CN108842595B - 预制拼装钢混组合三角刚架拱桥及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三角刚架，由预制的前斜柱、后斜柱、钢平梁以及三角刚架前横梁和三角刚架后横梁组成，在预制分块后拼装成为三角刚架整体；三角刚架前横梁和后横梁均采用钢箱结构，前斜柱、后斜柱为钢格箱构件，其内分隔有钢格，部分钢格内灌注混凝土。据此，发明人将其应用于预制拼装钢混组合三角刚架拱桥中，采用现场预制拼装并整体吊装的施工方法，以钢格箱内灌混凝土的结构替代传统三角刚架的结构形式，以达到优化结构形式的目的。应用本发明可达到三角刚架预制、拼装的效果，起到减小结构自重、增加施工便利的作用，从而大幅缩短施工周期、减少造价成本与降低施工风险，同时取得更好的施工质量，具有广泛的工程应用空间及较大经济效益。

Description

预制拼装钢混组合三角刚架拱桥及其施工方法

技术领域

本发明属于交通运输桥涵工程技术领域，尤其涉及一种预制拼装钢混组合三角刚架拱桥及其施工方法。

背景技术

三角刚架历来是飞燕式拱桥施工当中重点关注的部位，它有着施工周期长、施工难度高、施工风险大以及环境污染大等不利特点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、工序简便、施工质量好的预制拼装钢混组合三角刚架拱桥及其施工方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

三角刚架，由预制的前斜柱、后斜柱、钢平梁以及三角刚架前横梁和三角刚架后横梁组成，在预制分块后拼装成为三角刚架整体；三角刚架前横梁和后横梁均采用钢箱结构，前斜柱、后斜柱为钢格箱构件，其内分隔有钢格，部分钢格内灌注混凝土。

钢格箱构件主要由内腔钢板和外箱钢板构成，内腔钢板和外箱钢板之间由连接钢板分隔成钢格。

钢格包括内腔、夹腔和角腔，内腔钢板围成的腔体为内腔，夹腔是由连接钢板、内腔钢板和外箱钢板围成并且布置于非角点位置的腔体，角腔是由连接钢板、内腔钢板和外箱钢板围成并且布置于角点位置的腔体。

前斜柱截面角腔内灌注高强度微膨胀混凝土，后斜柱截面角腔与夹腔内灌注高强度微膨胀混凝土。

含有上述三角刚架的预制拼装钢混组合三角刚架拱桥。

上述预制拼装钢混组合三角刚架拱桥的施工方法，按以下步骤操作进行：

①在施工场地现浇基础以及混凝土底座；

②预制前斜柱、后斜柱、钢平梁、三角刚架后横梁以及三角刚架前横梁，并在施工现场卧式拼装前斜柱、后斜柱与钢平梁形成两片三角刚架，其后将三角刚架吊装至混凝土底座上，再吊装三角刚架后横梁以及三角刚架前横梁；

③三角刚架预制拼装完成后，在前斜柱和后斜柱的部分腔体内灌注混凝土；

④吊装预制主拱圈节段，主拱圈可采用各种钢、钢混组合及混凝土预制拱肋结构。

针对现有三角刚架存在的问题，发明人设计并制作了一种三角刚架，由预制的前斜柱、后斜柱、钢平梁以及三角刚架前横梁和三角刚架后横梁组成，在预制分块后拼装成为三角刚架整体；三角刚架前横梁和后横梁均采用钢箱结构，前斜柱、后斜柱为钢格箱构件，其内分隔有钢格，部分钢格内灌注混凝土。据此，发明人将其应用于预制拼装钢混组合三角刚架拱桥中，采用现场预制拼装并整体吊装的施工方法，以钢格箱内灌混凝土的结构替代传统三角刚架的结构形式，以达到优化结构形式的目的，按构造(受力或者配重)需要，前、后斜柱采用钢格箱内填混凝土的结构形式，通过在该钢格箱构件中的部分钢格(夹腔、内腔、角腔)内灌注混凝土，进而形成部分钢管-混凝土结构，达到三角刚架预制、拼装的效果。由于钢混组合结构较混凝土结构有着自重较轻的特点，因此部分钢格箱灌注混凝土的结构形式，更是大大减轻结构自重。同时还可根据结构受力、配重的设计需要，灵活地选择各箱格组合进行灌注，具有较强的设计、施工适应性，增加施工便利的作用，从而大幅缩短施工周期、减少造价成本与降低施工风险，同时取得更好的施工质量，具有广泛的工程应用空间及较大经济效益。

