CN109440624A - 一种空腹式钢管混凝土系杆叠合拱加劲腹板及连续梁 - Google Patents
一种空腹式钢管混凝土系杆叠合拱加劲腹板及连续梁 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种空腹式钢管混凝土系杆叠合拱连续梁,包括主梁(1)、吊杆(8)、上拱肋(5)、下拱肋(6)所述上拱肋(5)和所述下拱肋(6)之间设置的加劲腹板(7);其中,所述主梁(1)两侧间隔设有若干根所述吊杆(8),所述主梁(1)纵向两端各设有一端边跨(2),所述上拱肋(5)与所述下拱肋(6)为两根不平行的钢管混凝土拱肋;所述上拱肋(5)和所述下拱肋(6)间隔设置加劲腹板(7)。本发明还公开了一种空腹式钢管混凝土系杆叠合拱加劲腹板,所述加劲腹板(7)不需灌注混凝土,避免腹腔发生肿胀效应,本发明连续梁边跨减小了梁端转角,增加了系杆拱主跨跨越能力。
Description
技术领域
本发明属于桥梁工程技术领域,更具体地,涉及一种空腹式钢管混凝土系杆叠合拱加劲腹板及连续梁。
背景技术
目前高速铁路中系杆拱桥一般采用简支系杆拱,由于受无砟轨道板铺设对梁端转角的限制,目前国内系杆拱最大跨度为140m,跨越能力有限;连续梁拱组合结构虽然跨越能力强,但是两侧边跨长度较长,且主梁截面高度较高,抬高了线路整体标高,经济性较差;系杆拱及连续梁拱组合结构中拱肋结构型式一般采用哑铃型拱肋,腹板与拱肋上下钢管沿拱轴线采用全熔透焊方式满布焊接,腹腔内一般需灌注自密实无收缩混凝土,腹板在混凝土灌注过程中容易发生肿胀,对拱肋外形造成较大影响,且拱肋截面高度较高,外观看起来显得较为笨重,景观性较差。
因此,现有技术系杆拱桥中存在以下问题:
1、现有的钢管混凝土拱桥拱肋一般采用哑铃型拱肋,腹板与上下拱肋沿轴线全部采用连续全熔透焊接,腹腔内大多灌注自密实无收缩混凝土,实际施工中,由于腹腔内混凝土不能采用高压力灌浆以及混凝土收缩徐变等因素,导致腹腔内混凝土与上下肋钢管、腹板无约束作用,导致混凝土不能计入接收受力,只能计其自重;若不灌注混凝土,腹板的局部稳定及养护维修问题比较突出,且哑铃型拱肋截面较高,外观看起来显得较为笨重,景观性较差。
2、现有技术中采用平行的钢管混凝土系杆拱结构形式,钢管为圆形,可以采用高压混凝土灌注而不变形,但是腹板是矩形截面,采用高压的话很容易发生肿胀,采用低压就容易灌注不密实,使结构受力产生安全风险,并且平行的拱肋截面较大,上下拱肋中间不通透,拱肋整体刚度较差,还对于腹板材料较浪费。
3、现有技术中常用的简支系杆拱结构,因为梁端转角的限制而跨度受限,跨度不超过140m,若超过140m梁端转角就超过了规范限制,容易造成钢轨扣件脱落、火车“跳车”等安全事故。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提供一种空腹式钢管混凝土系杆叠合拱连续梁,系杆拱拱肋采用两根不平行钢管混凝土拱肋组成,中间采用带加劲肋的腹板连接,相对于传统的整体哑铃型拱肋形式,中间腹腔不需要灌注混凝土,避免了施工期间腹腔发生肿胀效应,提高了结构稳定性。
为实现上述目的,提供一种空腹式钢管混凝土系杆叠合拱连续梁,包括主梁以及吊杆,还包括上拱肋、下拱肋以及所述上拱肋和所述下拱肋之间设置的加劲腹板;其中,
