CN101440598B - 钢箱-砼组合箱板拱结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢箱-砼组合箱板拱结构及其施工方法，在平行设置的钢箱拱I和钢箱拱II之间沿纵向并列布置底部预制板和顶部预制板，底部预制板两端分别担在钢箱拱I的底板和钢箱拱II的底板横向向内侧延伸形成的延伸部上，顶部预制板两端和底部预制板两端与钢箱拱I和钢箱拱II之间、相邻底部预制板之间以及相邻顶部预制板之间通过现浇砼形成中间为砼箱结构的钢箱-砼组合箱板拱结构，本发明能明显简化主拱施工工艺，降低对预制场地和吊运设备的预期，提高施工期结构和人员的安全度，减小工程风险，缩短工期，具有显著的技术经济综合效益。

Description

钢箱-砼组合箱板拱结构及其施工方法

技术领域

本发明属于建筑结构和桥梁道路工程领域，特别涉及一种钢箱-砼组合箱板拱结构及其施工方法。

背景技术

混凝土拱桥以其造型优美、造价低廉，跨越力强、经济实用得到人们的青睐，成为我国最常用的桥型之一。常见的拱桥包括主拱及设置主拱上的立柱、桥道板等拱上建筑，主拱是拱桥的主要承重结构。拱桥避免了高墩、高塔的修建，节约了下部结构的建设费用，且其建筑材料以混凝土和普通钢材等单价较低的材料为主；施工质量好的混凝土拱桥还具有经久耐用、后期养护费低的优势；拱桥的力学特点是将桥面的竖向荷载转化为部分水平推力，使拱的弯距大大减小，拱主要承受压力，不需要象其它桥梁一样要考虑受拉和受弯等情况，可充分发挥材料抗压性能；具有较大的跨越能力；在适宜地形地质条件下，混凝土拱桥与其他桥型相比，具有明显的经济和技术优势。

但是，混凝土拱桥存在施工场地及设备要求高、施工工艺复杂、工期长、安全性差的缺点；通常采用的分节段预制吊装连接形成的混凝土拱还存在结构纵横接缝多，易导致结构实际状态与设计理想状态存在明显偏差，混凝土拱桥抗震性能差的问题；而单纯的采用钢结构拱桥，则钢材用量显著增加，导致造价过高，且钢结构拱桥的刚度相对较低，使用荷载下结构变形较大，对200米跨径以内的拱桥不具有综合的技术经济优势。

因此，需要一种同时兼有混凝土拱桥和钢拱桥优点并克服其缺点的钢-砼组合拱桥，具有良好的强度和抗变形能力，能明显简化主拱施工工艺，降低对预制场地和吊运设备的要求，提高施工期结构和人员的安全度，减小工程风险，缩短工期，具有显著的技术经济综合效益。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种钢箱-砼组合箱板拱结构及其施工方法，具有良好的抗裂强度和抗变形能力，能明显简化主拱施工工艺，降低对预制场地和吊运设备的要求，提高施工期结构和人员的安全度，减小工程风险，缩短工期，具有显著的技术经济综合效益。

本发明的钢箱-砼组合箱板拱结构，包括平行设置的钢箱拱I和钢箱拱II，所述钢箱拱I的底板和钢箱拱II的底板之间沿纵向并列布置底部预制板，钢箱拱I的顶板和钢箱拱II的顶板之间沿纵向并列布置顶部预制板，钢箱拱I的底板和钢箱拱II的底板分别横向向内侧延伸，底部预制板两端分别担在钢箱拱I和钢箱拱II底板的延伸部；所述顶部预制板两端和底部预制板两端与钢箱拱I和钢箱拱II之间、相邻底部预制板之间以及相邻顶部预制板之间通过现浇砼形成形成中间为砼箱结构的钢箱-砼组合箱板拱结构。

