CN219450481U - 一种基于大跨径拱桥的悬臂拱圈与劲性骨架组合结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于大跨径拱桥的悬臂拱圈与劲性骨架组合结构，包括对称设置在大跨径拱桥左、右侧拱座上的悬臂拱圈，所述悬臂拱圈包括拼接式钢筋骨架，其外包裹有混凝土，两悬臂拱圈的跨中拱顶留有开口段落，两悬臂拱圈开口端的钢筋骨架为外露的连接段，在开口段落处设有劲性骨架，劲性骨架的两端通过预埋式连接接头分别与两悬臂拱圈的连接段连接。本实用新型通过设置预埋式连接接头，使混凝土拱圈与劲性骨架之间形成连接可靠的组合结构，其稳固性好，可靠性高，使得在跨中开口段落范围的混凝土拱圈无需采用塔架斜拉扣挂施工，可大大降低塔架稳定性风险，大幅提升工程安全性和经济性。

Description

一种基于大跨径拱桥的悬臂拱圈与劲性骨架组合结构

技术领域

本实用新型涉及一种基于大跨径拱桥的悬臂拱圈与劲性骨架组合结构，属于桥梁建设技术领域。

背景技术

目前拱桥施工工法主要有预制节段吊装法、劲性骨架法、支架现浇、转体施工和斜拉扣挂悬臂浇筑施工工法，斜拉扣挂悬臂浇筑施工工法发展至今，已成为修建大中跨径钢筋混凝土拱桥一种极为有效且经济的施工手段。斜拉扣挂悬臂浇筑施工是通过搭设塔架，采用斜拉索将混凝土拱圈节段扣挂于塔架上，从拱脚逐节段施工至拱顶，施工过程中，已扣挂混凝土拱圈呈悬臂状，对应扣索需设置锚索，将锚索锚于基岩或重力式结构物中以保证塔架稳定，拱圈合龙成拱后拆除斜拉扣挂体系。

但是应用此方法施工时，发现以下不足之处：采用塔架斜拉扣挂施工全拱圈节段，随着混凝土拱桥跨径增大，通过塔架斜拉扣挂的节段数量与重量相应增大，而塔架由易于后期拆卸的钢结构组装而成，由于受压荷载的增大，其稳定性较难保证，尤其是针对跨径突破200米的大跨径钢筋混凝土拱桥，若要保证塔架受压稳定性，需要更大刚度的塔架结构、更多的斜拉索与更大锚固工程量，施工难度和风险进一步加大，经济性将有所降低。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型的目的是提供一种基于大跨径拱桥的悬臂拱圈与劲性骨架组合结构，可以克服现有技术的不足。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于大跨径拱桥的悬臂拱圈与劲性骨架组合结构，包括对称设置在大跨径拱桥左、右侧拱座上的悬臂拱圈，所述悬臂拱圈包括拼接式钢筋骨架，其外包裹有混凝土，两悬臂拱圈的跨中拱顶留有开口段落，两悬臂拱圈开口端的钢筋骨架为外露的连接段，在开口段落处设有劲性骨架，劲性骨架的两端通过预埋式连接接头分别与两悬臂拱圈的连接段连接。

前述预埋式连接接头包括若干分别设置在两悬臂拱圈连接段和劲性骨架上的剪力钉，所述劲性骨架两端与悬臂拱圈连接段嵌接并通过绑扎在剪力钉上钢筋形成配箍加固结构，在配箍加固结构外包裹有混凝土。

前述劲性骨架包括若干段拼接在一起的预制骨架单元；所述预制骨架单元包括由主弦杆拼接而成的箱型结构，在箱型结构内设有竖腹杆、斜腹杆，主弦杆及竖腹杆、斜腹杆之间通过联结结构相互连接。

