CN204509971U - Frp管混凝土拱圈与铺板组合埋置式拱桥的承载装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种FRP管混凝土拱圈与铺板组合埋置式拱桥的承载装置，它包括多排纵向设置的拱圈、混凝土基础和路基填土，拱圈的两端分别固定于位于拱桥两端的混凝土基础中，拱圈表面上铺设有横向设置的铺板，路基填土堆积于铺板上面并压实。本实用新型的一种FRP管混凝土与铺板组合埋置式拱桥的承载装置，具有结构合理、耐久性好、施工简便且经济环保的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及公路市政技术领域，具体地指一种FRP管混凝土拱圈与铺板组合埋置式拱桥的承载装置。
背景技术
FRP(Fibre Reinforced Polymer/Plastics)由连续纤维和树酯基体复合而成。常用纤维包括碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维三种，常用树酯有环氧树酯、聚酯树酯和乙烯酯树酯。根据纤维种类可将FRP材料分为三类：玻璃FRP材料(GFRP)、碳FRP材料(CFRP)、芳纶FRP材料(AFRP)。
FRP材料的研究最早作为钢筋混凝土结构补强、加固和修复技术出现于上世纪80年代的瑞士，随后90年代在日本、美国和欧洲等发达国家得到突飞猛进的发展，一些发达国家陆续制定了土木工程用FRP的规范与标准。例如：
ACI 440.1R-06：纤维筋增强混凝土结构设计与施工指南(Guide forthe Design and Construction of Structural Concrete Reinforced with FRPBars)；
ACI 440.2R-08：外粘FRP系统补强混凝土结构设计与施工指南(Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRPSystems for Strengthening Concrete Structures)；
ACI 440.3R-04：用FRP(FRP)配筋或加固混凝土结构试验方法指导(Guide Test Methods for Fiber-Reinforced Polymers(FRPs)forReinforcing or Strengthening Concrete Structures)；
ACI 440.4R-04：采用FRP束的预应力混凝土结构(PrestressingConcrete Structures with FRP Tendons)；ACI 440.6M-08：混凝土加固中碳纤维与玻璃FRP筋材料规范(Specification for Carbon and GlassFiber-Reinforced Polymer Bar Materials for Concrete Reinforcement)；
ACI 440.7R-10：外粘FRP系统补强无筋圬工结构设计与施工指南(Guide for Design&Construction of Externally Bonded FRP Systems forStrengthening Unreinforced Masonry Structures)；
AASHTO LRFDFRP-2012：受弯或受拉FRP管混凝土的LRFD设计方法指南(LRFD Guide Specifications for Design of Concrete-filledFRP Tubes for Flexural and Axial Members)；
FIB 40：混凝土结构中的FRP加固(FRP Reinforcement in RCStructures)。