所述主梁两侧间隔设有若干根所述吊杆,所述主梁纵向两端各设有一端边跨,所述上拱肋与所述下拱肋为两根不平行的钢管混凝土拱肋,两者位于同一竖直线上,并且从两端到中间两个拱肋之间的距离逐渐增加,所述上拱肋和所述下拱肋处于正中心处的竖向距离相差最大;
所述上拱肋和所述下拱肋之间的空间内每间隔一定距离阵列设置加劲腹板,所述加劲腹板的高度与所述上拱肋和所述下拱肋之间的距离相匹配。
进一步地,所述上拱肋和所述下拱肋与所述边跨之间通过拱脚连接。
进一步地,所述上拱肋和所述下拱肋整体的两端为哑铃型拱肋,所述哑铃型拱肋与所述拱脚连接。
进一步地,所述哑铃型拱肋的腹板端部设有腹板封端板。
进一步地,所述哑铃型拱肋的腹板中间设有拉杆以及螺帽垫圈。
进一步地,一侧的所述上拱肋和所述下拱肋与另一侧的所述上拱肋和所述下拱肋之间平行,并且间隔一定距离设置K型钢结构支撑。
进一步地,所述加劲腹板包括腹板、横向加劲肋以及竖向加劲肋,多条所述横向加劲肋以及多条所述竖向加劲肋交错设置于所述加劲腹板中。
进一步地,所述横向加劲肋以及所述竖向加劲肋与所述腹板之间采用双侧角焊缝,所述横向加劲肋以及所述竖向加劲肋相交处,所述横向加劲肋截断并且与所述竖向加劲肋焊接。
进一步地,所述加劲腹板设计为X形。
进一步地,所述加劲腹板仅设置于所述吊杆的上方,各所述加劲腹板之间的距离与所述吊杆对应。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,能够取得下列有益效果:
(1)本发明的空腹式钢管混凝土系杆叠合拱连续梁,系杆拱拱肋采用两根不平行钢管混凝土拱肋组成,中间采用带加劲肋的腹板连接,相对于传统的整体哑铃型拱肋形式,中间腹腔不需要灌注混凝土,避免了施工期间腹腔发生肿胀效应,提高了结构稳定性。
(2)本发明的空腹式钢管混凝土系杆叠合拱连续梁,主梁采用等高度箱形截面连续梁,边跨减小了梁端转角,可增加在高速铁路中系杆拱主跨的跨越能力。
(3)本发明的空腹式钢管混凝土系杆叠合拱连续梁,梁高较低,可以有效降低线路标高,节省了工程造价
(4)本发明的空腹式钢管混凝土系杆叠合拱加劲腹板,加劲腹板内侧采用横向加劲钢板以及竖向加劲钢板加劲,保证了加劲腹板的局部稳定。
(5)本发明的空腹式钢管混凝土系杆叠合拱加劲腹板,腹腔内不需要灌注混凝土,一方面保证了加劲腹板与上拱肋和下拱肋的全熔透焊缝长度较大,避免了钢管与腹板焊缝的疲劳破坏;另一方面加劲腹板中间宽度较小,既节省了材料,又增加了加劲腹板的美观性。
(6)本发明的空腹式钢管混凝土系杆叠合拱腹板,造型简洁、构造简单、受力明确、且经济性好、施工方便的,使得桥梁整体造型流畅,美观大方,具有良好的社会效益与经济效益。
附图说明
图1为本发明实施例一种空腹式钢管混凝土系杆叠合拱连续梁总体布置图;
图2为本发明实施例中图1的俯视图;
图3为本发明实施例一种空腹式钢管混凝土系杆叠合拱示意图;
图4为本发明实施例一种空腹式钢管混凝土系杆叠合拱加劲腹板涉及的哑铃型区域拱肋横截面图;
图5为本发明实施例一种空腹式钢管混凝土系杆叠合拱加劲腹板涉及的加劲腹板处拱肋横截面图;
图6为本发明图4、图5的A区域放大图;
图7为本发明实施例一种空腹式钢管混凝土系杆叠合拱加劲腹板涉及的加劲肋布置图。