进一步，所述钢箱拱I和钢箱拱II内侧腹板外表面分别设置腹板加劲肋板，所述腹板加劲肋板上纵向布置横向通孔，横向通孔内穿入砼箱结构的腹板箍筋，在现浇砼后形成钢箱拱I和钢箱拱II与砼箱结构腹板联结的PBL剪力键；

进一步，钢箱拱I和钢箱拱II底板的延伸部与砼箱结构腹板内的箍筋底边焊接；

进一步，在钢箱拱I和钢箱拱II的跨中区段的顶板上部分别现浇顶部砼，所述顶部砼与顶部预制板通过现浇顶部砼联结为一体；

进一步，所述钢箱拱I和钢箱拱II顶板外表面分别设置顶板加劲肋板，所述顶板加劲肋板上纵向布置横向通孔，横向通孔内穿入顶部砼箍筋，在现浇顶部砼后形成钢箱拱I和钢箱拱II与顶部砼联结的PBL剪力键；

进一步，钢箱拱I和钢箱拱II的拱脚区段顶板和底板钢板厚度大于跨中区段顶板和底板钢板厚度。

本发明还公开了一种钢箱-砼组合箱板拱结构的施工方法，包括以下步骤：

a.预制钢箱拱I和钢箱拱II，钢箱拱I和钢箱拱II的底板分别设置横向延伸部，在桥位现场进行钢箱拱I和钢箱拱II的安装合拢施工，安装施工时，钢箱拱I和钢箱拱II的底板延伸部相对；

b.沿拱纵向在钢箱拱I和钢箱拱II的底板延伸部上布置底部预制板，相邻底部预制板之间以及底部预制板与钢箱之间的接缝通过现浇砼联结为一体，沿钢箱拱I和钢箱拱II内侧腹板外表面现浇砼，形成砼箱结构腹板，并在现浇过程中，使砼箱结构腹板与钢箱拱I和钢箱拱II内侧腹板联结为整体；

c.砼箱结构腹板达到设定强度后，沿拱纵向在砼箱结构腹板上布置砼箱结构顶部预制板，相邻顶部预制板之间通过现浇混凝土联结为一体，将顶部预制板两端与钢箱拱I和钢箱拱II腹板通过现浇混凝土联结为整体。

进一步，步骤b中，在现浇砼箱结构腹板前，在钢箱拱I和钢箱拱II内侧腹板外表面分别设置腹板加劲肋板，所述腹板加劲肋板上纵向布置横向通孔，横向通孔内穿入骨架钢筋兼作钢箱拱I和钢箱拱II腹板与砼箱结构腹板联结的PBL剪力键；

进一步，步骤c中，在钢箱拱I和钢箱拱II的跨中区段的顶板上表面分别现浇顶部砼，所述顶部砼与顶部预制板通过现浇砼联结为一体，浇筑前，钢箱拱I和钢箱拱II顶板外表面分别设置顶板加劲肋板，顶板加劲肋板上纵向布置横向通孔，横向通孔内穿入骨架钢筋兼作钢箱拱I和钢箱拱II顶板与顶部砼联结的PBL剪力键；

进一步，步骤b中，在现浇砼箱结构腹板前，将砼箱结构腹板的箍筋底部与钢箱拱I和钢箱拱II底板的延伸部焊接。

本发明的有益效果是：本发明的钢箱-砼组合箱板拱结构，采用先制作安装两并行钢箱拱及其横向联系，并以此为支撑布置砼箱结构底部预制板和顶部预制板，通过现浇砼使两侧钢箱与砼箱结构底部预制板和顶部预制板联结成为整体的钢箱-砼组合箱板拱结构，由于采用空钢箱成拱，自重轻，设备简，易控制，安全快捷，无开裂忧患，无需大型预制场地及吊运设备，有利于朝大跨径桥梁结构发展；在已形成的钢箱拱空间结构上布置中箱砼预制底板和顶板，通过现浇砼形成整体的钢箱-砼组合箱板拱结构，具有良好的强度和抗变形能力，克服了现有技术中支架现浇混凝土拱箱、预制安装混凝土拱箱或劲性骨架拱外包混凝土的施工复杂、设备要求高、风险大、工期长的弱点，具有很好的综合技术和经济效益；对钢箱的加劲肋板开孔并穿入相应的钢筋兼作联结钢箱与砼的PBL剪力键，不另增加因钢箱与砼结合所需的专用剪力键，既节省材料，又简化施工，且联结性能可靠，具有较强的抵抗冲击、疲劳和反复荷载作用的能力。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明跨中区段横截面结构示意图；

