CN113216009A - 一种桁式钢管骨架节段间的临时连接构造及拱桥 - Google Patents

Abstract

本发明涉及桥梁工程施工技术领域，特别涉及一种桁式钢管骨架节段间的临时连接构造及拱桥。临时连接构造用于连接两个轴向相邻的骨架主管，骨架主管的端部外侧壁设置有至少两个连接组件，连接组件沿所述骨架主管的周向均匀间隔排布，连接组件包括至少一个沿所述骨架主管轴向设置的连接耳板，两个骨架主管对应的两个连接耳板螺栓连接。本发明克服了现有技术的技术偏见，采用普通螺栓，普通螺栓群的安装工序简单，高空安装时间短，安全快捷。且采用普通螺栓的连接构造尺寸更小，连接构造的高度不会超过外包混凝土的厚度，因而无需在后续外包混凝土工序中对临时连接构造进行切除，避免了在受力结构上进行二次加工造成质量缺陷，降低了施工难度和风险。

Description

一种桁式钢管骨架节段间的临时连接构造及拱桥

技术领域

本发明涉及桥梁工程施工技术领域，用于采用钢管混凝土劲性骨架施工法施工的钢筋混凝土拱桥，特别涉及一种桁式钢管骨架节段间的临时连接构造及拱桥。

背景技术

钢管混凝土劲性骨架法较常用于钢筋混凝土拱桥的施工，是指利用强劲的桁式钢管混凝土作为骨架，外包钢筋混凝土成拱的施工方法。钢管混凝土劲性骨架由桁式空钢管骨架节段组拼成拱，再在骨架主管内灌注混凝土形成。多个桁式空钢管骨架节段逐段安装时，需要先将桁式空钢管骨架节段的骨架主管通过临时连接构造进行临时连接，后再进行骨架主管对接焊接形成永久连接。

现有的非焊接连接构造常用的有内法兰盘、外法兰盘以及高强螺栓连接。内法兰盘采用内置于主管的连接型式，因为所需空间大仅适用于较大直径主管；对钢管混凝土劲性骨架的较小直径主管只能采用外法兰盘以及高强螺栓连接型式。因为线性控制精度需要，节段连接对法兰盘加工精度要求极高，加工难度大、造价高，加工质量难以满足要求。而高强螺栓连接通过摩擦传力，按与被连接结构等强度设计，需沿主管周向均匀间隔排布多个平行于主管截面的连接板，每道连接板上设置一定数量螺栓孔，采用高强度螺栓逐个连接，每个高强度螺栓分初拧、复拧和终拧三个步骤，螺栓群施拧顺序要求严格，导致高空对接难度大、连接工序复杂、连接作业时间长、施工风险高，并且高强度螺栓连接副以及连接处钢板摩擦面检验、存储条件要求高。

由于钢筋混凝土主拱自重大，不利于结构受力和抗震，需要优化结构尺寸减轻自重。因此，通常钢管混凝土劲性骨架会外包钢筋混凝土形成箱型截面，顶板、腹板、底板厚度较薄。而高强螺栓连接按等强度设计，每个连接板所需螺栓数量多，受螺栓中心最小间距和至边缘最小距离要求限制，导致高强螺栓连接构造尺寸较大，超出外包截面的连接部分需要在外包前打磨掉，不仅增加作业工序、影响工期，在受力结构上进行二次加工处理容易造成质量缺陷，施工非常困难。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有非焊接连接构造存在的不足，结合钢管混凝土劲性骨架非焊接连接构造仅为临时措施的特点，提出一种桁式钢管骨架节段间的临时连接构造及拱桥。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种桁式钢管骨架节段间的临时连接构造，用于临时连接轴向相邻的两个骨架主管，所述骨架主管的端部外侧壁设置有至少两个连接组件，所述连接组件沿所述骨架主管的周向均匀间隔排布，所述连接组件包括至少一个沿所述骨架主管轴向设置的连接耳板，两个所述骨架主管对应的两个所述连接耳板螺栓连接。

