CN103882798B - 一种钢管混凝土强劲骨架的钢筋混凝土拱桥及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢管混凝土强劲骨架的钢筋混凝土拱桥，包括拱座，所述拱座连接有劲性骨架，所述劲性骨架包括上弦钢管和下弦钢管，所述上弦钢管与下弦钢管同向延伸，所述上弦钢管与下弦钢管之间连接有若干根腹杆，所述腹杆包括平行于上弦钢管的横向腹杆，上弦钢管与下弦钢管的腹杆交错连接形成“米”字形的结构，腹杆的节段变短，刚度、强度增加，具有腹杆更加稳定、桥梁整体刚度更好的有益效果。

Description

一种钢管混凝土强劲骨架的钢筋混凝土拱桥及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种钢管混凝土拱桥及其施工方法，尤其适用于钢管混凝土强劲骨架的钢筋混凝土拱桥及其施工方法。

背景技术

劲性骨架施工法主要用于混凝土拱桥的施工，钢筋混凝土构件(拱肋)在施工过程中，自身不能承担自身的重量，需要借助其他构件来承担。劲性骨架就是在钢筋混凝土截面中加入钢管、工字钢或其他钢材，达到可以满足施工条件的方法。

现有的钢筋混凝土拱桥中，劲性骨架的结构如图1所示，包括上弦钢管、下弦钢管以及设置于其间的若干腹杆，然而，现有的劲性骨架中，腹杆是由若干根垂直、或倾斜于上弦钢管的杆件，沿上弦钢管的延伸方向首尾依次连接，大致排列呈N字形，这样的结构的不足之处在于：整体刚度较差，腹杆稳定性较差。

另外，现有的钢管混凝土作为钢筋混凝土施工过程的成拱骨架，为了节约钢材用量，尽可能降低钢管骨架的钢材用量，依靠钢管混凝土骨架成拱后，将外包混凝土工序分为多环外包成拱实现，即外包混凝土每环合龙后，即可参加主拱总体受力，降低钢管混凝土骨架内力的方法，从而实现降低钢材用量的目的，该方法的缺点是主拱外包混凝土环节多，施工缝密集，工序复杂，最终结果是工期较长，施工缝质量无法保证，风险较高，另外，其还存在的不足之处在于：如果简单的增加钢管规格和壁厚，需要增加材料用量、并使得加工制造难度提高，同时安装及安装系统难度大，工程造价整体增加。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述不足之处，提供一种腹杆更加稳定、桥梁整体刚度更好的钢管混凝土强劲骨架的钢筋混凝土拱桥。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种钢管混凝土强劲骨架的钢筋混凝土拱桥，包括拱座，所述拱座连接有劲性骨架，所述劲性骨架包括上弦钢管和下弦钢管，所述上弦钢管与下弦钢管同向延伸，所述上弦钢管与下弦钢管之间连接有若干根腹杆，所述腹杆包括横向腹杆，所述横向腹杆与上弦钢管同向延伸；所述横向腹杆上间隔地设置有若干根竖向腹杆，所述竖向腹杆的两端分别与上弦钢管、下弦钢管连接，所述竖向腹杆与横向腹杆相互垂直交错；相邻两根竖向腹杆的相向侧各设置有一根第一斜向腹杆，两根第一斜向腹杆的一端分别与竖向腹杆连接，两根第一斜向腹杆的另一端在上弦钢管相互连接、并与上弦钢管连接；相邻两根竖向腹杆的相向侧各设置有一根第二斜向腹杆，两根第二斜向腹杆的一端分别与竖向腹杆连接，两根第二斜向腹杆的另一端在下弦钢管相互连接、并与下弦钢管连接。

