CN114250690B - 一种适用于钢管混凝土拱桥的钢混组合拱座 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于钢管混凝土拱桥的钢混组合拱座，属于桥梁结构技术领域，包括核心钢拱座，核心钢拱座内部灌注混凝土，外侧浇筑混凝土；所述核心钢拱座包括相对设置的顶板和底板，顶板和底板之间设置多个腹板，腹板两侧由侧立板和承压板进行封堵；所述承压板倾斜设置，承压板和水平方向夹角为锐角，且承压板内侧固定设置传力板。

Description

一种适用于钢管混凝土拱桥的钢混组合拱座

技术领域

本发明涉及桥梁结构技术领域，特别是涉及一种适用于钢管混凝土拱桥的钢混组合拱座。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

拱桥由于其优美的弧线造型、较好的跨径适应能力、较好的经济性等特点，在各种跨径的桥梁结构中得到广泛应用。根据拱肋与主梁的相对位置关系，拱桥结构体系分为上承式、中承式(如图1)和下承式(如图2)拱桥，常规的拱桥通常由拱肋、主梁、吊索或立柱、下部基础等组成。

目前国内常用的钢管混凝土拱桥跨径在80～280米，钢管混凝土拱桥采用的拱座结构形式均为混凝土拱座(如图3)，拱肋通过钢管外侧剪力钉及承压钢板将荷载传递给混凝土拱座。

发明人发现，传统的混凝土拱座由于体积较大，导致水化热产生较多，易出现裂缝病害，例如在下承式拱桥的拱座施工时，拱座位于桥面以上，属于高空、大体积、高标号混凝土，拱座体积庞大，不仅使得水化热产生较多，拱座的耐久性较差，还增大了高空施工的难度，并因拱座体积过大导致景观效果差，同时高标号混凝土的大量使用，还增加了使用成本。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种适用于钢管混凝土拱桥的钢混组合拱座，拱座由混凝土和钢板组合而成，利用了混凝土的受压性能，钢板作为承压板在承担一部分荷载的同时，能将拱肋传来的内力有效地分散到混凝土中，有效减小了拱座尺寸，解决了现有混凝土拱座体积大导致的水化热多、景观效果差以及施工难度大的问题。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明提出一种适用于钢管混凝土拱桥的钢混组合拱座，包括核心钢拱座，核心钢拱座内部灌注混凝土，外侧浇筑混凝土；所述核心钢拱座包括相对设置的顶板和底板，顶板和底板之间设置多个腹板，腹板两侧由侧立板和承压板进行封堵；所述承压板倾斜设置，承压板和水平方向夹角为锐角，且承压板内侧固定设置传力板。

作为进一步的技术方案，多个腹板间隔设置，顶板、底板和腹板形成框架式结构。

作为进一步的技术方案，所述腹板由上至下包括依次连接的第一板、第二板和第三板，第一板和第三板均呈梯形，第二板呈矩形。

作为进一步的技术方案，所述第三板的梯形面积大于第一板的梯形面积；第一板、第二板和第三板为一体式结构。

作为进一步的技术方案，所述承压板固定连接于腹板的第一板或第三板侧部；承压板的倾斜角度和第一板/第三板的梯形倾斜角度相同。

作为进一步的技术方案，所述侧立板在核心钢拱座两侧中部固定设置，侧立板的顶部和底部均固定设置承压板。

作为进一步的技术方案，所述传力板呈格构式，核心钢拱座一侧或两侧的承压板的表面固定设有拱肋钢管，拱肋钢管和承压板垂直连接，拱肋钢管内填混凝土。

作为进一步的技术方案，所述腹板之间固定设置横隔板，横隔板固定设置横隔板肋。

作为进一步的技术方案，所述顶板和底板均水平设置，腹板竖向设置；所述腹板固定设置腹板肋，顶板的底部设有顶板肋，底板的底部设有PBL剪力键。

上述本发明的有益效果如下：

本发明拱座采用钢板+混凝土组合的结构，由顶板、底板、腹板等形成核心钢拱座，在其内外灌注混凝土，在中承式及下承式钢管混凝土拱桥中可以有效减小拱座尺寸，在高空作业时大大减少了混凝土浇筑工程量，减小了高空作业的难度，拱座在减小混凝土体积的同时，还可以采用低标号混凝土，减小因水化热引起的拱座裂缝的影响，充分发挥了钢板与混凝土两种材料的优势性能。