在所有附图中,同样的附图标记表示相同的技术特征,具体为:1-主梁、2-边跨、3-拱脚、4-哑铃型拱肋、5-上拱肋、6-下拱肋、7-加劲腹板、8-吊杆、9-腹板封端板;401-拉杆、402-螺帽垫圈;701-腹板、702-横向加劲肋、703-竖向加劲肋。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1为本发明实施例一种空腹式钢管混凝土系杆叠合拱连续梁总体布置图,如图所示,一种空腹式钢管混凝土系杆叠合拱连续梁,包括:主梁1、边跨2、拱脚3、哑铃型拱肋4、上拱肋5、下拱肋6、加劲腹板7、吊杆8。现有的铁路系杆拱均为简支体系,但是由于梁段转角受限制,因此简支桥梁不能实现大跨度,本发明在主梁1纵向两端分别设置一段边跨2,可在增加主跨跨度的基础上,保证梁端转角不超过规范限值。在梁端转角满足规范要求和梁端不出现负反力的情况下,应保证边跨2跨度尽可能小,首先因为本发明主梁1宽度大于常规标准简支梁,即主梁1每延米造价大于常规标准简支梁的造价,减小边跨2的长度可以节省工程总造价,其次若边跨2跨度过大,则边跨2承担荷载较大,反而是边跨2控制设计,更加增加边跨2的工程造价,但是若边跨跨度过小,则会出现边墩处主梁向上翘,即主梁出现负反力。如图,拱肋与边跨2之间通过拱脚3连接,拱肋包括上拱肋5和下拱肋6,上拱肋5和下拱肋6为两根不平行的钢管混凝土拱肋。其中,靠近拱脚3附近上拱肋5和下拱肋6间距较小,可以直接采用哑铃型,即连续梁两端各有一段哑铃型拱肋4直接与拱脚3相连,拱肋整体的两端为哑铃型拱肋4,而拱肋的中间段,上拱肋5和下拱肋6不平行,并且从两端到中间两个拱肋之间的距离逐渐增加,正中心上拱肋5和下拱肋6之间距离相差最大。将上下两个拱肋设置为不平行,可以提高拱肋整体的刚度,另外,上拱肋5和下拱肋6之间间隔一定距离设置加劲腹板7,加劲腹板7的高度与上拱肋5和下拱肋6之间的距离相匹配,主梁1两侧设置有若干根吊杆8,加劲腹板7仅设置于对应吊杆8的上方,用于支撑上拱肋5和下拱肋6。加劲腹板7中间不需要灌注混凝土,即能够避免了现有技术哑铃型结构中,腹板采用高压容易发生肿胀,而采用低压就容易灌不密实的问题。同时也能够提升整体的美学特性,使整体具有韵律感。本发明的空腹式钢管混凝土系杆叠合拱连续梁,系杆拱拱肋采用两根不平行钢管混凝土拱肋组成,中间采用带加劲肋的腹板连接,相对于传统的整体哑铃型拱肋形式,中间腹腔不需要灌注混凝土,避免了施工期间腹腔发生肿胀效应,既节省了拱肋材料用量,又增加了拱肋整体景观性;主梁采用等高度箱形截面连续梁,边跨减小了梁端转角,可增加在高速铁路中系杆拱主跨的跨越能力,且梁高较低,可以有效降低线路标高,节省了工程造价。
进一步地,图2为本发明实施例中图1一种空腹式钢管混凝土系杆叠合拱连续梁总体布置图的俯视图,如图2可以看出,本发明的连续梁两侧拱肋,通过间隔一定距离的K型钢结构支撑,连续梁两边的拱肋之间平行,上拱肋5和下拱肋6的宽度相同。
进一步地,图3为本发明实施例一种空腹式钢管混凝土系杆叠合拱示意图,如图所示,拱脚3处,设置一段哑铃型拱肋4,腹板与上拱肋5和下拱肋6之间沿轴线全部采用连续全熔透焊接,哑铃型拱肋4的腹板端部设有腹板封端板9,为哑铃型拱肋以及空腹式钢管混凝土系杆叠合拱的过过渡段。本发明连续梁的拱肋中间段为不平行的上下拱肋,上拱肋5和下拱肋6位于同一竖直线上,并且之间的间距逐渐增加,中心位置两者之间的间距最大。上拱肋5和下拱肋6之间间隔一段距离设置加劲腹板7与两者全熔透焊接,并且加劲腹板7内不浇筑混凝土。加劲腹板7的高度随着上拱肋5和下拱肋6之间的间距增加而增加,本发明采用两根不平行钢管混凝土拱肋组成,中间采用带加劲肋的腹板连接,节省了拱肋材料用量,主梁采用等截面箱形截面,梁高低,边跨长度短,可降低线路标高,大大节省了工程造价。