采用这样的结构，上弦钢管与下弦钢管的腹杆交错连接形成“米”字形的结构，腹杆的节段变短，刚度、强度增加，具有腹杆更加稳定、桥梁整体刚度更好的有益效果。

优选的，在劲性骨架的宽度方向上间隔地设置有至少两组上弦钢管和下弦钢管，各组上弦钢管和下弦钢管均设置有腹杆。采用这样的结构，整体刚度和稳定性更好。

优选的，在劲性骨架的宽度方向上间隔地设置的三组上弦钢管包括相互平行的左侧上弦主管、右侧上弦主管以及中部上弦主管，左侧上弦主管与中部上弦主管、右侧上弦主管与中部上弦主管之间各设置有若干上弦横向钢管，若干根上弦横向钢管沿上弦主管的延伸方向间隔设置，各上弦横向钢管均垂直于上弦主管，所述上弦横向钢管的一端与中部上弦主管连接，所述上弦横向钢管的另一端与左侧上弦主管和/或右侧上弦主管连接；相邻两根上弦横向钢管之间设置有左、右两根上弦斜向钢管，位于左侧的上弦斜向钢管的外端与左侧上弦主管连接，所述位于左侧的上弦斜向钢管的内端与位于中部的上弦主管连接；位于右侧的上弦斜向钢管的外端与右侧上弦主管连接，所述位于右侧的上弦斜向钢管的内端与位于中部的上弦主管连接。采用这样的结构，具有施工方便、结构强度好的有益效果，更有利于混凝土浇筑成板。需要说明的是，本发明中，上弦横向钢管可以采用钢管结构，亦可采用型钢结构。

优选的，在劲性骨架的宽度方向上间隔地设置的三组下弦钢管包括相互平行的左侧下弦主管、右侧下弦主管以及中部下弦主管，左侧下弦主管与中部下弦主管、右侧下弦主管与中部下弦主管之间各设置有若干下弦横向钢管，若干根下弦横向钢管沿下弦主管的延伸方向间隔设置，各下弦横向钢管均垂直于上弦主管，所述下弦横向钢管的一端与中部下弦主管连接，所述下弦横向钢管的另一端与左侧下弦主管和/或右侧下弦主管连接；相邻两根下弦横向钢管之间设置有左、右两根下弦斜向钢管，位于左侧的下弦斜向钢管的外端与左侧下弦主管连接，所述位于左侧的下弦斜向钢管的内端与位于中部的下弦主管连接；位于右侧的下弦斜向钢管的外端与右侧下弦主管连接，所述位于右侧的下弦斜向钢管的内端与位于中部的下弦主管连接。采用这样的结构，具有施工方便、结构强度好的有益效果，更有利于混凝土浇筑成板。

优选的，相邻两根上弦横向钢管之间的左、右两根上弦斜向钢管的外端和内端在劲性骨架的长度方向分设于两侧。采用这样的结构，在劲性骨架的宽度方向上左、右两侧的上弦斜向钢管分别平行设置，这样的连接强度更好。

优选的，所述上弦钢管和下弦钢管的直径与壁厚之比为：35～60。采用这样的结构，提升了钢筋混凝土截面对钢筋混凝土主拱截面承载力的贡献，进一步提升了桥梁的稳定性和强度。

优选的，所述上弦钢管和下弦钢管内灌注有混凝土，所述上弦钢管和下弦钢管内灌注的混凝土的强度等级大于等于C80。

优选的，所述上弦钢管和下弦钢管内灌注的混凝土由如下重量份材料制成：水泥450份，粉煤灰30份，粉煤灰微珠40份，硅灰30份，膨胀剂40份，砂742份，碎石1068份，水138份。采用这样的结构，能够有利于混凝土在钢管中顺利泵送、灌注，并有利于避免发生钢管堵塞、钢管内混凝土脱空等情况的发生。

一种钢管混凝土强劲骨架的钢筋混凝土拱桥的施工方法，包括以下几个步骤：

步骤a、在两个拱座之间合龙劲性骨架；

步骤b、两拱肋对称灌注上弦钢管和下弦钢管内的混凝土，之后进行拱圈砼横向浇筑，拱圈砼横向浇筑的具体步骤如下：先浇筑底板混凝土直至合龙，待底板混凝土达到强度后再同步对称浇筑腹板混凝土至合龙，待腹板混凝土达到强度后再浇筑顶板混凝土。

采用这样的结构，使得外包混凝土的循环次数不超过3环，满足了主拱顶板、腹板、底板三环独立加载的安全需要，并且底部浇筑后强度达标后的混凝土为上方施工分担载荷，钢管混凝土强劲骨架参与成桥阶段结构共同受力，大大简化了施工工序，降低了施工风险。