在前述劲性骨架两端预制骨架单元的联结结构上布设若干剪力钉，悬臂拱圈连接段嵌接入联结结构内，采用回字形和交叉形组合形式绑扎钢筋形成配箍加固结构。

前述两悬臂拱圈的跨中拱顶留有开口段落的长度不大于24.65m，所述劲性骨架至少由7节预制骨架单元拼接而成并设置在开口段落处。

前述劲性骨架两端的预制骨架单元长度不少于3m，其余中部的预制骨架单元为等长设置。

与现有技术比较，本实用新型公开的一种基于大跨径拱桥的悬臂拱圈与劲性骨架组合结构，包括对称设置在大跨径拱桥左、右侧拱座上的悬臂拱圈，所述悬臂拱圈包括拼接式钢筋骨架，其外包裹有混凝土，两悬臂拱圈的跨中拱顶留有开口段落，两悬臂拱圈开口端的钢筋骨架为外露的连接段，在开口段落处设有劲性骨架，劲性骨架的两端通过预埋式连接接头分别与两悬臂拱圈的连接段连接。本实用新型通过设置预埋式连接接头，使混凝土拱圈与劲性骨架之间形成连接可靠的组合结构，所述的组合结构稳固性好，可靠性高，使得施工过程中在跨中开口段落范围的混凝土拱圈无需采用塔架斜拉扣挂施工，在满足施工强度的前提下，可大大降低塔架稳定性风险，大幅提升工程安全性和经济性。

本实用新型的有益效果具体包括：

（1）有效减小了悬浇拱桥大悬臂的长度，从而降低施工中的风险，尤其适用于跨径突破200米的大跨径钢筋混凝土拱桥；

（2）通过设置预埋式连接接头，使混凝土拱圈与劲性骨架之间形成连接可靠的组合结构，可减少扣索及锚箱的数量，进而降低了扣塔的高度，相应减小了锚索的数量及锚锭的规模，进一步降低了工程风险；可使跨中24.65m范围的混凝土拱圈无需采用塔架斜拉扣挂施工，降低塔架高度12米，减少8对扣索、8对锚索及对应锚固工程量，直接经济节省约120万元。

本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为劲性骨架2的正面结构示意图；

图3为图2的顶部结构示意图；

图4为预埋式连接接头3的正面连接结构示意图；

图5为预埋式连接接头3的横截面结构示意图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的保护范围。

如图1-图5所示，一种基于大跨径拱桥的悬臂拱圈与劲性骨架组合结构，包括对称设置在大跨径拱桥左、右侧拱座5上的悬臂拱圈1，所述悬臂拱圈1包括拼接式钢筋骨架，其外包裹有混凝土，两悬臂拱圈1的跨中拱顶留有开口段落，且两悬臂拱圈开口端的钢筋骨架为外露的连接段，在开口段落处设有劲性骨架2，劲性骨架2的两端通过预埋式连接接头3分别与两悬臂拱圈1的连接段连接。

所述预埋式连接接头3包括若干分别设置在两悬臂拱圈1连接段和劲性骨架2上的剪力钉，所述劲性骨架2两端与悬臂拱圈1连接段嵌接并通过绑扎在剪力钉上钢筋301形成配箍加固结构，在配箍加固结构外包裹有混凝土302。优选地，混凝土302的设置长度不少于3m。

所述劲性骨架2包括若干段拼接在一起的预制骨架单元；所述预制骨架单元包括由主弦杆201拼接而成的箱型结构，在箱型结构内设有竖腹杆202、斜腹杆203，主弦杆201及竖腹杆202、斜腹杆203之间通过联结结构204相互连接。

在劲性骨架2两端预制骨架单元的联结结构204上布设若干剪力钉，悬臂拱圈1连接段嵌接入联结结构204内，采用回字形和交叉形组合形式绑扎钢筋301形成配箍加固结构。

两悬臂拱圈1的跨中拱顶留有开口段落的长度不大于24.65m，所述劲性骨架2至少由7节预制骨架单元拼接而成并设置在开口段落处。优选地，所述劲性骨架2两端的预制骨架单元长度不少于3m，其余中部的预制骨架单元为等长设置。

基于大跨径拱桥的悬臂拱圈与劲性骨架组合结构的施工方法，其包括以下步骤：

s1、采用塔架斜拉扣挂浇筑法左右对称、分节段浇筑悬臂拱圈1，直至留出跨中拱顶的开口段落；

s2、在开口处架设劲性骨架2先行合龙，劲性骨架2的两端通过预埋式连接接头3分别与左、右侧的悬臂拱圈1连接，形成混凝土拱圈与劲性骨架组成的混合拱结构，在预埋式连接接头3的作用下，合拢段不需要进行斜拉扣挂施工；

s3、分节段浇筑劲性骨架段的混凝土，将劲性骨架包裹在混凝土内，至此形成了完整的拱圈。

步骤s1中，采用永临结构塔架斜拉扣挂4，沿左、右侧拱座分节逐段浇筑悬臂拱圈，直至留出跨中拱顶的24.65m段落。

在左、右侧拱座5上设有交界墩6，且拱座5斜上侧的桥区基岩内依次设置桥墩7、桥台8，以交界墩6、桥墩7、桥台8作为施工临时锚固构件，塔架斜拉扣挂4。如图1所示，可将0号桥台、1 号桥墩、4 号桥墩、5 号桥墩基础结构作为主拱圈斜拉索施工临时锚碇，同时考虑交界墩墩身参与斜拉扣挂施工，大幅降低了临时施工措施的费用。