优选地,图4为本发明实施例一种空腹式钢管混凝土系杆叠合拱加劲腹板涉及的哑铃型区域拱肋横截面图。如图4所示,本发明的哑铃型拱肋4的腹板中间设有拉杆401以及螺帽垫圈402,用于两端上拱肋5和下拱肋6的支撑。
进一步地,图5为本发明实施例一种空腹式钢管混凝土系杆叠合拱加劲腹板涉及的加劲腹板处拱肋横截面图。如图5所示,上拱肋5以及下拱肋6半径相同,本发明采用的是刚性梁刚性拱体系,两端的拱肋钢管壁采用的厚度为36mm,中间段拱肋钢管壁采用的厚度为28mm,上拱肋5以及下拱肋6的钢管均采用Q370qE钢材。对于上拱肋5以及下拱肋6之间的最大距离的确定,首先根据景观特性,选择中间段两者高度分别取值为4m、6m、8m和10m;再针对4m、6m、8m和10m这四个高度分别建模计算,确定最合适的高度差为6m。
具体地,图7为本发明实施例一种空腹式钢管混凝土系杆叠合拱加劲腹板涉及的加劲肋布置图。如图7所示,结合图5,本发明的空腹式钢管混凝土系杆叠合拱加劲腹板7包括:腹板701、横向加劲肋702以及竖向加劲肋703,多条横向加劲肋702以及竖向加劲肋703交错设置于加劲腹板7中,作为上拱肋5以及下拱肋6的支撑。横向加劲肋702以及竖向加劲肋703与腹板701之间采用双侧角焊缝,当横向加劲肋702以及竖向加劲肋703相交时,横向加劲肋702截断并且焊接在竖向加劲肋703上。本发明的加劲腹板7内侧采用横向加劲钢板以及竖向加劲钢板加劲,保证了加劲腹板7的局部稳定。另外,加劲腹板7设计为X形,因为加劲腹板7与拱肋连接处的结构受力,由于疲劳力学性能作为控制因素,加劲腹板与拱肋连接截面高度较大;而在腹板中间位置处,结构受力较小,仅需要较小的截面高度,因此形成了加劲腹板7两端与拱肋连接处截面较高,中间截面较小的X形。为保证加劲腹板7的局部稳定,加劲腹板7内侧采用横向加劲肋702以及竖向加劲肋703进行加劲,整个拱肋呈现出一种镂空的结构造型,加劲腹板7为开口截面,腹腔内不需要灌注混凝土,一方面保证了加劲腹板7与上拱肋5和下拱肋6的全熔透焊缝长度较大,避免了钢管与腹板焊缝的疲劳破坏;另一方面加劲腹板7中间宽度较小,既节省了材料,又增加了加劲腹板7的美观性。拱肋经济性和美观性十分突出,运营后养护维修也较为方便。
优选地,各加劲腹板7设置与吊杆8的位置对应,各加劲腹板7距离均为8.0m。
优选地,图6为本发明图4、图5的A区域放大图。如图可以看出,吊杆8与下拱肋6之间通过全熔透焊接方式焊接。
根据现有技术中存在的问题分析,系杆拱桥主梁截面高度低、结构造型简洁,需要在满足梁端转角要求的情况下尽可能增加主跨跨度,即增加系杆拱的跨越能力;对于连续梁拱组合结构,需要尽量减小边跨长度及降低主梁截面高度,以尽可能节省工程造价;对于常规的哑铃型拱肋结构形式,需调整拱肋结构形式,增加拱肋的景观性。
本发明的空腹式钢管混凝土系杆叠合拱加劲腹板及连续梁,根据系杆拱拱轴线线形,合理选择腹板形状、与钢管的连接方式、以及腹板加劲肋的布置形式。结构造型简洁、构造简单、受力明确、且经济性好、施工方便,同时,具有结构高度低,跨越能力大的优点,尤其适用于结构高度受限制的高速铁路大跨结构,并可显著降低线路标高、缩减桥梁长度、减少路基工程土方,节约用用地,具有明显的经济效益与社会效益。在铁路、公路、轨道交通建设中有着较好的应用前景。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种空腹式钢管混凝土系杆叠合拱连续梁,包括主梁(1)以及吊杆(8),其特征在于,还包括上拱肋(5)、下拱肋(6)以及所述上拱肋(5)和所述下拱肋(6)之间设置的加劲腹板(7);其中,
