CN111321654A - 一种劲性骨架拱钢管节段快速锁定临时连接构造 - Google Patents
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Abstract
一种适用于混凝土拱桥劲性骨架节段快速锁定的临时连接构造，以有效避免在钢管接头处设置法兰盘和临时扣索，在不影响结构钢筋布置和管内混凝土灌注的同时显著加快钢管拱劲性骨架安装速度，方便施工，极大降低钢管拱架悬臂安装的施工风险。左侧待连接管节、右侧待连接管节为外径相同的圆形空心钢管，在其相邻端部上沿环向均匀间隔设置对应的临时连接支座，各临时连接支座由加劲耳板和锚固座板构成，轴向延伸的加劲耳板与左侧待连接管节、右侧待连接管节焊接，锚固座板焊接在两侧加劲耳板的端部，各组对应的两侧锚固座板的板面之间存在间隙，在该间隙内设置垫板填实，高强螺栓穿过对应锚固座板上的螺栓孔且拧紧一端螺形成一组快速锁临时连接结构。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁工程，特别涉及一种适用于劲性骨架混凝土拱桥钢管拱肋节段之间快速锁定的临时连接构造，可用于钢管拱架悬臂安装中架设节段之间钢管临时连接锁定的构造措施。
背景技术
近年来，我国山区大跨桥梁的建设取得快速发展，一大批结构新颖、技术复杂和施工难度大的大跨复杂桥梁建成。山区桥梁由于地形地貌复杂，跨越深谷高山最有代表性的应属大跨度拱桥，不论是劲性骨架钢筋混凝土拱桥还是钢管混凝土拱桥，钢管拱肋顺利成拱尤为关键。钢管拱肋架设通常采用分节段斜拉索扣挂悬臂安装的方法进行架设，然而，复杂艰险山区施工条件恶劣，高空吊装钢管节段如何精准定位并简易、可靠、快速连接，并保证拱肋施工线形是必须面对的问题。
目前钢管拱肋管节之间常用的连接方式主要有如下外法兰连接、内法兰连接、外包瓦管焊接三种：
1.外法兰连接。外法兰又叫法兰盘或凸缘盘。法兰是使管子与管子相互连接的零件，连接于管端。法兰连接是指由法兰、垫片及螺栓三者相互连接作为一组组合密封结构的可拆连接。法兰上有孔眼，螺栓使两端法兰紧密连接，法兰间用衬垫密封。该结构形式由于其受力可靠、锚固点定位准确、连接方便等优点已在市政工程中普遍应用于各种钢结构管道连接，并在桥梁工程中广泛应用于钢管混凝土拱桥的钢管连接。但缺点在于法兰盘位于钢管外表面，钢结构环状突起，严重影响桥梁结构美观，景观效果差。
2.内法兰连接。顾名思义，内法兰就是将法兰盘设置在钢管内部，在管径范围内通过法兰连接实现钢管对接。该结构形式兼具法兰连接的可靠性，又避免了在钢管外部设置赘余结构，保证桥梁外观的美观性。但缺点在于内法兰侵占管内净空，管内混凝土灌注时不易灌注密实，容易造成堵管、混凝土与管壁脱空等施工缺陷，影响工程质量。
3.外包瓦管焊接。该构造通常在钢管节段接口处设置内衬接头管，相邻管节插入定位后，采用两片或三片瓦管外包加持钢管接头，形成环状包覆，再将瓦管间接缝焊接形成环形整体，在钢管接头处形成外包套箍，完成钢管接头连接。该连接形式构造简单，无需在钢管上设置类似法兰盘的连接构造，但缺点是钢管节段之间并未直接连接形成整体，而是通过外包套箍附着连接，整体性相对较差，并且通常需要现场高空焊接作业，精度和质量控制较难，施工质量也不易保证。
综上，为了实现劲性骨架钢管管节的顺利连接并安装，目前的连接方法都需要在钢管接头处设置额外的钢结构构造，若采用外法兰，则影响美观，且干扰劲性骨架外包混凝土中钢筋的布置，若采用内法兰，则影响管内空间，混凝土难以灌注密实，削弱钢管混凝土有效截面，影响结构设计承载力。若采用外包瓦管焊接，连接偏弱，整体性相对较差。
发明内容
本发明所要解决技术问题是提供一种适用于混凝土拱桥劲性骨架节段快速锁定的临时连接构造，以有效避免在钢管接头处设置法兰盘和临时扣索，在不影响结构钢筋布置和管内混凝土灌注的同时显著加快钢管拱劲性骨架安装速度，方便施工，极大降低钢管拱架悬臂安装的施工风险。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案如下：