所述连接耳板沿所述骨架主管轴向设置是指，所述连接耳板的长度方向沿所述骨架主管的轴向布置。所述螺栓仅采用普通螺栓。沿周向均匀间隔排布包含加工、安装允许存在的误差范围。

所述桁式钢管骨架节段的临时连接具体指在桁式钢管骨架节段的对应的两个所述骨架主管焊接前，先通过本方案所述的临时连接构造进行连接。所述连接组件至少有两个，且沿所述骨架主管的周向均匀间隔排布，使得骨架主管传力均匀。所述连接耳板沿所述骨架主管轴向设置是指，所述连接耳板的长度方向沿骨架主管的轴向布置。所述连接耳板与所述骨架主管之间焊接连接，连接强度满足相应的设计要求。所述螺栓采用普通螺栓，按设计内力大小依据相应规范公式确定普通螺栓数量，确定所述连接组件尺寸，并验算螺栓孔的局部承压强度和所述连接组件的净截面强度。

由于为临时措施，对非弹性变形和连接刚度的要求相对较低，本发明克服了本领域技术人员的技术偏见，采用普通螺栓取代高强螺栓应用于桁式钢管骨架节段间的临时连接，每个普通螺栓通过螺杆的抗剪实现传力，承载力大于单个高强螺栓摩擦传力，可减少连接构造的螺栓用量，因而减小连接构造结构尺寸，并且普通螺栓施工要求较高强螺栓低，仅需一次施拧到位，安装工序简单，能有效降低施工难度和长时间高空作业施工风险；本发明优化了连接构造设计方式，从等强设计变为按内力设计，与等强设计的连接构造相比，能够有效减少连接板和每个连接板上螺栓数量，进一步减小连接构造尺寸，外包环节无需切除或部分切除连接板，无需在受力结构上进行二次加工处理超出外包部分的连接构造，避免造成质量缺陷；额外地，本申请的设计安全富余量大，可使所述骨架主管之间的对接焊接工序滞后于多个桁式钢管骨架节段临时连接，甚至可以使整个拱桥拱圈骨架通过临时连接构造合龙后，再逐个对接焊接所述骨架主管，为每个接头对接焊接留下足够的操作空间和时间，充分保证永久连接接头的质量。

优选的，所述连接耳板与所述骨架主管之间采用双面角焊缝连接。

作为本发明的优选方案，还包括拼接板，两个所述骨架主管对应的两个所述连接耳板的端面对接并通过所述拼接板螺栓连接。

两个所述连接耳板的端面对接，所述拼接板位于所述两个所述连接耳板的一侧或两侧，所述拼接板的长度适配两个所述连接耳板连接时的长度之和，所述拼接板同时与两个所述连接耳板的板面贴合并通过螺栓连接。

作为本发明的优选方案，两个所述连接耳板的连接端面与两个所述骨架主管的连接端面错位分布。即其中一个所述连接耳板的端面突出于对应所述骨架主管的对接端面。

作为本发明的优选方案，所述连接耳板的端部伸出对应的所述骨架主管的端部，两个所述骨架主管对应的两个所述连接耳板之间相互搭接。

两个所述连接耳板相互搭接是指两个所述连接耳板均伸出对应的所述骨架主管的端面，两个所述连接耳板之间上下搭接并经由各自对应的螺栓孔螺栓连接，所述连接耳板的连接面与两个所述骨架主管之间的连接端面保持垂直。

作为本发明的优选方案，所述骨架主管的端部外侧壁设置有三个所述连接组件，其中一个所述连接组件指向外包混凝土的腹板。

采用三个所述连接组件，其中一个指向所述腹板，根据均匀间隔分布，即相邻两个所述连接组件之间夹角为120°，允许存在如±5°以内的误差，利于另外两个朝向外包混凝土较厚的位置，即对应指向外包混凝土截面的有效空间，可避免在受力结构上进行二次加工处理超出外包部分的连接构造，造成质量缺陷。