图2为图1I处放大图；

图3为图1沿A向示意图；

图4为本发明拱脚区段横截面结构示意图；

图5为图4沿B向示意图；

图6为本发明拱体结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明跨中区段横截面结构示意图，图2为图1I处放大图，图3为图1沿A向示意图，图4为本发明拱脚区段横截面结构示意图，图5为图4沿B向示意图，图6为本发明拱体结构示意图，本实施例的钢箱-砼组合箱板拱结构包括平行设置的钢箱拱I 1和钢箱拱II 2，钢箱拱I 1的底板和钢箱拱II 2的底板之间沿纵向并列布置底部预制板3，钢箱拱I 1的顶板和钢箱拱II 2的顶板之间沿纵向并列布置顶部预制板4，钢箱拱I 1的底板和钢箱拱II 2的底板分别横向向内侧延伸，底部预制板3两端伸出钢筋，并分别担在钢箱拱I 1和钢箱拱II 2底板的延伸部，进一步增加连接强度；顶部预制板4两端和底部预制板3两端与钢箱拱I 1和钢箱拱II 2之间、相邻底部预制板3之间以及相邻顶部预制板4之间通过现浇砼形成形成中间为砼箱结构5的钢箱-砼组合箱板拱结构；

钢箱拱I 1和钢箱拱II 2内侧腹板外表面分别设置腹板加劲肋板11和腹板加劲肋板21，腹板加劲肋板11和腹板加劲肋板21上分别纵向布置横向通孔7，横向通孔7内穿入穿入砼箱结构5的腹板箍筋，在现浇砼后形成钢箱拱I 1和钢箱拱II 2与砼箱结构5腹板联结的PBL剪力键，使砼箱结构5两侧腹板分别与钢箱拱I 1和钢箱拱II 2刚性联结，加强钢箱拱I 1和钢箱拱II 2和砼箱结构5的联结刚度，增加拱的整体稳定性；

钢箱拱I 1和钢箱拱II 2底板的延伸部与砼箱结构5的两侧腹板内的箍筋6和箍筋61焊接，增加浇筑后构建的整体强度和刚度；

在钢箱拱I 1和钢箱拱II 2的跨中区段的顶板上部分别现浇顶部砼12和顶部砼22，顶部砼12和顶部砼22与顶部预制板4通过现浇砼联结为一体，由于跨中区段顶板受压，现浇顶部砼后增加结构的整体受压性能，利于保证拱的整体稳定性；钢箱拱I 1和钢箱拱II 2顶板外表面分别设置顶板加劲肋板13和顶板加劲肋板23，顶板加劲肋板13和顶板加劲肋板23上纵向布置横向通孔，穿入顶部砼12和顶部砼22的箍筋，在现浇顶部砼12和顶部砼22后形成钢箱拱I 1和钢箱拱II 2顶板与顶部砼12和顶部砼22联结的PBL剪力键；

钢箱拱I 1和钢箱拱II 2的底板和外侧腹板的内表面均设置加劲肋板，以加强钢箱拱I 1和钢箱拱II 2的刚度和强度；

由于钢箱拱I 1和钢箱拱II 2顶板的拱脚区段承受负弯矩，因此本实施例中钢箱拱I 1和钢箱拱II 2的拱脚区段C钢板厚度大于跨中区段D钢板厚度；钢箱拱I 1和钢箱拱II 2的各区段钢板厚度可根据实际情况厚度均不相同。