本发明拱座内填充混凝土可以增强拱座的稳定性，同时又利用拱座对混凝土的套箍作用，使混凝土处于三向受压状态，从而使其具有更高的抗压强度和抗变形的能力。

本发明拱座可根据拱肋中钢管混凝土的肢数和位置自由调整拱座承压板横桥向数量、尺寸及倾角，可适用于不同拱肋形式的钢管混凝土拱桥，适用范围广。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是背景技术中的中承式钢管混凝土拱桥的结构示意图；

图2是背景技术中的下承式钢管混凝土拱桥的结构示意图；

图3是背景技术中的下承式钢管混凝土拱桥传统混凝土拱座剖面示意图；

图4是本发明根据一个或多个实施方式的钢混组合结构拱座的立面示意图(顺桥向)；

图5是本发明根据一个或多个实施方式的承压板和传力板的设置示意图；

图6是本发明根据一个或多个实施方式的腹板及横隔板的设置结构示意图；

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；

其中，1、顶板；2、底板；3、腹板；4、侧立板1；5、承压板；6、传力板；7、钢管肋；8、腹板肋；9、横隔板；10、横隔板肋；11、拱肋钢管；12、PBL剪力键；13、顶板肋；14、锚固钢板。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

正如背景技术所介绍的，传统的混凝土拱座由于体积较大，导致水化热产生较多，易出现裂缝病害，降低了拱座的耐久性，同时因体积过大增加了施工难度以及使用成本，还降低了景观效果的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种适用于钢管混凝土拱桥的钢混组合拱座。

实施例1

本发明的一种典型的实施方式中，如图4-图6所示，提出了一种适用于钢管混凝土拱桥的钢混组合拱座，包括核心钢拱座，核心钢拱座内部灌注微膨胀混凝土，外侧浇筑50cm厚C55混凝土。

具体的，核心钢拱座包括顶板1、底板2、腹板3、侧立板4、承压板5、横隔板9以及若干加劲肋。

顶板1、底板2、腹板3、侧立板4以及承压板5共同组合形成核心钢拱座的外围结构，核心钢拱座的外围结构整体呈宝塔形。

顶板1设有一块，其位于宝塔形外围结构的顶部，底板2同样设有一块，底板2与顶板1平行且位于宝塔形外围结构的底部，腹板3设置在宝塔形外围结构顺桥向上，侧立板4设置在宝塔形外围结构的横桥向上。

顶板、底板水平设置，腹板竖向设置在顶板、底板之间，侧立板也竖向设置，侧立板和腹板相垂直设置。

顶板1的底部设有顶板肋13，顶板肋13和顶板垂直设置，以提高顶板1的稳定性及抗扭性能，底板2的底部沿顺桥向均匀设有若干PBL剪力键12。

其中，顶板1与底板2的板厚相同，本实施例中顶板1和底板2板厚均为2cm，顶板1的面积小于底板2，顶板1为长方形结构，长边位于横桥向，顶板1位于底板2中间位置的上部，顶板1与底板2在顺桥向上利用腹板3进行固定连接。

具体的，腹板3为宝塔形板结构，腹板3的顶部相对于其底部平行，且腹板3的顶部位于其底部中间位置的上端，腹板3两侧边的中部位置设有侧立边。

腹板的顺桥向尺寸由顶部至底部逐渐增大，腹板顶部的尺寸最小，腹板底部的尺寸最大；从形状上来说，腹板3由上至下依次为第一板、第二板、第三板，第一板和第三板均呈梯形，具体可为等腰梯形；第二板呈矩形，第三板的梯形面积大于第一板的梯形面积；整个腹板形成宝塔形状，使得整个拱座的结构更为稳定。