作为本发明的优选方案，所述连接耳板的厚度小于所述骨架主管的厚度。

作为本发明的优选方案，每个所述连接组件包括两个所述连接耳板。

作为本发明的优选方案，所述骨架主管相对的端部内侧壁连接有至少两个导向板，所述导向板用于导向相邻的两个所述骨架主管的对接，所述导向板沿所述骨架主管的周向均匀间隔排布。利于提高相邻两个所述骨架主管在高空作业时的对接效率。

优选的，所述导向板与所述骨架主管内侧壁采用单面角焊缝连接。

优选的，所述导向板远离所述骨架主管的一端设置倒角。

本发明还公开了一种基于钢管混凝土劲性骨架成拱的钢筋混凝土拱桥，包括多个轴向相邻的桁式钢管骨架节段，所述桁式钢管骨架节段包括骨架主管，所述骨架主管的端部外侧壁设置有至少两个连接组件，所述连接组件沿所述骨架主管的周向均匀间隔排布，所述连接组件包括至少一个沿所述骨架主管轴向设置的连接耳板，所述连接耳板设有用于安装螺栓的螺栓孔。

所述连接耳板上的螺栓孔用于与另一个所述骨架主管对应的所述连接耳板的螺栓孔直接或间接采取螺栓连接，进而将两个桁式钢管骨架节段连接在一起，进而将多个桁式钢管骨架节段依次临时连接，从而形成钢管骨架。本申请的拱桥采用上述临时连接构造，能降低钢管骨架对接环节的施工难度和施工风险，避免在受力结构上对连接构造二次加工造成质量缺陷，降低工程施工难度，提高施工效率。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明针对一种桁式钢管骨架节段间的临时连接构造，由于为临时措施，对非弹性变形和连接刚度的要求相对较低，采用普通螺栓取代高强螺栓，通过螺杆的抗剪实现传力。因单个普通螺栓的抗剪承载力大于单个摩擦型高强螺栓的抗剪承载力，在相同内力作用下，所需普通螺栓个数更少，并且普通螺栓施工要求较高强螺栓低，可减小施工难度和减少高空作业时间，降低施工风险。

2、本发明提出按内力设计连接构造，与等强设计相比，可以减少连接板和每个连接板上螺栓数量，进一步减小连接构造尺寸，节省材料用量，降低工程造价。

3、采用三个连接组件的结构，将其中一个连接组件指向外包混凝土腹板，另外两个连接组件均分布在外包混凝土较厚位置，进一步无需在受力结构上进行二次加工处理超出外包部分的连接构造，避免造成质量缺陷。

4、本发明设计安全富余量大，可使骨架主管之间的对接焊接工序滞后多个桁式钢管骨架节段临时连接，甚至可以使整个拱桥拱圈骨架通过临时连接构造合龙后，再逐个对接焊接骨架主管，为每个接头对接焊接留下足够的操作空间和时间，充分保证永久连接接头的质量。

5、采用本发明的一种基于钢管混凝土劲性骨架成拱的钢筋混凝土拱桥，不仅将拱桥施工过程中风险最大的骨架悬臂拼装阶段的难度降到最低，还能节约施工工期，节省材料用量，降低工程造价，提升工程质量。

附图说明

图1为本发明的一种桁式钢管骨架节段间的临时连接构造的结构示意图一；

图2为本发明的一种桁式钢管骨架节段间的临时连接构造的结构示意图二；

图3为本发明的一种桁式钢管骨架节段间的临时连接构造的结构断面图；

图4为图3中A-A的局部放大图；

图5为本发明的一种桁式钢管骨架节段间的临时连接构造的另一种结构断面图；

图6为实施例3中的骨架主管的结构示意图一；

图7为实施例3中的骨架主管的结构示意图二；

图中标记：1-骨架主管；2-连接耳板；3-拼接板；4-导向板；5-腹板。

实施例1

本实施例所述的一种桁式钢管骨架节段间的临时连接构造，用于临时连接轴向相邻的两个骨架主管1，所述骨架主管1的端部外侧壁设置有至少两个连接组件，所述连接组件沿所述骨架主管1的周向均匀间隔排布，所述连接组件包括至少一个沿所述骨架主管1轴向设置的连接耳板2，两个所述骨架主管1对应的两个所述连接耳板2螺栓连接。所述连接组件的数量可根据实际结构的受力要求作对应调整，如两个、四个等等，但应至少有两个连接组件，每个连接组件包含的连接耳板2的数量根据设计需求确定。