钢箱-砼组合箱板拱结构的施工方法，包括以下步骤：

a.预制钢箱拱I 1和钢箱拱II 2，钢箱拱I 1和钢箱拱II 2的底板分别设置横向延伸部，在桥位现场进行钢箱拱I 1的安装合拢施工和钢箱拱II 2的安装合拢施工，安装施工时，钢箱拱I 1和钢箱拱II 2的底板延伸部相对；钢箱拱I 1和钢箱拱II 2内侧腹板外表面和顶板上表面设置加劲肋板，外侧腹板和底板内表面设置加劲肋板；

b.钢箱拱I 1和钢箱拱II 2内侧腹板的外表面设置的加劲肋板为腹板加劲肋板11和腹板加劲肋板21；沿拱纵向在钢箱拱I 1和钢箱拱II 2的底板延伸部上布置底部预制板3，底部预制板3两端伸出钢筋，相邻底部预制板3之间以及底部预制板3与钢箱拱I 1和钢箱拱II 2之间通过现浇混凝土联结为一体，在底部预制板3两端沿钢箱拱I 1和钢箱拱II 2内侧腹板外表面现浇砼，形成与钢箱拱I 1和钢箱拱II 2内侧腹板通过现浇连为整体的砼箱结构5腹板，在现浇砼箱结构两侧腹板前，将砼箱结构5腹板箍筋与钢箱拱I 1和钢箱拱II 2底板的延伸部焊接；腹板加劲肋板11和腹板加劲肋板21上纵向布置横向通孔，横向通孔内穿入骨架钢筋兼作钢箱拱I 1和钢箱拱II 2腹板与砼箱结构5腹板联结的PBL剪力键，保证钢箱拱I 1和钢箱拱II2与砼箱结构5牢固联结；

c.砼箱结构5腹板达到设定强度后，沿拱纵向在砼箱结构5腹板上布置顶部预制板4，相邻顶部预制板4之间通过现浇砼联结为一体，将顶部预制板4两端与钢箱拱I 1和钢箱拱II 2腹板通过现浇砼联结为一体；钢箱拱I1和钢箱拱II 2跨中区段的顶板外表面设置的加劲肋板为顶板加劲肋板13和顶板加劲肋板23，在钢箱拱I 1和钢箱拱II 2的跨中区段的顶板上部分别现浇顶部砼12和顶部砼22，顶板加劲肋板13和顶板加劲肋板23上纵向布置横向通孔，横向通孔内穿入骨架钢筋兼作钢箱拱I 1和钢箱拱II 2顶板与顶部砼12和顶部砼22联结的PBL剪力键。

以上施工过程中，现浇混凝土过程中，均按常规方法布置骨架钢筋和箍筋。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种钢箱-砼组合箱板拱结构，其特征在于：包括平行设置的钢箱拱I

(1)和钢箱拱II(2)，所述钢箱拱I(1)的底板和钢箱拱II(2)的底板之间沿纵向并列布置底部预制板(3)，钢箱拱I(1)的顶板和钢箱拱II(2)的顶板之间沿纵向并列布置顶部预制板(4)，钢箱拱I(1)的底板和钢箱拱II(2)的底板分别横向向内侧延伸，底部预制板(3)两端分别担在钢箱拱I(1)和钢箱拱II(2)底板的延伸部；所述顶部预制板(4)两端和底部预制板(3)两端与钢箱拱I(1)和钢箱拱II(2)之间、相邻底部预制板(3)之间以及相邻顶部预制板(4)之间通过现浇砼形成中间为砼箱结构(5)的钢箱-砼组合箱板拱结构。

