CN113652947A - 一种组合拱节段构造、桥梁及施工方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种组合拱节段构造、桥梁及施工方法，涉及桥梁工程技术领域，针对目前劲性骨架拱桥采用混凝土包裹骨架协同受力，整体结构受力状态复杂、存在腹板开裂风险的问题；采用腹杆形成的桁架结构替代混凝土腹板，整体结构受力明确，且能够进行预制装配化施工，方便进行受力分析和后期维护；包括中箱和中箱两侧分别连接的边箱；边箱包括拱板、弦杆和腹杆，至少两块拱板依次间隔且平行布置，每个拱板内依次埋设有至少两根弦杆，相邻拱板内正对的弦杆之间连接多根腹杆，以形成桁架结构；同一中箱对应的两个边箱之间连接有中间板和多根第一横撑，中间板两端连接相异边箱的拱板，中间板与所连接的拱板共面。

Description

一种组合拱节段构造、桥梁及施工方法

技术领域

本公开涉及桥梁工程技术领域，具体涉及一种组合拱节段构造、桥梁及施工方法。

背景技术

劲性骨架拱桥具有良好的受力性能，混凝土劲性骨架拱桥作为大跨度桥梁的主选桥型之一，混凝土复合体内的钢管具有纵向钢筋和横向箍筋的作用，既能够承受压力也能够承受拉力。

传统劲性骨架外包混凝土拱桥仍存在一些问题，对于大跨劲性骨架混凝土拱桥，大跨劲性骨架混凝土拱桥通常应用在跨江或者跨河的修建情况下使用，混凝土拱桥的两侧工作分别浇筑在江干或者河道的两侧山体上，半跨拱圈的长度较长，在山间运输不方便，且施工难度大，存在一定的安全风险，因此在施工时采用分环、分段成拱，但是其混凝土包裹在骨架的外部，在施工过程中及使用过程中，混凝土包裹骨架协同受力，整体结构受力状态复杂、存在腹板开裂风险，难以对其应力集中位置进行受力分析和风险预估。

发明内容

本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种组合拱节段构造、桥梁及施工方法，采用钢腹杆替代混凝土腹板，整体结构受力明确，方便进行受力分析和后期维护，且由于结构重量减轻，能够进行大节段预制装配吊装施工。

本公开的第一目的是提供一种组合拱节段构造，采用以下技术方案：

包括中箱和中箱两侧分别连接的边箱；边箱包括拱板、弦杆和腹杆，至少两块拱板依次间隔且平行布置，每个拱板内依次埋设有至少两根弦杆，相邻拱板内正对的弦杆之间连接多根腹杆，以形成桁架结构；同一中箱对应的两个边箱之间连接有中间板和多根第一横撑，中间板两端连接相异边箱的拱板，中间板与所连接的拱板共面。

进一步地，同一边箱对应拱板内布置的弦杆轴线平行布置，腹杆连接弦杆结合拱板形成腹板处为桁架的箱式结构。

进一步地，同一拱板内相邻弦杆对应的腹杆之间连接有第一斜撑，第一斜撑端部连接于腹杆侧面，且靠近拱板。

进一步地，所述第一斜撑连接腹杆处设有第二横撑，第二横撑两端分别连接腹杆，第二横撑轴线垂直于所连接腹杆的轴线。

进一步地，所述腹杆包括第一腹杆和第二腹杆；同一弦杆对应的所有第一腹杆平行布置，相邻第一腹杆之间连接第二腹杆。

进一步地，所述第二腹杆端部对接第一腹杆端部后连接弦杆，且第二腹杆两端连接于不同的弦杆，第二腹杆与第一腹杆呈夹角布置。

进一步地，所述中箱包括多块中间板，一个边箱的拱板与另一个边箱的拱板一一对应，并通过中间板连接。

进一步地，所述边箱之间的多根第一横撑间隔且轴线平行布置，相邻横撑之间连接有第二斜撑。

本公开的第三目的是提供一种桥梁，利用如上所述的组合拱节段构造。

本公开的第三目的是提供一种组合拱节段施工方法，包括以下步骤：

工厂预制拱板、弦杆和腹杆，弦杆预埋入拱板内，平行间隔布置的两块拱板之间连接有腹杆，腹杆端部连接弦杆，形成腹板为桁架、顶板为混凝土的边箱；

两个边箱的拱板之间通过中间板连接、腹杆之间通过第一横撑连接，在两个边箱之间形成腹板为桁架、顶板为混凝土的中箱；

边箱和中箱整体作为组合拱节段，从下而上依次对接合龙后形成拱圈，修筑其他结构形成桥梁。

与现有技术相比，本公开具有的优点和积极效果是：

(1)针对目前劲性骨架拱桥采用混凝土包裹骨架协同受力，整体结构受力状态复杂、存在腹板开裂风险的问题；采用钢腹杆替代混凝土腹板，整体结构受力明确，方便进行受力分析和后期维护，且由于结构重量减轻，能够进行大节段预制装配吊装施工。