优选的，所述步骤b中，上弦钢管、下弦钢管的混凝土灌注方法如下：首先向中部上弦主管和中部下弦主管灌注混凝土，之后再向左侧下弦主管和右侧下弦主管灌注混凝土，最后向左侧上弦主管和右侧上弦主管灌注混凝土。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：上弦钢管与下弦钢管的腹杆交错连接形成“米”字形的结构，腹杆的节段变短，刚度、强度增加，具有腹杆更加稳定、桥梁整体刚度更好的有益效果。

附图说明

图1为现有技术中拱桥中劲性骨架的结构示意图；

图2为本发明钢管混凝土强劲骨架的钢筋混凝土拱桥拱肋立面示意图；

图3为本发明中强劲骨架的断面图结构示意图；

图4为本发明中预埋段拱肋强劲骨架里面示意图；

图5为图4的简化结构示意图；

图6为图4中A-A向剖视图；

图7为图4中B向剖视图；

图8为本发明中钢管混凝土强劲骨架的钢筋混凝土拱桥的施工方法的浇筑步骤示意图。

图中标记：拱座—1；劲性骨架—2；上弦钢管—3；下弦钢管—4；腹杆—5；横向腹杆—6；竖向腹杆—7；第一斜向腹杆—8；第二斜向腹杆—9；左侧上弦主管—10；右侧上弦主管—11；中部上弦主管—12；上弦横向钢管—13；上弦斜向钢管—14；左侧下弦主管—15；右侧下弦主管—16；中部下弦主管—17。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

如图1至图7所示，本实施例一种钢管混凝土强劲骨架的钢筋混凝土拱桥，包括拱座1，拱座1连接有劲性骨架2，劲性骨架2包括上弦钢管3和下弦钢管4，上弦钢管3与下弦钢管4相互平行、并同向延伸，上弦钢管3与下弦钢管4之间连接有若干根腹杆5，腹杆5包括平行于上弦钢管3的横向腹杆6，横向腹杆6与上弦钢管3同向延伸；横向腹杆6上间隔地设置有若干根竖向腹杆7，竖向腹杆7的两端分别与上弦钢管3、下弦钢管4连接，竖向腹杆7与横向腹杆6相互垂直交错；相邻两根竖向腹杆7的相向侧各设置有一根第一斜向腹杆8，两根第一斜向腹杆8的一端分别与竖向腹杆7连接，两根第一斜向腹杆8的另一端在上弦钢管3相互连接、并与上弦钢管3连接；相邻两根竖向腹杆7的相向侧各设置有一根第二斜向腹杆9，两根第二斜向腹杆9的一端分别与竖向腹杆7连接，两根第二斜向腹杆9的另一端在下弦钢管4相互连接、并与下弦钢管4连接，上弦钢管3与下弦钢管4的腹杆5交错连接形成“米”字形的结构，腹杆5的节段变短，刚度、强度增加，具有腹杆5更加稳定、桥梁整体刚度更好的有益效果。

如图3和图7所示，本实施例中，在劲性骨架2的宽度方向上间隔地设置有至少三组上弦钢管3和下弦钢管4，各组上弦钢管3和下弦钢管4均设置有腹杆5。采用这样的结构，整体刚度和稳定性更好。

具体的，如图4至图6所示，在劲性骨架2的宽度方向上间隔地设置的三组上弦钢管3包括相互平行的左侧上弦主管10、右侧上弦主管11以及中部上弦主管12，左侧上弦主管10与中部上弦主管12、右侧上弦主管11与中部上弦主管12之间各设置有若干上弦横向钢管13，若干根上弦横向钢管13沿上弦主管的延伸方向间隔设置，各上弦横向钢管13均垂直于上弦主管，上弦横向钢管13的一端与中部上弦主管12连接，上弦横向钢管13的另一端与左侧上弦主管10和/或右侧上弦主管11连接；相邻两根上弦横向钢管13之间设置有左、右两根上弦斜向钢管14，位于左侧的上弦斜向钢管14的外端与左侧上弦主管10连接，位于左侧的上弦斜向钢管14的内端与位于中部的上弦主管连接；位于右侧的上弦斜向钢管14的外端与右侧上弦主管11连接，位于右侧的上弦斜向钢管14的内端与位于中部的上弦主管连接。采用这样的结构，具有施工方便、结构强度好的有益效果，更有利于混凝土浇筑成板。