我国从上世纪90年代中期开始对FRP加固修复土木建筑结构技术进行了研究和工程应用，各种纤维加固修复用材料已有近十种，已有数种经过检验、批量生产的粘贴专用树酯。2000年6月中国土木工程学会混凝土与预应力混凝土分会成立了FRP工程应用专业委员会。目前，国内与FRP修复、加固与应用技术有关的技术标准有：
《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》CECS146：2003(2007版)；《纤维片材加固修复结构用粘接树脂》(JG/T 166-2004)；《结构加固修复用碳纤维片材》(JG/T 167-2004)；《结构加固修复用玻璃纤维布》(JG/T 284-2010)；《结构加固用玄武岩纤维片材》(JG/T 365-2012)；《结构加固修复用碳纤维片材》(GB/T 21490-2008)；《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》(GB 50608-2010)。
FRP材料最显著的优点在于高比强度(强度与重量之比)和良好的耐腐蚀性。FRP材料的强度一般至少是钢材的2倍，甚至可高达10倍，而其重量仅为钢材的20％，且强度高即轻质高强，意味着结构具有较高的承载能力，而且现场施工便捷；良好的耐腐蚀性可提高结构的耐久性。
FRP材料在航空航天等领域已有多年的应用历史，其优异的性能得到广泛的认同。近年来，随着对FRP材料研究的不断深入和制造工艺的不断提高，其在土木工程中的应用得到了迅速发展。
传统的中小跨径桥梁建筑材料通常为混凝土和钢材，但是混凝土比重较大，达2500kg/m3，钢材比重更是高达7850kg/m3，这使得结构性能的较大一部分要承担自重(约占桥梁总荷载的1/3以上)，相应地削弱了结构承担外部荷载的能力。预应力结构虽然一定程度上减小了截面尺寸，但施工工艺和工序较为复杂。
对于预制混凝土桥和钢桥，需要大型车辆运输预制件，现场还需大型起重设备进行起吊安装，钢桥还需要焊接拼装，而且还存在腐蚀等耐久性问题。对于现浇混凝土桥，通常需要搭设支架进行施工，施工工期较长。
发明内容
本实用新型的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种结构简单，施工方便的FRP管混凝土拱圈与铺板组合埋置式拱桥的承载装置。
本实用新型的技术方案为：一种FRP管混凝土拱圈与铺板组合埋置式拱桥的承载装置，其特征在于：它包括多排纵向设置的拱圈、混凝土基础和路基填土，所述拱圈的两端分别固定于位于拱桥两端的混凝土基础中，所述拱圈表面上铺设有横向设置的铺板，所述路基填土堆积于所述铺板上面并压实。
上述方案中：
所述拱圈内填充有自固结微膨胀的混凝土，所述拱圈两端通过爪式钢筋笼与所述混凝土基础固定连接，所述爪式钢筋笼一端埋设在所述拱圈端部，所述爪式钢筋笼另一端伸出拱圈端部，所述爪式钢筋笼另一端埋设在所述混凝土基础中。
位于所述混凝土基础中的爪式钢筋笼的端部呈弯钩状。
位于所述拱圈内部的爪式钢筋笼径向外侧与所述拱圈内壁之间设有第一挡块。
所述拱圈为分段式结构，相邻的分段式拱圈端部套装在套管内，相邻的分段式拱圈端部之间通过加固钢筋笼连接，所述加固钢筋笼布设在所述套管内，所述套管与拱圈1被径向穿过的螺栓紧固。
所述加固钢筋笼径向外侧与所述套管内壁之间设有第二挡块。
所述拱圈的管壁为FRP材料制成，所述拱圈为预制的低圆弧拱、高圆弧拱或多圆弧拱。
所述铺板为由FRP材料制成的波纹板，所述波纹板的波纹方向所述拱圈轴线方向平行设置。
本实用新型的一种FRP管混凝土拱圈与铺板组合埋置式拱桥的承载装置，具有结构合理、耐久性好、施工简便且经济环保的特点。
附图说明
图1为本实用新型的结构立体图；
图2为图1的正视图；
图3为拱圈为低圆弧拱示意图；
图4为拱圈为高圆弧拱示意图；
图5为拱圈为多圆弧拱示意图；
图6为拱圈和混凝土基础连接示意图；
图7为拱圈是分段式结构时，各段之间的连接示意图；
图8为本实用新型使用状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