所述螺栓采用普通螺栓，按设计内力大小依据相应规范公式确定普通螺栓数量，确定所述连接组件尺寸，并验算螺栓孔的局部承压强度和所述连接组件的净截面强度。

具体的，如图1所示，本实施例的所述连接组件包括一个沿所述骨架主管1轴向设置的连接耳板2，两个所述骨架主管1对应的两个连接耳板2端面对接并通过所述拼接板3螺栓连接，所述拼接板3可仅在所述连接耳板2一侧设置，也可两侧这是形成如图1的夹板结构，所述拼接板3的长度适配两个所述连接耳板2连接时的长度之和，宜大于两个所述连接耳板2连接时的长度之和。优选的，其中一个所述连接耳板2的端面突出于对应所述骨架主管1的对接端面，使得两个所述连接耳板2的连接端面与两个所述骨架主管1的连接端面错位分布，避免临时连接构造与骨架主管1的连接端面出现通缝。也可以两个所述连接耳板2的端面均突出于对应所述骨架主管1的对接端面，则无需采用所述拼接板3，直接将两个所述连接耳板2相互搭接，搭接部位进行螺栓连接，如图2所示。

在满足受力计算的条件下，所述连接耳板2的板厚小于所述骨架主管1的厚度，便于所述连接耳板2焊接在骨架主管1上。所述连接耳板2与骨架主管1之间采用双面角焊缝连接。

本申请采用普通螺栓取代高强螺栓，通过螺杆的抗剪实现传力。因单个普通螺栓的抗剪承载力大于单个摩擦型高强螺栓的抗剪承载力，在相同内力作用下，所需普通螺栓个数更少，并且普通螺栓施工要求较高强螺栓低，可减小施工难度和减少高空作业时间，降低施工风险。本方案提出按内力设计连接构造，与等强设计相比，可以减少连接板和每个连接板上螺栓数量，进一步减小连接构造尺寸，节省材料用量，降低工程造价。同时，设计安全富余量大，可使骨架主管之间的对接焊接工序滞后多个桁式钢管骨架节段临时连接，甚至可以使整个拱桥拱圈骨架通过临时连接构造合龙后，再逐个对接焊接骨架主管，为每个接头对接焊接留下足够的操作空间和时间，充分保证永久连接接头的质量。

实施例2

本实施例所述的一种桁式钢管骨架节段间的临时连接构造，其结构与实施例1大致相同，其不同之处在于，如图3-4所示，本实施例所述骨架主管1的端部外侧壁设置有三个所述连接组件，相邻两个所述连接组件之间夹角为120°，当然，允许存在如±5°以内的加工、安装误差，其中一个所述连接组件指向外包混凝土的腹板5，即所述连接组件的高度方向指向所述腹板5厚度方向的中部，利于另外两个所述连接组件朝向外包混凝土较厚的位置，即对应指向外包混凝土截面的有效空间，可避免在受力结构上进行二次加工处理超出外包部分的连接构造，造成质量缺陷，相邻所述连接组件之间的间距也便于施拧螺栓。

进一步的，每个所述连接组件包括两个所述连接耳板2，如图5所示，同一所述连接组件的两个所述连接耳板2的间距结合加工、安装等条件设置。

实施例3

在实施例1或实施例2的基础上，进一步的，在对接的两个所述骨架主管1其中一个的端部内侧壁连接两个导向板4，当然也可以设置如三个、四个，根据所述骨架主管1的管径适当设置，所述导向板4用于引导两个所述骨架主管1在高空作业时对接。如所述导向板4为带倒角的梯形钢板，所述导向板4与骨架主管1的内侧壁的连接方式可采用单面角焊缝。所述导向板4的设置参见图6-7，图6中的所述连接耳板2的端面与所述骨架主管1的端面对齐，图7中的所述连接耳板2的端面与所述骨架主管1的端面错位设置，均可通过所述拼装板3连接图6未示出。