本发明一种劲性骨架拱钢管节段快速锁定临时连接构造，设置于连接缝两侧的左侧待连接管节、右侧待连接管节的相邻端部，其特征是：所述左侧待连接管节、右侧待连接管节为外径相同的圆形空心钢管，在其相邻端部上沿环向均匀间隔设置对应的临时连接支座，各临时连接支座由加劲耳板和锚固座板构成，轴向延伸的加劲耳板与左侧待连接管节、右侧待连接管节焊接，锚固座板焊接在两侧加劲耳板的端部，各组对应的两侧锚固座板的板面之间存在间隙，在该间隙内设置垫板填实，高强螺栓穿过对应锚固座板上的螺栓孔且拧紧一端螺形成一组快速锁临时连接结构。
所述临时连接支座在左侧待连接管节、右侧待连接管节上各设置四组，形成十字形稳定连接结构。
本发明的有益效果是，加劲耳板及锚固座板可提前加工制造与主体钢管形成一体，吊装时高空作业仅需通过少量螺栓临时连接将劲性骨架拱安装节段快速锁定，施工方便快捷，安全风险小；两侧待连接管节先通过螺栓连接形成环向多点锁定，为后续管间焊缝施工提供稳定支撑；锚固座板间预留间隙，可供钢管环向焊缝连续通过，不影响钢管焊接施工；本临时连接构造强度至少保证两个节段劲性骨架安装的临时锁定受力要求，从而劲性骨架节段吊装不受管节之间永久焊接工期控制，大幅加快了劲性骨架的安装，缩短了劲性骨架悬臂安装的时间，大幅降低劲性骨架悬臂阶段施工风险；构造简单，受力合理，传力明确，充分发挥了螺栓抗拉及加劲板钢材抗剪的特点；后期易拆除，沿钢管表面切除加劲耳板即可整体拆除；布置灵活性较强，可沿钢管圆周自由布置，不影响钢管表面其它主体构件位置；适应型较强，可适用于任一管径的钢管之间对接。
附图说明
本说明书包括如下四幅附图：
图1是本发明一种劲性骨架拱钢管节段快速锁定临时连接构造示意图；
图2是沿图1中A-A线的剖面图；
图3是沿图1中B-B线的剖面图。
图4是本发明一种劲性骨架拱钢管节段快速锁定临时连接构造的主视图。
图中示出构件和对应的标记：左侧待连接管节10a、右侧待连接管节 10b，外侧加劲耳板11、中间加劲耳板12、锚固座板13、垫板14、连接螺栓15、螺栓孔16、螺母17、间隙K。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
参照图1至图3，本发明一种劲性骨架拱钢管节段快速锁定临时连接构造，设置于连接缝两侧的左侧待连接管节10a、右侧待连接管节10b的相邻端部。所述左侧待连接管节10a、右侧待连接管节10b为外径相同的圆形空心钢管，在其相邻端部上沿环向均匀间隔设置对应的临时连接支座，各临时连接支座由加劲耳板和锚固座板13构成，轴向延伸的加劲耳板与左侧待连接管节10a、右侧待连接管节10b焊接，锚固座板13焊接在两侧加劲耳板的端部，各组对应的两侧锚固座板13的板面之间存在间隙K，在该间隙K内设置垫板14填实，高强螺栓15穿过对应锚固座板 13上的螺栓孔16且拧紧一端螺母17形成一组快速锁临时连接结构。
参照图1和图2，加劲耳板和锚固座板13在预拼场提前加工制造，与主体钢管(左侧待连接管节10a、右侧待连接管节10b)形成一体，吊装时高空作业仅需安装高强螺栓15即可实现快速锁定，即将两段劲性骨架临时连接，施工方便快捷，安全风险小，为后续管间永久焊接施工提供稳定支撑。
参照图1和图3，所述临时连接支座在左侧待连接管节10a、右侧待连接管节10b上通常各设置四组，形成十字形稳定连接结构，为后续管间焊缝施工提供稳定支撑。该结构构造简单，受力合理，传力明确，充分发挥了螺栓15抗拉及加劲板钢材抗剪的特点。
参照图2，所述垫板14的厚度与左侧待连接管节10a、右侧待连接管节10b之间的安装间隙相一致，垫板14内侧与左侧待连接管节10a、右侧待连接管节10b的外壁之间具有环缝焊接通道H，可满足左侧待连接管节10a、右侧待连接管节10b接头处环向焊缝操作连续通过，不影响管节接头永久焊接施工。
参照图3，所述加劲耳板包括一对外侧加劲耳板11和位于其间的中间加劲耳板12，外侧加劲耳板11、中间加劲耳板12之间在锚固座板13 板面上各设置一个螺栓孔16。所述高强螺栓15的一端配置设两个螺母17，在该两个螺母17拧紧后，再将螺母17与高强螺栓15点焊形成固定连接，防止螺母17从高强螺栓15上松弛脱落。