参考图1及图2，本实施例是由FRP管混凝土拱圈与铺板组合的承载装置制成的桥梁进行举例的，它包括多排纵向等间距设置的拱圈1、混凝土基础2和路基填土，拱圈1的两端分别固定于位于拱桥1两端的混凝土基础2中，拱圈1表面上铺设有横向设置的铺板3，路基填土堆积于铺板3上面并压实。而位于横向外侧的拱圈1上设置有向上延伸的侧墙10，侧墙10外侧与拱圈1最外侧齐平，两侧侧墙10之间通过侧墙锚筋11连接；混凝土基础2横向两端设有向上延伸的翼墙12，翼墙12外侧与混凝土基础2端部齐平，两侧翼墙12之间通过翼墙锚筋13连接；侧墙10与翼墙12顶部位于同一平面，路基填土即堆积于翼墙12之间，以及侧墙10之间的铺板3上面。
本实施例的拱圈1的管壁和铺板3均由FRP材料制成，FRP材料作为高性能复合材料，具有抗腐蚀、抗疲劳性能好的特点，可以在酸、碱、氯盐和潮湿的环境中长期使用，因此使用此材料的结构，其使用寿命也得到大幅提高。
在拱圈1内填充有自固结微膨胀的混凝土，而铺板3为由FRP材料制成的波纹板，波纹板的波纹方向拱圈1轴线方向平行设置。
使用FRP材料制作的拱圈1和铺板3，可有效减轻自重，提高桥梁的跨越能力；混凝土虽然抗压强度高，但抗拉和抗弯强度很低，而FRP材料虽然抗拉强度很高，但弹性模量和层间抗剪强度较低，将FRP材料和混凝土组合制成拱圈，可充分发挥两种材料的优势，避免不足。拱圈1外壁的FRP管对其内填的混凝土起到限制和约束作用，使混凝土处于三向受压状态，提高了混凝土的抗压强度；拱圈1内填充的混凝土可以有效防止拱圈1FRP管壁的局部屈曲，增强了几何稳定性，提高了结构的整体刚度，且由于混凝土受拱圈1管壁保护而与外界隔绝，减少了水、风、酸等不利自然条件的侵蚀，避免了混凝土的开裂；另外，由于FRP材料可加工性好，拱圈1形状可根据地形和地质条件以及净空要求设计为低圆弧拱(图3所示)、高圆弧拱(图4所示)或多圆弧拱(图5所示)，灵活多变；而波纹形铺板3提高了铺板结构的惯性矩和承载能力，适用于较高的填土厚度，其填土厚度可达13m或更大，具有结构合理的特点。
构成承载装置的拱圈1和铺板3不使用或极少使用钢筋或钢材，避免了钢筋生锈等不利影响，具有耐久性好、可用于高腐蚀性等恶劣条件的特点。
参考图6，其中拱圈1两端通过爪式钢筋笼4与混凝土基础2固定连接，爪式钢筋笼4一端埋设在拱圈1端部，位于拱圈1内部的爪式钢筋笼4径向外侧与拱圈1内壁之间设有第一挡块5，以防止爪式钢筋笼4和拱圈1发生位移变化，用于保证浇筑混凝土后钢筋的混凝土保护层厚度；爪式钢筋笼4另一端伸出拱圈1端部，爪式钢筋笼4另一端埋设在混凝土基础2中，位于混凝土基础2中的爪式钢筋笼4的端部呈弯钩状，以增强爪式钢筋笼4对混凝土基础2的抓取力，保证结构的稳定性。
本实施例的各排拱圈1可以为一体式结构，也可以为分体式结构。
参考图7，当拱圈1跨径较大时(例如达到20m时)，需将拱圈设计为分段式结构，此时，相邻的分段式拱圈1端部套装在套管6内，相邻的分段式拱圈1端部之间通过加固钢筋笼7连接，加固钢筋笼7布设在套管6内，套管6与拱圈1被径向穿过的螺栓8紧固，加固钢筋笼7可实现相邻的分段式拱圈1之间的连接强度；在加固钢筋笼7径向外侧与套管内壁之间设有第二挡块9，以固定钢筋笼7在套管6中的位置，用于保证浇筑混凝土后钢筋的混凝土保护层厚度。
施工时，先施工拱圈1，在拱圈1上铺设有铺板3，相邻铺板3之间用螺钉连接，铺板3沿拱圈1方向制成波纹形状，铺板3用螺钉连接到拱圈1上，拱圈1两端埋置在条状混凝土基础2中以传递拱圈1的竖向力和水平推力，拱圈1两端与混凝土基础2通过爪式钢筋笼3以加强二者的连接，当混凝土基础2、拱圈1和铺板3都施工完毕后，在铺板3上回填土壤至设计标高并压实，以供平稳通行，最后施工外部，即可形成图8所示的使用状态。
此施工过程中，由于FRP材料制成的拱圈1和铺板3可作为浇筑混凝土时的永久模板，节省了立模时间和模板费用，而且管内无需钢筋，也便于混凝土的浇筑和捣实；且由于FRP材料质量轻，不需大型的运输和吊装设备，通常仅需2人即可安装一根拱圈，铺板吊装也只需小型起重机，具有施工简单快捷，减少人工工作量和缩短工期的特点；另外，FRP材料制成的拱圈和铺板均可在工厂标准化大批量生产，可保证构件质量，节省产品成本。