2.根据权利要求1所述的钢箱-砼组合箱板拱结构，其特征在于：所述钢箱拱I(1)和钢箱拱II(2)内侧腹板外表面分别设置腹板加劲肋板，所述腹板加劲肋板上纵向布置横向通孔，横向通孔内穿入砼箱结构(5)的腹板箍筋，在现浇砼后形成钢箱拱I(1)和钢箱拱II(2)与砼箱结构(5)腹板联结的PBL剪力键。

3.根据权利要求2所述的钢箱-砼组合箱板拱结构，其特征在于：钢箱拱I(1)和钢箱拱II(2)底板的延伸部与砼箱结构(5)腹板内的箍筋底边焊接。

4.根据权利要求3所述的钢箱-砼组合箱板拱结构，其特征在于：在钢箱拱I(1)和钢箱拱II(2)的跨中区段的顶板上部分别现浇顶部砼，所述顶部砼与顶部预制板(4)通过现浇顶部砼联结为一体。

5.根据权利要求4所述的钢箱-砼组合箱板拱结构，其特征在于：所述钢箱拱I(1)和钢箱拱II(2)顶板外表面分别设置顶板加劲肋板，所述顶板加劲肋板上纵向布置横向通孔，横向通孔内穿入顶部砼箍筋，在现浇顶部砼后形成钢箱拱I(1)和钢箱拱II(2)与顶部砼联结的PBL剪力键。

6.根据权利要求4所述的钢箱-砼组合箱板拱结构，其特征在于：钢箱拱I(1)和钢箱拱II(2)的拱脚区段顶板和底板钢板厚度大于跨中区段顶板和底板钢板厚度。

7.一种权利要求1所述的钢箱-砼组合箱板拱结构的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

a.预制钢箱拱I和钢箱拱II，钢箱拱I和钢箱拱II的底板分别设置横向延伸部，在桥位现场进行钢箱拱I和钢箱拱II的安装合拢施工，安装施工时，钢箱拱I和钢箱拱II的底板延伸部相对；

b.沿拱纵向在钢箱拱I和钢箱拱II的底板延伸部上布置底部预制板，相邻底部预制板之间以及底部预制板与钢箱之间的接缝通过现浇砼联结为一体，沿钢箱拱I和钢箱拱II内侧腹板外表面现浇砼，形成砼箱结构腹板，并在现浇过程中，使砼箱结构腹板与钢箱拱I和钢箱拱II内侧腹板联结为整体；

c.砼箱结构腹板达到设定强度后，沿拱纵向在砼箱结构腹板上布置砼箱结构顶部预制板，相邻顶部预制板之间通过现浇混凝土联结为一体，将顶部预制板两端与钢箱拱I和钢箱拱II腹板通过现浇混凝土联结为整体。

8.根据权利要求7所述的钢箱-砼组合箱板拱结构的施工方法，其特征在于：步骤b中，在现浇砼箱结构腹板前，在钢箱拱I和钢箱拱II内侧腹板外表面分别设置腹板加劲肋板，所述腹板加劲肋板上纵向布置横向通孔，横向通孔内穿入骨架钢筋兼作钢箱拱I和钢箱拱II腹板与砼箱结构腹板联结的PBL剪力键。

9.根据权利要求8所述的钢箱-砼组合箱板拱结构的施工方法，其特征在于：步骤c中，在钢箱拱I和钢箱拱II的跨中区段的顶板上表面分别现浇顶部砼，所述顶部砼与顶部预制板通过现浇顶部砼联结为一体，浇筑前，钢箱拱I和钢箱拱II顶板外表面分别设置顶板加劲肋板，顶板加劲肋板上纵向布置横向通孔，横向通孔内穿入骨架钢筋兼作钢箱拱I和钢箱拱II顶板与顶部砼联结的PBL剪力键。

10.根据权利要求9所述的钢箱-砼组合箱板拱结构的施工方法，其特征在于：步骤b中，在现浇砼箱结构腹板前，将砼箱结构腹板的箍筋底部与钢箱拱I和钢箱拱II底板的延伸部焊接。

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