第一板、第二板和第三板为一体式结构。

在本实施例中，腹板3设有三块，分别为两块边腹板和一块中间腹板，两块边腹板分别位于宝塔形外围结构横桥向的两侧上，中间腹板设置在两边腹板之间且位于中间位置，边腹板和中间腹板上下两端均分别与顶板1和底板2固定连接。

可以理解的是，腹板3与顶板1和底板2的连接方式可以为焊接、栓接等连接方式，只要能够保证腹板3与顶板1、底板2的连接强度即可，这里不做过多限制。

边腹板和中间腹板的大小及形状均相同，从而保证了顶板1与底板2能够相互平行。

中间腹板设置在两边腹板之间的中间位置，能够保证顶板1长度方向两侧受力均匀，提高了顶板1的支撑稳定性。

多个腹板在设置时，相邻腹板之间具有设定间距，为了便于理解，本实施例中以具体数字进行说明，具体的，中间腹板与其两侧的边腹板之间的间距均为2m，腹板3板厚为4cm，采用板肋加劲。

中间腹板与其两侧的边腹板之间沿顺桥向均匀设有若干腹板肋8，腹板肋8竖向放置，相邻的腹板肋8之间的间距相等，用于提高腹板3的稳定性及抗扭性能。

具体的，腹板肋8与腹板3的板壁固定连接，其中，中间腹板的两侧板壁上设有数量相同的腹板肋8，边腹板仅在邻近中间腹板的一侧设有腹板肋8。

本实施例中腹板肋8的高为25cm，相邻腹板肋8之间的间距为50cm。

为了提高腹板3的支撑稳定性，在腹板3之间设有若干横隔板9，并在横隔板9上固定设置横隔板肋10，以提高横隔板9的稳定性及抗扭性能。

具体的，相邻两腹板3之间设有两块横隔板9，即中间腹板与其两侧的边腹板之间分别设有两块横隔板9，横隔板9为长方形板结构，横隔板9的长边位于顺桥向。

横隔板9水平放置，同侧的两块横隔板9上下放置且相互平行，横隔板9的短边尺寸与两相邻腹板3之间的距离相同，上下两横隔板9之间的距离与腹板3侧立边的长度相同，即上下相邻两横隔板9分别设置在腹板3侧立边的上下两侧，横隔板9的长边尺寸与腹板3第二板的顺桥向长度相同。

横隔板肋10设有若干个，横隔板肋10的长度与横隔板9的长度相同，横隔板肋10水平固定设置在横隔板9上，若干横隔板肋10沿横桥向均匀设置，横隔板肋10的高度为20cm。

钢拱座顺桥向的两侧固定设有侧立板4，具体的，侧立板4位于腹板3的两侧并与腹板3的侧立边固定连接，侧立板4的宽度与腹板3侧立边的长度相同，侧立板4的长度(横桥向上的尺寸)与两边腹板之间的距离相同。

侧立板4通过承压板5分别与顶板1、底板2固定连接，承压板5具有一定的倾斜角度，用于连接桥梁拱肋，并承受拱肋传递的荷载；承压板5固定于腹板侧部。承压板5和水平向夹角为锐角，其倾斜角度可随拱肋倾角调整。且承压板的倾斜角度和腹板第一板/第三板的梯形倾斜角度相同，承压板在腹板连接时可可靠固定。

可以理解的是，承压板5横桥向的尺寸、数量及倾斜角度可根据拱肋中钢管混凝土数量及倾角自由调整，本实施例为四肢桁式拱肋下的拱座形式。

由于承压板5直接承受拱肋传递的荷载，承压板厚度宜取5cm～10cm，实际板厚应根据实际工程项目计算结果取值，这里不做过多限制。

承压板5的上表面中部位置固定设有拱肋钢管11，拱肋钢管11和承压板垂直连接，拱肋钢管11与承压板5之间设有钢管肋7，用于提升拱肋钢管11的稳定性，同时在拱肋钢管11内灌注混凝土。