(2)与传统劲性骨架外包混凝土拱桥相比，采用钢腹杆替代混凝土腹板，后期养护仅钢腹杆需要涂装养护，避免了混凝土腹板开裂问题；使用预制装配化施工，只需要在工厂预制完成后运输到施工现场进行拼装，高空作业和工序较少，缩短了施工工期，同时还能保证施工质量和安全。

(3)采用中箱和两侧边箱组合的结构，先进行边箱的并行施工，在拱圈节段长度确定的条件下，分阶段形成截面的施工方法可以显著降低吊装重量要求；另外，并行的边箱之间连接横撑结构协同受力，使其能够稳定成拱，在成拱后，对其连接横撑位置浇注中间板，形成完整拱圈，进一步提高整个拱圈的协同受力能力。

(4)采用腹杆结合拱板及拱板内部的弦杆构成箱型断面结构，保证整体的稳定性，在相对的两根腹杆之间增加斜撑形成三角形结构，提高箱型断面的稳定性，腹杆组合形成依次排列的三角形结构，使得腹板位置能够稳定受力结构，三角形结构便于后续的力学分析和维护。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例1、2中组合拱节段构造的截面示意图；

图2为本公开实施例1、2中组合拱节段构造拼接位置的示意图；

图3为本公开实施例1、2中组合拱截断构造拼接后的示意图。

图中，1-拱板，2-弦杆，3-第一腹杆，4-第二腹杆，5-第一横撑，6-第二斜撑，7-节段湿接缝，8-中间板，9-第二横撑，10-第一斜撑，11-交接墩，12-桥面系，13-拱座，14-拱上立柱。

具体实施方式

实施例1

本公开的一个典型实施例中，如图1-图3所示，给出一种组合拱节段构造。

针对目前劲性骨架拱桥采用混凝土包裹骨架协同受力，整体结构受力状态复杂、存在腹板开裂风险的问题；提供一种组合拱节段构造，采用钢腹杆形成的桁架结构替代混凝土腹板，整体结构受力明确，方便进行受力分析和后期维护。且由于结构重量减轻，能够进行大节段预制装配化施工。

所述组合拱节段构造主要包括中箱和边箱，沿中箱对接方向上的两侧分别连接有边箱，如图1所示，从左到右形成边箱、中箱和边箱依次对接的截面结构。

边箱和中箱协同受力，其对应腹板位置均为桁架结构，相较于传统的劲性骨架外包混凝土拱桥，采用钢杆件组合形成的桁架替代混凝土腹板，后期养护仅需要对桁架进行涂装养护，避免了混凝土腹板开裂问题。

对于边箱结构，参照图1和图2，包括拱板1、弦杆2和腹杆，多块拱板1依次间隔且平行设置，相邻拱板1之间通过多根腹杆连接，为了实现腹杆与拱板1的稳定连接，在拱板1内埋设弦杆2，腹杆端部探入拱板1内连接弦杆2，每个拱板1内依次埋设有至少两根弦杆2，相邻拱板1内正对的弦杆2之间连接多根腹杆；腹杆呈多排布置，每排均形成桁架腹杆结构，多排桁架结构作为边箱的腹板。

在本实施例中，以两块拱板1，每块拱板内安装两根弦杆2为例，拱板1分别作为边箱顶板和底板，顶板内和底板内正对的弦杆2之间连接多根腹杆，顶板的两根弦杆2通过两组腹杆连接底板内的两根弦杆2，作为腹板结构。

由于拱板1平行布置，内部的弦杆2沿拱板1拼合方向布置，呈相互平行，使得形成的两组桁架腹杆所在平面平行。两组桁架腹杆布置在拱板1的端部位置，从而形成箱型断面结构。

在其他实施方式中，可以增加拱板1的数目，比如三块、四块等，每块拱板内均埋设有弦杆2，相邻拱板1之间的弦杆2通过腹杆连接，从而形成多箱室结构；每个拱板1内可以埋设其他数目的弦杆2，比如四根、六根等，根据拱板1的宽度来确定，多个弦杆2分别通过腹杆连接相邻拱板1内的弦杆2，形成多排桁架结构。