悬臂拱圈的具体浇筑步骤包括：

（1）现浇与左、右侧拱座5相连的初始节段：搭设现浇支架作浇筑平台，保证初始节段倾角为39.6度，在拱座斜面预埋厚度不小于20mm的斜面钢板，与纵向主梁焊接成整体，抵抗混凝土浇筑时产生的水平推力，采用C55砼现浇施工；

（2）进行斜拉扣挂4锚固体系施工：进行墩顶扣塔安装，在桥墩7和桥台8上开设若干个位置相对应的锚固孔并施工基础岩锚、设置锚索张拉端；

（3）安装拼装式挂篮9：挂篮一端与初始节段固连，另一端悬空并预留斜拉扣挂悬臂节段的施工空间；

（4）采用拼装式挂篮9逐步前移、分节段进行斜拉扣挂悬臂节段浇筑施工：架设钢筋箱型结构，并浇筑C55砼将钢筋箱型结构外包裹起来，形成钢筋混凝土箱型拱圈；在钢筋混凝土箱型拱圈靠腹板侧预留扣索锚固齿块，通过斜拉扣挂锚固体系实现张拉。

分节段进行斜拉扣挂悬臂节段浇筑施工时，控制浇筑节段拱圈截面上缘拉应力及张拉当前扣索时的拱脚下缘拉应力，通过调索及松索处理，使主拱圈拉应力小于1.5MPa ，不发生开裂。

步骤s2中，采用斜拉扣挂4施工的最后一段悬臂拱圈在混凝土浇筑时，采用横向配箍加固的预埋式连接接头将最后一段悬臂拱圈与首段劲性骨架连接在一起，而后采用缆索吊装法将劲性骨架其余节段陆续吊装到位，劲性骨架节段间采用焊接连接，使两岸的大悬臂拱圈转换为混凝土拱圈与劲性骨架组成的混合拱。

所述预埋式连接接头3的具体施工步骤包括：

（1）工厂内分段预制劲性骨架：劲性骨架包括由主弦杆201拼接而成的箱型结构，在箱型结构内设有竖腹杆202、斜腹杆203，主弦杆201及竖腹杆202、斜腹杆203之间通过联结结构204相互连接，并且在劲性骨架上布设若干剪力钉；

其中，主弦杆201为焊接工字钢，竖腹杆202、斜腹杆203及联结结构204由四拼槽钢组成；

（2）将最后一段悬臂拱圈的钢筋箱型结构与首段劲性骨架对接，在钢筋箱型结构与劲性骨架上的剪力钉之间绑扎钢筋301进行加强；

绑扎钢筋301时采用回字形和交叉形组合形式绑扎；

（3）浇筑混凝土进行对接段预埋处理，埋置深度不少于3m。

优选地，主拱圈跨中合龙段长 24.65 m，预制劲性骨架共分为7个节段，两端的劲性骨架通过预埋式连接接头3与最后一段悬臂拱圈连接，而中间的劲性骨架节段间采用焊接方式相互连接在一起。

步骤s3中，采用挂篮分节段方式进行合龙段浇筑，分三次进行浇筑：

第1次：采用混凝土对称浇筑靠近最后一段悬臂拱圈的第一节段；

第2次：将其中一侧第一节段上的挂篮前移，浇筑对应的第二段混凝土；

第3次：将另一侧第一节段上的挂篮前移，浇筑对应的第三段混凝土直至完成全桥拱圈合龙。

优选地，第1次采用混凝土对称浇筑靠近最后一段悬臂拱圈的第一节段，其长度为6.58m左右；第2次将其中一侧第一节段上的挂篮前移，浇筑对应的第二段混凝土，其长度为6.6m左右，第3次：将另一侧第一节段上的挂篮前移，浇筑对应的第三段混凝土完成全桥拱圈合龙。

以贵州省织金县某特大钢筋混凝土悬浇拱为例：

技术标准：

（1）公路等级：高速公路；（2）行车道数：4；（3）设计速度：80 km/h；（4）设计荷载：公路 —Ⅰ级级；（4）地震基本烈度：Ⅵ度；（5）设计基本风速 ：25.6m/s （1/100 ）。