所述主梁(1)两侧间隔设有若干根所述吊杆(8),所述主梁(1)纵向两端各设有一端边跨(2),所述上拱肋(5)与所述下拱肋(6)为两根不平行的钢管混凝土拱肋,两者位于同一竖直线上,并且从两端到中间两个拱肋之间的距离逐渐增加,所述上拱肋(5)和所述下拱肋(6)处于正中心处的竖向距离相差最大;
所述上拱肋(5)和所述下拱肋(6)之间的空间内每间隔一定距离阵列设置加劲腹板(7),所述加劲腹板(7)的高度与所述上拱肋(5)和所述下拱肋(6)之间的距离相匹配。
2.根据权利要求1所述的一种空腹式钢管混凝土系杆叠合拱连续梁,其特征在于,所述上拱肋(5)和所述下拱肋(6)与所述边跨(2)之间通过拱脚(3)连接。
3.根据权利要求2所述的一种空腹式钢管混凝土系杆叠合拱连续梁,其特征在于,所述上拱肋(5)和所述下拱肋(6)整体的两端为哑铃型拱肋(4),所述哑铃型拱肋(4)与所述拱脚(3)连接。
4.根据权利要求3所述的一种空腹式钢管混凝土系杆叠合拱连续梁,其特征在于,所述哑铃型拱肋(4)的腹板端部设有腹板封端板(9)。
5.根据权利要求3或4所述的一种空腹式钢管混凝土系杆叠合拱连续梁,其特征在于,所述哑铃型拱肋(4)的腹板中间设有拉杆(401)以及螺帽垫圈(402)。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种空腹式钢管混凝土系杆叠合拱连续梁,其特征在于,一侧的所述上拱肋(5)和所述下拱肋(6)与另一侧的所述上拱肋(5)和所述下拱肋(6)之间平行,并且间隔一定距离设置K型钢结构支撑。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种空腹式钢管混凝土系杆叠合拱加劲腹板,其特征在于,所述加劲腹板(7)包括腹板(701)、横向加劲肋(702)以及竖向加劲肋(703),多条所述横向加劲肋(702)以及多条所述竖向加劲肋(703)交错设置于所述加劲腹板(7)中。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种空腹式钢管混凝土系杆叠合拱加劲腹板,其特征在于,所述横向加劲肋(702)以及所述竖向加劲肋(703)与所述腹板(701)之间采用双侧角焊缝,所述横向加劲肋(702)以及所述竖向加劲肋(703)相交处,所述横向加劲肋(702)截断并且与所述竖向加劲肋(703)焊接。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种空腹式钢管混凝土系杆叠合拱加劲腹板,其特征在于,所述加劲腹板(7)设计为X形。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种空腹式钢管混凝土系杆叠合拱加劲腹板,其特征在于,所述加劲腹板(7)仅设置于所述吊杆(8)的上方,各所述加劲腹板(7)之间的距离与所述吊杆(8)对应。
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