由拱类结构受力可知，三角刚架前斜柱主要处于受压状态，兼顾施工简便以及受力合理两个重要因素，因此发明人提出前斜柱采用钢混组合材料，其截面形式为多腔钢格箱内灌混凝土，钢腔内混凝土面积并可根据上部主拱圈钢结构、钢混组合结构等类型作出相应调整。由前斜柱所受压力大小，计算出钢混组合材料的抗压极限承载力，以此可确定混凝土的灌注量，而后将混凝土对称灌注至相应的钢格箱内；对于钢平梁而言，主要受到拱脚水平推力作用而处于受拉状态，然而混凝土抗拉性能较差，因此其腔体内不再需要灌注混凝土，主要采用钢拱箱形式；为使三角刚架结构整体受力平衡，亦可根据配重需要，在后斜柱部分腔体内灌注混凝土。

对于三角刚架结构，前斜柱截面角腔内灌注高强度微膨胀混凝土；后斜柱截面角腔与夹腔内灌注高强度微膨胀混凝土；钢平梁腔内不灌注任何混凝土。内部混凝土由于钢格箱的套箍效应，处于三向受压的理想受力状态，减少了混凝土裂缝的产生，同时由于内填混凝土的存在，一定程度上加强了整体构件的稳定性和抗压能力。

附图说明

图1是本发明预制拼装钢混组合三角刚架拱桥的局部立体示意图。

图2是本发明预制拼装钢混组合三角刚架拱桥的局部立面示意图。

图3是图1中的前斜柱、后斜柱以及钢平梁的截面图。

图4是图1中的前斜柱的剖面图。

图5是各类主拱圈与三角刚架连接部位示意图，图中：A钢箱拱桥；B钢管混凝土拱桥；C混凝土拱桥。

图6是某桥整体布置立面图。

图7是图6中的三角刚架立面图及截面图。

图中：1前斜柱，1a连接钢板，1b内腔钢板，1c外箱钢板，1d夹腔，1e内腔，1f角腔；2后斜柱；3混凝土底座；4为钢平梁；5三角刚架后横梁；6三角刚架前横梁；7主拱圈；8牛腿。

具体实施方式

一、预制拼装钢混组合三角刚架拱桥的基本结构及原理(图1至图5)

三角刚架由预制的前斜柱、后斜柱、钢平梁以及三角刚架前横梁和三角刚架后横梁组成，在预制分块后拼装成为三角刚架整体；三角刚架前横梁和后横梁均采用钢箱结构，前斜柱、后斜柱为钢格箱构件，钢格箱构件主要由内腔钢板和外箱钢板构成，内腔钢板和外箱钢板之间由连接钢板分隔成钢格。钢格包括内腔、夹腔和角腔，内腔钢板围成的腔体为内腔，夹腔是由连接钢板、内腔钢板和外箱钢板围成并且布置于非角点位置的腔体，角腔是由连接钢板、内腔钢板和外箱钢板围成并且布置于角点位置的腔体。

将前述三角刚架应用于预制拼装钢混组合三角刚架拱桥，该桥每个三角刚架结构共由两片三角刚架、两片主拱圈拱肋以及中间连接横梁组成。其中，三角刚架上部钢平梁主要呈现受拉趋势，因此采用空钢格箱的结构设计形式，不灌注任何混凝土；对于前斜柱而言，亦采用钢格箱的结构形式，但需在部分钢格内灌注微膨胀混凝土，灌注方式可优先选择角腔进行灌注，根据设计需要可进一步灌注部分夹腔；基于力学计算，前、后斜柱需要满足一定配重比，以平衡拱脚处较大弯矩，因而在后斜柱的腔体内需灌注更多的混凝土。主拱圈可采用钢箱拱、钢管混凝土拱等多种结构形式。两片三角刚架之间的连接横联亦采用钢箱梁结构形式。

