频率与结构的刚度、质量、外形尺寸有关，当其发生形变时，弹力使其变形恢复。弹力主要与尺寸和结构刚度有关，质量影响其加速度。同样外形时，结构刚度越大的频率高，质量大的频率低。恒载作用下的结构固有频率是反映桥梁整体状态的一个重要参数。

通过分析，本实用新型的人行桥的频率理论分析结果如图21所示，图中横向坐标为纵梁141（半拱圈12、转换平台13）梁高（单位：m），竖向坐标为频率值（单位：hz）。计算结果表明纵梁141（半拱圈12、转换平台13）梁高在四种高度时的竖向基准频率均满足要求。通过图21可以看出，纵梁141（半拱圈12、转换平台13）在一定范围内加高能够提高整座人行桥的刚度，且基本还是呈现线性变化趋势。

2）挠度分析

挠度是指弯曲变形时横截面形心沿与轴线垂直方向的线位移称为挠度，挠度与荷载大小、构件截面尺寸以及构件的材料物理性能有关。通过分析，本实用新型的人行桥的挠度结果曲线图如图22所示，图中横向坐标为纵梁141（半拱圈12、转换平台13）梁高（单位：m），竖向坐标为跨中挠度值（单位：mm）。在移动荷载作用下，纵梁141（半拱圈12、转换平台13）梁高在四种高度时的跨中挠度值都较小，人行桥的整体性能保持的很好，满足规范要求。

3）应力

通过分析对本结构不同梁高、不同板厚的计算分析表明，本实用新型的人行桥的应力分析结果如图23所示，最不利载荷位置应力理论结果良好，应力结果均在110mpa上下浮动，满足要求，其中温度应力比重最大（如表1）；本实用新型人行结构随着壁厚变小，各项指标有所增大，均在材料性能要求范围之内，可为设计提供优化指导（如表2）。

表1：梁高变化下各荷载工况下的应力表

表2：梁高0.8m时板厚变化下各荷载工况下的各项指标表

4）纵梁端部设为简支搁置在斜撑墩（直立墩）上的结果数据（如图24）

当纵梁141端部设为简支搁置在墩上时，最不利载荷位置应力理论结果依然很好：基频为5.1hz，组合应力为90.6mpa，竖向位移为11.2mm，水平向位移为7.6mm。

2、分析结果

经过上述分析，可以得出以下结论：

（1）人行桥在各个工况作用下的各个性能指标能够较好的满足规范的要求。

（2）根据计算结果可以看出，当截面梁高取0.7～1.0m时，人行桥各方面的性能良好，其中挠度结果变化较快，为本结构控制因素。

（3）根据计算结果可以看出，由于拱脚固结，温度作用为本结构应力主要影响因素，且在梁高增加时，沉降引起的结构应力不断增大。

（4）人行桥将纵梁141端部约束水平向释放后，各个指标依然良好，释放位置处的轴向位移稍增大。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

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