实施例4

本实施例公开了一种基于钢管混凝土劲性骨架成拱的钢筋混凝土拱桥，包括多个轴向相邻的桁式钢管骨架节段，所述桁式钢管骨架节段包括骨架主管1，相邻两个所述桁式钢管骨架节段之间采用如实施例1-3的临时连接构造。

具体的，如参见图3所示，为所述桁式钢管骨架节段的临时连接构造处的剖视图，采用三个连接组件，其中一个所述连接组件指向外包混凝土的腹板5，所述连接组件包含的连接耳板2的数量可以如图4中的一个，也可以如图5的两个。

本申请的拱桥，不仅将拱桥施工过程中风险最大的骨架悬臂拼装阶段的难度降到最低，避免在受力结构上对连接构造二次加工造成质量缺陷，还能节约施工工期，节省材料用量，降低工程造价，提升工程质量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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)

1.一种桁式钢管骨架节段间的临时连接构造，用于临时连接轴向相邻的两个骨架主管（1），其特征在于，所述骨架主管（1）的端部外侧壁设置有至少两个连接组件，所述连接组件沿所述骨架主管（1）的周向均匀间隔排布，所述连接组件包括至少一个沿所述骨架主管（1）轴向设置的连接耳板（2），两个所述骨架主管（1）对应的两个所述连接耳板（2）螺栓连接。

2.根据权利要求1所述的一种桁式钢管骨架节段间的临时连接构造，其特征在于，还包括拼接板（3），两个所述骨架主管（1）对应的两个所述连接耳板（2）的端面对接并通过所述拼接板（3）螺栓连接。

3.根据权利要求2所述的一种桁式钢管骨架节段间的临时连接构造，其特征在于，两个所述连接耳板（2）的连接端面与两个所述骨架主管（1）的连接端面错位分布。

4.根据权利要求1所述的一种桁式钢管骨架节段间的临时连接构造，其特征在于，所述连接耳板（2）的端部伸出对应的所述骨架主管（1）的端部，两个所述骨架主管（1）对应的两个所述连接耳板（2）之间相互搭接。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种桁式钢管骨架节段间的临时连接构造，其特征在于，所述骨架主管（1）的端部外侧壁设置有三个所述连接组件，其中一个所述连接组件指向外包混凝土腹板（5）。

6.根据权利要求5所述的一种桁式钢管骨架节段间的临时连接构造，其特征在于，所述连接耳板（2）的厚度小于所述骨架主管（1）的厚度。

7.根据权利要求5所述的一种桁式钢管骨架节段间的临时连接构造，其特征在于，每个所述连接组件包括两个所述连接耳板（2）。

8.根据权利要求5所述的一种桁式钢管骨架节段间的临时连接构造，其特征在于，相邻两个所述骨架主管（1）的其中一个的端部内侧壁连接有至少两个导向板（4），所述导向板（4）用于导向相邻的两个所述骨架主管（1）的对接，所述导向板（4）沿所述骨架主管（1）的周向均匀间隔排布。

9.根据权利要求8所述的一种桁式钢管骨架节段间的临时连接构造，其特征在于，所述导向板（4）远离所述骨架主管（1）的一端设置倒角。

10.一种基于钢管混凝土劲性骨架成拱的钢筋混凝土拱桥，包括多个轴向相邻的桁式钢管骨架节段，所述桁式钢管骨架节段包括骨架主管（1），其特征在于，所述骨架主管（1）的端部外侧壁设置有至少两个连接组件，所述连接组件沿所述骨架主管（1）的周向均匀间隔排布，所述连接组件包括至少一个沿所述骨架主管（1）轴向设置的连接耳板（2），所述连接耳板（2）设有用于安装螺栓的螺栓孔。

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