相应的，在劲性骨架2的宽度方向上间隔地设置的三组下弦钢管4包括相互平行的左侧下弦主管15、右侧下弦主管16以及中部下弦主管17，左侧下弦主管15与中部下弦主管17、右侧下弦主管16与中部下弦主管17之间各设置有若干下弦横向钢管，若干根下弦横向钢管沿下弦主管的延伸方向间隔设置，各下弦横向钢管均垂直于上弦主管，下弦横向钢管的一端与中部下弦主管17连接，下弦横向钢管的另一端与左侧下弦主管15和/或右侧下弦主管16连接；相邻两根下弦横向钢管之间设置有左、右两根下弦斜向钢管，位于左侧的下弦斜向钢管的外端与左侧下弦主管15连接，位于左侧的下弦斜向钢管的内端与位于中部的下弦主管连接；位于右侧的下弦斜向钢管的外端与右侧下弦主管16连接，位于右侧的下弦斜向钢管的内端与位于中部的下弦主管连接。采用这样的结构，具有施工方便、结构强度好的有益效果，更有利于混凝土浇筑成板，本实施例中，相邻两根上弦横向钢管13之间的左、右两根上弦斜向钢管14的外端和内端在劲性骨架2的长度方向分设于两侧。采用这样的结构，在劲性骨架2的宽度方向上左、右两侧的上弦斜向钢管14分别平行设置，这样的连接强度更好。本实施例中，上弦钢管3和下弦钢管4的直径与壁厚之比为：35～60。采用这样的结构，提升了钢筋混凝土截面对钢筋混凝土主拱截面承载力的贡献，进一步提升了桥梁的稳定性和强度，径厚比太大，则弦管强度和刚度太小，不能满足骨架“强劲”的要求，径厚比太小，钢材用量太多，经济性不佳。上弦钢管3和下弦钢管4内灌注有混凝土，上弦钢管3和下弦钢管4内灌注的混凝土的强度等级大于等于C80，上弦钢管3和下弦钢管4内灌注的混凝土由如下重量份材料制成：水泥450份，粉煤灰30份，粉煤灰微珠40份，硅灰30份，膨胀剂40份，砂742份，碎石1068份，水138份。采用这样的结构，能够有利于混凝土在钢管中顺利泵送、灌注，并有利于避免发生钢管堵塞、钢管内混凝土脱空等情况的发生，同时保证了强度和工作性能。延长凝结时间，保证泵送的可靠性。

上述混凝土配比后的力学性能和工作性能见下表：

表1、本实施例混凝土的力学性能和工作性能表

如图8所示，一种钢管混凝土强劲骨架的钢筋混凝土拱桥的施工方法，包括以下几个步骤：

步骤a、在两个拱座1之间合龙劲性骨架2；

步骤b、两拱肋对称灌注上弦钢管3和下弦钢管4内的混凝土，之后进行拱圈砼横向浇筑，拱圈砼横向浇筑的具体步骤如下：先浇筑底板混凝土直至合龙，待底板混凝土达到强度后再同步对称浇筑腹板混凝土至合龙，待腹板混凝土达到强度后再浇筑顶板混凝土，其中，上弦钢管3、下弦钢管4的混凝土灌注方法如下：首先向中部上弦主管12和中部下弦主管17灌注混凝土，之后再向左侧下弦主管15和右侧下弦主管16灌注混凝土，最后向左侧上弦主管10和右侧上弦主管11灌注混凝土。