整幅桥面总宽21.5 米，主拱圈分两幅设计，孔跨布置均为2×30米T梁+210 米（净跨径）钢筋混凝土箱型拱+3×30 米T 梁，桥梁全长391.4 米；主拱行车道板采用跨径13.2米空心板。

采用上述方法进行施工：

首先，单幅拱圈划分为2个现浇段，26个悬浇段和1个合龙段，悬浇节段最大长度为8.063m ，最大悬臂浇筑重量 188.6 t，拱圈采用 C55浇筑；

其次，主拱圈跨中合龙段长 24.65 m，内置大跨劲性骨架拱，劲性骨架拱共分为7个节段，其中第一节段预埋长度为3米，钢桁架两幅重199吨；合龙段施工将劲性骨架拱与悬浇钢筋混凝土拱结合。

结构理论计算及试验：

（1）应力验算：上下缘拱圈应力分布均匀，拱脚附近最大 12MPa 压应力，满足要求；

（2）挠度验算：跨中最大挠度为 0.121m ，小于 210m/1000=0.210m ，满足要求；

（3）通过有限元模拟方法进行预埋式连接接头验算：

①轴向压力试件：轴向压力试验在千吨压力试验机上进行，试件在千吨压力试验机底板平面上放置，试件的H型钢形与千吨压力试验机加载顶板中心重合；

②剪力试件：剪力试验利用50t 液压千斤顶加载，剪力试件立于地面并用地锚螺栓锚固；

通过设计制作接头局部足尺试件开展轴向压力及剪力试验，并对应力实测值与应力数值计算值进行对比分析：试件承载力大致为接头承载力，抗压与抗剪承载力实测值均大于施工过程中接头所受荷载值，接头是安全可靠的。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式保密的限制，任何未脱离本实用新型技术方案内容、依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种基于大跨径拱桥的悬臂拱圈与劲性骨架组合结构，包括对称设置在大跨径拱桥左、右侧拱座（5）上的悬臂拱圈（1），所述悬臂拱圈（1）包括拼接式钢筋骨架，其外包裹有混凝土，两悬臂拱圈（1）的跨中拱顶留有开口段落，其特征在于：两悬臂拱圈（1）开口端的钢筋骨架为外露的连接段，在开口段落处设有劲性骨架（2），劲性骨架（2）的两端通过预埋式连接接头（3）分别与两悬臂拱圈（1）的连接段连接。

2.根据权利要求1所述的基于大跨径拱桥的悬臂拱圈与劲性骨架组合结构，其特征在于：所述预埋式连接接头（3）包括若干分别设置在两悬臂拱圈（1）连接段和劲性骨架（2）上的剪力钉，所述劲性骨架（2）两端与悬臂拱圈（1）连接段嵌接并通过绑扎在剪力钉上钢筋（301）形成配箍加固结构，在配箍加固结构外包裹有混凝土（302）。

3.根据权利要求2所述的基于大跨径拱桥的悬臂拱圈与劲性骨架组合结构，其特征在于：所述劲性骨架（2）包括若干段拼接在一起的预制骨架单元；所述预制骨架单元包括由主弦杆（201）拼接而成的箱型结构，在箱型结构内设有竖腹杆（202）、斜腹杆（203），主弦杆（201）及竖腹杆（202）、斜腹杆（203）之间通过联结结构（204）相互连接。

4.根据权利要求3所述的基于大跨径拱桥的悬臂拱圈与劲性骨架组合结构，其特征在于：在劲性骨架（2）两端预制骨架单元的联结结构（204）上布设若干剪力钉，悬臂拱圈（1）连接段嵌接入联结结构（204）内，采用回字形和交叉形组合形式绑扎钢筋（301）形成配箍加固结构。

5.根据权利要求4所述的基于大跨径拱桥的悬臂拱圈与劲性骨架组合结构，其特征在于：两悬臂拱圈（1）的跨中拱顶留有开口段落的长度不大于24.65m，所述劲性骨架（2）至少由7节预制骨架单元拼接而成并设置在开口段落处。

6.根据权利要求5所述的基于大跨径拱桥的悬臂拱圈与劲性骨架组合结构，其特征在于：所述劲性骨架（2）两端的预制骨架单元长度不少于3m，其余中部的预制骨架单元为等长设置。