需要说明的是，如果铺板3不采用FRP材料制成，而采用其他材质(例如钢板)制成，也具有良好的承载效果。
由于拱圈1采用埋置式拱形结构，无需桥墩、桥台、桥面和伸缩缝，构造简单，工程量小；取代了原先施工时需用的钢筋对混凝土提供的保护层，无需对钢筋锈蚀、混凝土开裂、剥落等进行维护和修复；且主体结构安装快捷，对设备要求低，可最大限度地减小对现场环境的破坏，具有经济环保的特点。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型的结构做任何形式上的限制。凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型的技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种FRP管混凝土拱圈与铺板组合埋置式拱桥的承载装置，其特征在于：它包括多排纵向设置的拱圈(1)、混凝土基础(2)和路基填土，所述拱圈(1)的两端分别固定于位于拱桥(1)两端的混凝土基础(2)中，所述拱圈(1)表面上铺设有横向设置的铺板(3)，所述路基填土堆积于所述铺板(3)上面并压实。
2.根据权利要求1所述的FRP管混凝土拱圈与铺板组合埋置式拱桥的承载装置，其特征在于：所述拱圈(1)内填充有自固结微膨胀的混凝土，所述拱圈(1)两端通过爪式钢筋笼(4)与所述混凝土基础(2)固定连接，所述爪式钢筋笼(4)一端埋设在所述拱圈(1)端部，所述爪式钢筋笼(4)另一端伸出拱圈端部，所述爪式钢筋笼(4)另一端埋设在所述混凝土基础(2)中。
3.根据权利要求2所述的FRP管混凝土拱圈与铺板组合埋置式拱桥的承载装置，其特征在于：位于所述混凝土基础(2)中的爪式钢筋笼(4)的端部呈弯钩状。
4.根据权利要求2所述的FRP管混凝土拱圈与铺板组合埋置式拱桥的承载装置，其特征在于：位于所述拱圈(1)内部的爪式钢筋笼(4)径向外侧与所述拱圈(1)内壁之间设有第一挡块(5)。
5.根据权利要求1、2或3所述的FRP管混凝土拱圈与铺板组合埋置式拱桥的承载装置，其特征在于：所述拱圈(1)为分段式结构，相邻的分段式拱圈端部套装在套管(6)内，相邻的分段式拱圈端部之间通过加固钢筋笼(7)连接，所述加固钢筋笼(7)布设在所述套管(6)内，所述套管(6)与拱圈(1)被径向穿过的螺栓(8)紧固。
6.根据权利要求5所述的FRP管混凝土拱圈与铺板组合埋置式拱桥的承载装置，其特征在于：所述加固钢筋笼(7)径向外侧与所述套管(6)内壁之间设有第二挡块(9)。
7.根据权利要求1所述的FRP管混凝土拱圈与铺板组合埋置式拱桥的承载装置，其特征在于：所述拱圈(1)的管壁为FRP材料制成，所述拱圈(1)为预制的低圆弧拱、高圆弧拱或多圆弧拱。
8.根据权利要求1所述的FRP管混凝土拱圈与铺板组合埋置式拱桥的承载装置，其特征在于：所述铺板(3)为由FRP材料制成的波纹板，所述波纹板的波纹方向所述拱圈(1)轴线方向平行设置。
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| CN110578287A (zh) * | 2019-09-29 | 2019-12-17 | 浙江师范大学 | 一种装配式覆土波纹钢板-预应力混凝土组合拱桥及其施工方法 |
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| CN110578287B (zh) * | 2019-09-29 | 2024-06-11 | 浙江师范大学 | 一种装配式覆土波纹钢板-预应力混凝土组合拱桥及其施工方法 |
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