在具体设置时，若将拱座固定于拱桥中部，拱座两侧的承压板均固定设置拱肋钢管；若将拱座固定于拱桥端部，将拱座其中一侧的承压板固定设置拱肋钢管即可。

承压板5的下表面固定设有传力板6，即传力板6位于钢拱座的内部，其可位于承压板和腹板形成的间隙内，主要用于将承压板5所承受的拱肋荷载传递到钢拱座内部的混凝土中。

传力板6呈格构式，本实施例中格构板厚5cm，高50cm，格构尺寸为35cm×35cm。

在下部的承压板底部固定设置锚固钢板14，锚固钢板竖向设置，锚固钢板14和底板2固定连接。

在拱座全部构件安装连接后，在核心钢拱座内部灌注微膨胀混凝土，也即在各板结构的间隙内灌注微膨胀混凝土；待桥梁各部件全部施工完成达到成桥状态后，浇筑核心钢拱座外周混凝土，混凝土在核心钢拱座整体外围结构外部浇筑，形成整体的钢混组合结构拱座。

采用钢板+混凝土组合结构的拱座，在中承式及下承式钢管混凝土拱桥中可以有效减小拱座尺寸，在高空作业时大大减少了混凝土浇筑工程量，减小了高空作业的难度，拱座在减小混凝土体积的同时，还可以采用低标号混凝土，减小因水化热引起的拱座裂缝的影响，充分发挥了钢板与混凝土两种材料的优势性能，既能保证构件的强度，又能拥有良好的耐久性。

可以理解的是，本实施例中拱座各板件之间均可以采用焊接、栓接等方式进行固定连接，具体连接方式根据实际情况进行选择，这里不做过多的限制。

本实施例中钢混组合拱座的安装过程为：

首先将底板2与PBL剪力键12提前埋入桥墩混凝土中，并分别将顶板1、腹板3、侧立板4、承压板5、传力板6以及各加劲肋进行拼接以及焊接；

然后在钢拱座内部浇铸混凝土，待达到设计强度后，将拱肋钢管11焊接在钢拱座的承压板5上；

最后待主拱圈施工完毕后，在钢拱座外侧搭设模板，浇筑混凝土保护层，待混凝土达到设计强度后，拆除模板，钢混组合结构拱座即施工完毕。

本实施例中，钢拱座内部灌注的是微膨胀混凝土，钢拱座外侧浇铸50cm厚的C55混凝土。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种适用于钢管混凝土拱桥的钢混组合拱座，其特征是，包括核心钢拱座，核心钢拱座内部灌注混凝土，外侧浇筑混凝土；所述核心钢拱座包括相对设置的顶板和底板，顶板和底板之间设置多个腹板，腹板两侧由侧立板和承压板进行封堵；所述承压板倾斜设置，承压板和水平方向夹角为锐角，且承压板内侧固定设置传力板；

所述腹板由上至下包括依次连接的第一板、第二板和第三板，第一板和第三板均呈梯形，第二板呈矩形；

多个腹板间隔设置，顶板、底板和腹板形成框架式结构；

所述侧立板在核心钢拱座两侧中部固定设置，侧立板的顶部和底部均固定设置承压板；

所述腹板之间固定设置横隔板，横隔板固定设置横隔板肋；

所述传力板呈格构式，核心钢拱座一侧或两侧的承压板的表面固定设有拱肋钢管，拱肋钢管和承压板垂直连接，拱肋钢管内填混凝土。

2.如权利要求1所述的钢混组合结构拱座，其特征是，所述第三板的梯形面积大于第一板的梯形面积；第一板、第二板和第三板为一体式结构。

3.如权利要求1所述的钢混组合结构拱座，其特征是，所述承压板固定连接于腹板的第一板或第三板侧部；承压板的倾斜角度和第一板/第三板的梯形倾斜角度相同。

4.如权利要求1所述的钢混组合结构拱座，其特征是，所述顶板和底板均水平设置，腹板竖向设置。

5.如权利要求1所述的钢混组合结构拱座，其特征是，所述腹板固定设置腹板肋，顶板的底部设有顶板肋，底板的底部设有PBL剪力键。