对于拱板1内弦杆2的布置，同一边箱对应拱板1内布置的弦杆2轴线平行布置，腹杆连接弦杆2结合拱板1形成腹板处为桁架的箱式结构。

边箱断面呈箱型，为了进一步提高边箱的强度，同一拱板1内相邻弦杆2对应的腹杆之间连接有第一斜撑10，第一斜撑10端部连接于腹杆侧面，且靠近拱板1，使得断面的箱型分割为三角形结构，进一步提高其稳定性。

进一步地，第一斜撑10连接腹杆处设有第二横撑9，第二横撑9两端分别连接腹杆，第二横撑9轴线垂直于所连接腹杆的轴线。

横撑能够连接并列布置的两组桁架腹杆，结合斜撑形成三角形结构，提高其承载能力，满足大跨距拱桥的负载力需求。

相邻拱板1内部的弦杆2之间通过腹杆连接，腹杆包括第一腹杆3和第二腹杆4；同一弦杆2对应的所有第一腹杆3平行布置，相邻第一腹杆3之间连接第二腹杆4。

第二腹杆4端部对接第一腹杆3端部后连接弦杆2，且第二腹杆4两端连接于不同的弦杆2，第二腹杆4与第一腹杆3呈夹角布置。所述夹角的范围为0-180°。

一方面，在平行的两根第一腹杆3之间连接第二腹杆4形成三角形结构，提高桁架腹杆的强度；另一方面，第一腹杆3、第二腹杆4结合第一斜撑10形成空间三角结构，结合腹杆组合形成依次排列的三角形结构，使得腹板位置能够稳定受力结构，三角形结构便于后续的力学分析和维护。

对于中箱的结构，同一中箱对应的两个边箱之间连接有中间板8和多根第一横撑5，中间板8两端连接相异边箱的拱板1，中间板8与所连接的拱板1共面，中间板8结合边箱的腹杆形成箱型断面结构，中箱与边箱共用桁架腹杆。

所述中箱包括多块中间板8，一个边箱的拱板1与另一个边箱的拱板1一一对应，并通过中间板8连接，使得两侧的边箱能够协同受力，提高其稳定性和承载能力。

边箱之间的多根第一横撑5间隔且轴线平行布置，相邻横撑之间连接有第二斜撑6；通过横撑结合斜撑，在中间板8之间形成三角形结构拼合的骨架结构，提高两个边箱的固连力，从而提高整个组合拱节段的强度。

可以理解的是，在本实施例中，拱板1和中间板8的厚度、拱板1间距根据实际工程受力情况确定。

所述弦杆2、腹杆可以选用H型钢，通过焊接实现对接，对应其选型和具体长度，根据桥梁设计参数和实际工程受力情况确定。

所述第一横撑5、第二横撑9可以采用工字型钢，具体尺寸根据实际工程受力情况而定。

所述第一斜撑10和第二斜撑6可以采用等肢角钢，具体尺寸根据实际工程受力情况而定。

所述的中间板8可以采用混凝土现浇制作，先进行边箱的成拱，后通过现浇混凝土形成中间板8提高两个边箱的连接强度。

多个组合拱节段构造之间对接位置采用节段湿接缝7，可以先将内部弦杆2焊接后，再对接缝位置浇注混凝土。

实施例2

本公开的另一个实施例中，如图1-图3所示，给出一种桥梁，利用如实施例1中所述的组合拱节段构造。

桥梁的拱结构由多段组合拱节段构造依次拼接成型，其他结构采用现有桥梁结构即可。

具体组合拱节段构造的详细结构，参见实施例1中所述，在此不再赘述。

与传统劲性骨架外包混凝土拱桥相比，采用钢腹杆替代混凝土腹板，后期养护仅钢腹杆需要涂装养护，避免了混凝土腹板开裂问题；使用预制装配化施工，只需要在工厂预制完成后运输到施工现场进行拼装，高空作业和工序较少，缩短了施工工期，同时还能保证施工质量和安全。

实施例3

本公开的再一个实施例中，如图1-图2所示，给出一种组合拱节段施工方法。

包括以下步骤：

工厂预制拱板1、弦杆2和腹杆，弦杆2预埋入拱板1内，平行间隔布置的两块拱板1之间连接有腹杆，腹杆端部连接弦杆2，形成腹板为桁架、顶板为混凝土的边箱；

两个边箱的拱板1之间通过中间板8连接、腹杆之间通过第一横撑5连接，在两个边箱之间形成腹板为桁架、顶板为混凝土的中箱；

边箱和中箱整体作为组合拱节段，从下而上依次对接合龙后形成拱圈，修筑其他结构形成桥梁。

结合图1、图2，具体的，组合拱节段施工方法包括以下步骤：

(1)按设计要求进行拱座13、交界墩11、缆吊锚碇、扣塔架和缆索***等施工，同时工厂进行弦杆2、腹杆、横撑、斜撑构件的加工，均采用钢材制作，弦杆2和腹杆组合形成钢桁结构，弦杆2、腹杆的连接关系参见实施例1中所述。