采用这样的结构，使得外包混凝土的循环次数不超过3环，满足了主拱顶板、腹板、底板三环独立加载的安全需要，并且底部浇筑后强度达标后的混凝土为上方施工分担载荷，钢管混凝土强劲骨架参与成桥阶段结构共同受力，大大简化了施工工序，降低了施工风险。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种钢管混凝土强劲骨架的钢筋混凝土拱桥，包括拱座，所述拱座连接有劲性骨架，所述劲性骨架包括上弦钢管和下弦钢管，所述上弦钢管与下弦钢管同向延伸，所述上弦钢管与下弦钢管之间连接有若干根腹杆，其特征在于：所述腹杆包括横向腹杆，所述横向腹杆与上弦钢管同向延伸；所述横向腹杆上间隔地设置有若干根竖向腹杆，所述竖向腹杆的两端分别与上弦钢管、下弦钢管连接，所述竖向腹杆与横向腹杆相互垂直交错；相邻两根竖向腹杆的相向侧各设置有一根第一斜向腹杆，两根第一斜向腹杆的一端分别与竖向腹杆连接，两根第一斜向腹杆的另一端在上弦钢管相互连接、并与上弦钢管连接；相邻两根竖向腹杆的相向侧各设置有一根第二斜向腹杆，两根第二斜向腹杆的一端分别与竖向腹杆连接，两根第二斜向腹杆的另一端在下弦钢管相互连接、并与下弦钢管连接，上弦钢管与下弦钢管的腹杆交错连接形成米字形的结构。

2.根据权利要求1所述的钢管混凝土强劲骨架的钢筋混凝土拱桥，其特征在于：在劲性骨架的宽度方向上间隔地设置有至少两组上弦钢管和下弦钢管，各组上弦钢管和下弦钢管均设置有腹杆。

3.根据权利要求1或2所述的钢管混凝土强劲骨架的钢筋混凝土拱桥，其特征在于：在劲性骨架的宽度方向上间隔地设置的三组上弦钢管包括相互平行的左侧上弦主管、右侧上弦主管以及中部上弦主管，左侧上弦主管与中部上弦主管、右侧上弦主管与中部上弦主管之间各设置有若干上弦横向钢管，若干根上弦横向钢管沿上弦主管的延伸方向间隔设置，各上弦横向钢管均垂直于上弦主管，所述上弦横向钢管的一端与中部上弦主管连接，所述上弦横向钢管的另一端与左侧上弦主管和/或右侧上弦主管连接；相邻两根上弦横向钢管之间设置有左、右两根上弦斜向钢管，位于左侧的上弦斜向钢管的外端与左侧上弦主管连接，所述位于左侧的上弦斜向钢管的内端与位于中部的上弦主管连接；位于右侧的上弦斜向钢管的外端与右侧上弦主管连接，所述位于右侧的上弦斜向钢管的内端与位于中部的上弦主管连接。

4.根据权利要求3所述的钢管混凝土强劲骨架的钢筋混凝土拱桥，其特征在于：相邻两根上弦横向钢管之间的左、右两根上弦斜向钢管的外端和内端在劲性骨架的长度方向分设于两侧。

5.根据权利要求4所述的钢管混凝土强劲骨架的钢筋混凝土拱桥，其特征在于：所述上弦钢管和下弦钢管的直径与壁厚之比为：35～60。

6.根据权利要求5所述的钢管混凝土强劲骨架的钢筋混凝土拱桥，其特征在于：所述上弦钢管和下弦钢管内灌注有混凝土，所述上弦钢管和下弦钢管内灌注的混凝土的强度等级大于等于C80。

7.根据权利要求6所述的钢管混凝土强劲骨架的钢筋混凝土拱桥，其特征在于：所述上弦钢管和下弦钢管内灌注的混凝土由如下重量份材料制成：水泥450份，粉煤灰30份，粉煤灰微珠40份，硅灰30份，膨胀剂40份，砂742份，碎石1068份，水138份。

8.一种如权利要求3至7中任一钢管混凝土强劲骨架的钢筋混凝土拱桥的施工方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤a、在两个拱座之间合龙劲性骨架；

步骤b、两拱肋对称灌注上弦钢管和下弦钢管内的混凝土，之后进行拱圈砼横向浇筑，拱圈砼横向浇筑的具体步骤如下：先浇筑底板混凝土直至合龙，待底板混凝土达到强度后再同步对称浇筑腹板混凝土至合龙，待腹板混凝土达到强度后再浇筑顶板混凝土。

9.根据权利要求8所述的钢管混凝土强劲骨架的钢筋混凝土拱桥的施工方法，其特征在于：所述步骤b中，上弦钢管、下弦钢管的混凝土灌注方法如下：首先向中部上弦主管和中部下弦主管灌注混凝土，之后再向左侧下弦主管和右侧下弦主管灌注混凝土，最后向左侧上弦主管和右侧上弦主管灌注混凝土。