参照图4，钢管混凝土拱桥通常分为多个所述待连接管节，采用本发明构造，可以方便快捷的将所有管节先拼装成型，形成稳定的拱结构后，再进行接头永久焊接施工，永久焊接可落后安装至少两个节段进行，不影响后续劲性骨架的安装，极大的缩短了施工周期，缩短了拱肋悬臂置空时间，大幅降低劲性骨架拱悬臂安装施工风险。
参照图2，钢管接头处环向焊缝完成后，可沿钢管表面切除外侧加劲耳板11、中间加劲耳板12，即可整体拆除临时连接支座，在左侧待连接管节10a、右侧待连接管节10b外壁上不残留多余钢构件，不影响后续外包混凝土施工。
本发明构造简单，受力合理，传力明确，充分发挥了螺栓抗拉性能，具有安装快捷、方便、安全的特点。布置灵活性较强，可充分利用钢管圆周自由空间合理布置，不影响主体构件布置。适应型较强，可适用于任一直径的钢管连接，可为任意半径的圆管。
本申请人成功地将本发明运用于沪昆高铁北盘江特大桥的设计与建造中。该桥为主跨445m的上承式混凝土拱桥(世界第一大跨混凝土拱桥)，主拱采用劲性骨架法施工。其中钢管劲性骨架采用斜拉扣挂法悬臂拼装施工。由于结构跨度大，吊装节段数量多，如何实现快速安全施工，对劲性骨架节段间锁定连接系统提出很高的要求。如何快速、可靠的完成劲性骨架的拼装施工，形成稳定的拱结构体系，是保证大桥施工安全的关键步骤。采用本发明的临时连接构造，利用耳板+螺栓实现拱架节段间快速锁定牢靠，在有效保证结构连接强度和稳定性的基础上，节约了接头连接钢材约30吨及劲性骨架节段临时扣背索系统。经测算，采用本发明可节约工程造价约300万，缩短工期2个月，大幅降低了拱架悬臂置空时间，实现了钢管拱劲性骨架快速合龙，经济效益和工期成本显著。
以上所述只是用图解说明本发明一种劲性骨架拱钢管节段快速锁定临时连接构造的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。
Claims (5)
1.一种劲性骨架拱钢管节段快速锁定临时连接构造，设置于连接缝两侧的左侧待连接管节(10a)、右侧待连接管节(10b)的相邻端部，其特征是：所述左侧待连接管节(10a)、右侧待连接管节(10b)为外径相同的圆形空心钢管，在其相邻端部上沿环向均匀间隔设置对应的临时连接支座，各临时连接支座由加劲耳板和锚固座板(13)构成，轴向延伸的加劲耳板与左侧待连接管节(10a)、右侧待连接管节(10b)焊接，锚固座板(13)焊接在两侧加劲耳板的端部，各组对应的两侧锚固座板(13)的板面之间存在间隙(K)，在该间隙(K)内设置垫板(14)填实，高强螺栓(15)穿过对应锚固座板(13)上的螺栓孔(16)且拧紧一端螺母(17)形成一组快速锁临时连接结构。
2.如权利要求1所述的一种劲性骨架拱钢管节段快速锁定临时连接构造，其特征是：所述临时连接支座在左侧待连接管节(10a)、右侧待连接管节(10b)上各设置四组，形成十字形稳定连接结构。
3.如权利要求1所述的一种劲性骨架拱钢管节段快速锁定临时连接构造，其特征是：所述垫板(14)的厚度与左侧待连接管节(10a)、右侧待连接管节(10b)之间的安装间隙相一致，垫板(14)内侧与左侧待连接管节(10a)、右侧待连接管节(10b)的外壁之间具有环缝焊接通道(H)。
4.如权利要求1所述一种劲性骨架拱钢管节段快速锁定临时连接构造，其特征是：所述加劲耳板包括一对外侧加劲耳板(11)和位于其间的中间加劲耳板(12)，外侧加劲耳板(11)、中间加劲耳板(12)之间在锚固座板(13)板面上各设置一个螺栓孔(16)。
5.如权利要求1所述一种劲性骨架拱钢管节段快速锁定临时连接构造，其特征是：所述高强螺栓(15)的一端配置设两个螺母(17)，在该两个螺母(17)拧紧后，再将螺母(17)与高强螺栓(15)点焊形成固定连接。
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