二、预制拼装钢混组合三角刚架拱桥的施工方法

<1>在施工场地现浇基础以及混凝土底座，并进行相应的养护；

<2>预制前斜柱、后斜柱、钢平梁、三角刚架后横梁以及三角刚架前横梁，并在施工现场通过前斜柱、后斜柱与钢平梁的拼装接口灌注混凝土，而后将三者卧式拼装形成两片三角刚架，其后将三角刚架吊装至混凝土底座上，再吊装三角刚架后横梁以及三角刚架前横梁；

<3>三角刚架预制拼装完成后，在前斜柱和后斜柱的部分腔体内灌注混凝土；

<4>吊装预制主拱圈节段，主拱圈可采用各种钢、钢混组合及混凝土拱肋结构，各类主拱圈与三角刚架结构连接部位示意图如图5所示。

其中，三角刚架划分为三个安装节段，分割位置分别设置于三角顶点附近区域，各安装节段接口均采用焊接形式。同时三角刚架亦在工厂内完成预制拼装后，整体运送至施工现场，随后采用船吊将整体三角刚架吊装至混凝土底座上，最后架设连接横梁。待整体三角刚架结构完成后，即可进行主拱圈结构的施工。

三、预制拼装钢混组合三角刚架拱桥的应用(图6至7)

某大桥主桥孔跨布置：[50m+2×180m+50m]海鸥式拱桥，主桥长460m。主拱拱轴线采用二次抛物线，全拱计算矢高52m，折算矢跨比为1/3.462。北岸引桥为[5×25m+20m]+[45m+45m+43m]预应力混凝土连续箱梁。南岸引桥为[42m+49m+45m]+[6×25m+20m]+[20m+5×25m]预应力砼连续箱梁。主拱肋由三角刚架混凝土拱肋段和主跨钢箱拱肋段组成，东西分别有两条拱肋(全桥共四条拱肋)，分别位于各自的竖直平面内，桥面上拱肋间没有任何横向联系。全桥共三个三角刚架段。桥梁整体布置立面图如图6所示，三角刚架立面图及其截面图如图7所示。

初始设计方案三角刚架采用全混凝土的结构形式，并设立支架进行浇筑，但由于施工工期太长且施工质量偏低，故参照前述应用本发明将其结构优化为钢格箱内填混凝土的形式，并采用预制拼装的方法进行施工，虽工程造价与原设计相比增加约15％，但施工工期由原设计预期7个月减少至1个月，极大地缩短了施工周期。

Claims (3)

1.一种三角刚架，由预制的前斜柱、后斜柱、钢平梁以及三角刚架前横梁和三角刚架后横梁组成，其特征在于在预制分块后拼装成为三角刚架整体；所述三角刚架前横梁和后横梁均采用钢箱结构，前斜柱、后斜柱为钢格箱构件，其内分隔有钢格，部分钢格内灌注混凝土；所述钢格箱构件主要由内腔钢板和外箱钢板构成，内腔钢板和外箱钢板之间由连接钢板分隔成钢格；所述钢格包括内腔、夹腔和角腔，内腔钢板围成的腔体为内腔，夹腔是由连接钢板、内腔钢板和外箱钢板围成并且布置于非角点位置的腔体，角腔是由连接钢板、内腔钢板和外箱钢板围成并且布置于角点位置的腔体；所述前斜柱截面角腔内灌注高强度微膨胀混凝土，后斜柱截面角腔与夹腔内灌注高强度微膨胀混凝土。

2.含有权利要求1所述三角刚架的预制拼装钢混组合三角刚架拱桥。

3.根据权利要求2所述预制拼装钢混组合三角刚架拱桥的施工方法，其特征在于按以下步骤操作进行：

①在施工场地现浇基础以及混凝土底座；

②预制前斜柱、后斜柱、钢平梁、三角刚架后横梁以及三角刚架前横梁，并在施工现场卧式拼装前斜柱、后斜柱与钢平梁形成两片三角刚架，其后将三角刚架吊装至混凝土底座上，再吊装三角刚架后横梁以及三角刚架前横梁；

③三角刚架预制拼装完成后，在前斜柱和后斜柱的部分腔体内灌注混凝土；

④吊装预制主拱圈节段。

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