(2)钢桁骨架的上下弦杆2分别预埋在顶部拱板1和底部拱板1中，拱板1采用混凝土材料，实现混凝土顶部拱板1、底部拱板1与钢桁骨架的连接，并且在相邻钢桁骨架的竖腹杆间焊接第二横撑9、第一斜撑10，形成如实施例1所述的边箱肋拱节段，在本实施例中，1/2主拱圈从拱脚至拱顶划可分为8个节段。

(3)工厂预制完成后，进行边箱节段的吊装拼装。缆索吊装两个边箱拱肋节段一，连接中箱处的第一横撑5和第二斜撑6，并张拉相应位置扣索。

(4)缆索吊装两个边箱拱肋节段二，将节段一、节段二内的上下弦杆2连接，再连接节段二中箱处第一横撑5和第二斜撑6，并张拉相应位置扣索。

(5)缆索吊装两个边箱拱肋节段三，将节段二、节段三内的上下弦杆2连接，再连接节段三中箱处第一横撑5和第二斜撑6，并张拉相应位置扣索，浇筑节段一与节段二之间的接头混凝土，形成节段湿接缝7。

(6)重复上述步骤四和五，直至两个边箱拱肋完成合龙。

(7)自下而上浇筑中箱横向中间板8，加固边箱连接结构，形成完整拱圈。

(8)施工拱上立柱14。

(9)施工拱上桥面系12。

采用中箱和两侧边箱组合的结构，先进行边箱的并行施工，并行的边箱之间连接横撑结构协同受力，使其能够稳定成拱，在成拱后，对其连接横撑位置浇注中间板8，形成完整拱圈，进一步提高整个拱圈的协同受力能力。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种组合拱节段构造，其特征在于，包括中箱和中箱两侧分别连接的边箱；边箱包括拱板、弦杆和腹杆，至少两块拱板依次间隔且平行布置，每个拱板内依次埋设有至少两根弦杆，相邻拱板内正对的弦杆之间连接多根腹杆，以形成桁架结构；同一中箱对应的两个边箱之间连接有中间板和多根第一横撑，中间板两端连接相异边箱的拱板，中间板与所连接的拱板共面。

2.如权利要求1所述的组合拱节段构造，其特征在于，同一边箱对应拱板内布置的弦杆轴线平行布置，腹杆连接弦杆结合拱板形成腹板处为桁架的箱式结构。

3.如权利要求1所述的组合拱节段构造，其特征在于，同一拱板内相邻弦杆对应的腹杆之间连接有第一斜撑，第一斜撑端部连接于腹杆侧面，且靠近拱板。

4.如权利要求3所述的组合拱节段构造，其特征在于，所述第一斜撑连接腹杆处设有第二横撑，第二横撑两端分别连接腹杆，第二横撑轴线垂直于所连接腹杆的轴线。

5.如权利要求1所述的组合拱节段构造，其特征在于，所述腹杆包括第一腹杆和第二腹杆；同一弦杆对应的所有第一腹杆平行布置，相邻第一腹杆之间连接第二腹杆。

6.如权利要求5所述的组合拱节段构造，其特征在于，所述第二腹杆端部对接第一腹杆端部后连接弦杆，且第二腹杆两端连接于不同的弦杆，第二腹杆与第一腹杆呈夹角布置。

7.如权利要求1所述的组合拱节段构造，其特征在于，所述中箱包括多块中间板，一个边箱的拱板与另一个边箱的拱板一一对应，并通过中间板连接。

8.如权利要求1所述的组合拱节段构造，其特征在于，所述边箱之间的多根第一横撑间隔且轴线平行布置，相邻横撑之间连接有第二斜撑。

9.一种桥梁，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的组合拱节段构造。

10.一种组合拱节段施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

工厂预制拱板、弦杆和腹杆，弦杆预埋入拱板内，平行间隔布置的两块拱板之间连接有腹杆，腹杆端部连接弦杆，形成腹板为桁架、顶板为混凝土的边箱；

两个边箱的拱板之间通过中间板连接、腹杆之间通过第一横撑连接，在两个边箱之间形成腹板为桁架、顶板为混凝土的中箱；

边箱和中箱整体作为组合拱节段，从下而上依次对接合龙后形成拱圈，修筑其他结构形成桥梁。

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