首页 / 专利分类库 / 道路、铁路或桥梁的建筑 / 桥梁 / 拱桥 / 一种钢管砼拱桥系杆更换结构

一种管砼拱桥系杆更换结构

申请号 CN202311854500.7 申请日 2023-12-29 公开(公告)号 CN117702645A 公开(公告)日 2024-03-15
申请人 四川省交通勘察设计研究院有限公司; 西南交通大学; 发明人 熊伦; 曾仲; 宋松科; 肖林; 刘伟; 邵林; 彭友松; 权新蕊; 张贤霂; 王逊; 杜桃明; 苏伟; 石恒俊;
摘要 本 发明 属于 钢 管 混凝土 拱桥技术领域,具体公开了一种钢管砼拱桥系杆更换结构,包括第一系杆组件和第二系杆组件,所述第一系杆组件和所述第二系杆组件位于原系杆组件的上侧和下侧;所述第一系杆组件包括第一系杆和两组第一系杆锚 固件 ,两组所述第一系杆锚固件分别与拱桥两端的拱肋连接;所述第一系杆的两端分别与两组第一系杆锚固件连接;所述第二系杆组件包括第二系杆和两组第二系杆锚固件,两组所述第二系杆锚固件分别位于拱桥两端的桥墩连接;所述第二系杆的两端分别与两组第一系杆锚固件连接。本发明能够针对可原位更换或不可原位更换的系杆拱桥,通过新增两组新系杆的结构更换原桥系杆。
权利要求

1.一种管砼拱桥系杆更换结构,其特征在于,包括第一系杆组件和第二系杆组件,所述第一系杆组件和所述第二系杆组件位于原系杆组件的上侧和下侧;
所述第一系杆组件包括第一系杆和两组第一系杆锚固件,两组所述第一系杆锚固件分别与拱桥两端的拱肋连接;所述第一系杆的两端分别与两组第一系杆锚固件连接;
所述第二系杆组件包括第二系杆和两组第二系杆锚固件,两组所述第二系杆锚固件分别位于拱桥两端的桥墩连接;所述第二系杆的两端分别与两组第一系杆锚固件连接。
2.根据权利要求1所述的一种钢管砼拱桥系杆更换结构,其特征在于,所述第一系杆锚固件包括两个锚箱,两个所述锚箱均与拱肋连接;两个所述锚箱之间连接有两个竖向间隔设置的第一工字梁,两个所述锚箱的一侧均设有连接板,所述第一工字梁的一端与所述锚箱的端部连接,所述第一工字梁的另一端与所述连接板连接;
所述第一系杆的两端均连接有第一锚头,所述第一系杆从两个第一工字梁和拱肋两侧的弦管之间穿过,且所述第一锚头与两个所述第一工字梁连接。
3.根据权利要求2所述的一种钢管砼拱桥系杆更换结构,其特征在于,所述锚箱内填充有填充物。
4.根据权利要求3所述的一种钢管砼拱桥系杆更换结构,其特征在于,所述锚箱内部设有纵横交错设置的多个钢板,多个钢板之间形成多个箱室,所述填充物填充至多个所述箱室内。
5.根据权利要求3或4所述的一种钢管砼拱桥系杆更换结构,其特征在于,所述填充物为环砂浆或自密实收缩补偿混凝土
6.根据权利要求1所述的一种钢管砼拱桥系杆更换结构,其特征在于,所述第二系杆锚固件包括锚板、顶钢板和底钢板,所述锚板与所述桥墩的一侧固定连接,所述底钢板与所述锚板垂直连接,所述顶钢板与所述底钢板相互平行,且所述顶钢板与所述底钢板之间连接有第二工字梁;
所述第二系杆的两端均连接有第二锚头,所述第二锚头与所述顶钢板连接,所述第二系杆穿过顶钢板和底钢板。
7.根据权利要求6所述的一种钢管砼拱桥系杆更换结构,其特征在于,所述底钢板和所述锚板之间连接有加劲板。
8.根据权利要求6所述的一种钢管砼拱桥系杆更换结构,其特征在于,所述第二工字梁的一端延伸至桥墩的侧面上且与桥墩固定连接。
9.根据权利要求1所述的一种钢管砼拱桥系杆更换结构,其特征在于,所述第一系杆和第二系杆的数量为一束或两束以上。
10.根据权利要求1所述的一种钢管砼拱桥系杆更换结构,其特征在于,所述第一系杆组件和第二系杆组件的索计算公式如下:
设原桥系杆总索力为F,原桥由n根系杆组成,单根系杆索力分别为Fk,其中,k=1、2、
3……n,且作用中心距离墩柱底截面的距离分别为Lk;
第一系杆组件和第二系杆组件的索力合力分别为F1、F2,且第一系杆组件和第二系杆组件分别由n1、n2根系杆组成,第一系杆组件和第二系杆组件中单根系杆索力分别为F1i、F2j,且作用中心距离墩柱底截面的距离分别为L1i、L2j,其中,i=1、2、3……n1,j=1、2、3……n2,则可得出以下公式:
根据系杆更换前后索力一致原则,可得出:
根据系杆更换前后索力对桥墩底部截面弯矩一致原则,可得出:
假定第一系杆组件和第二系杆组件内每束系杆索力相等,即:
假定原桥系杆索力合力作用中心距离墩柱底截面的距离为L,第一系杆组件和第二系杆组件索力合力作用中心距离墩柱底截面的距离分别为L1、L2,可得到:
则:
求解上述方程组,可得到:

说明书全文

一种管砼拱桥系杆更换结构

技术领域

[0001] 本发明涉及钢管混凝土拱桥技术领域,具体涉及一种钢管砼拱桥系杆更换结构。

背景技术

[0002] 钢管混凝土拱桥其结构轻盈、造型优美,承载能高、地形适应能力强、施工易控制,从上世纪九十年代开始,我国开始大量建造钢管混凝土拱桥,限于当时经济平与建造技术手段,经过多年的超荷运营后,大量钢管混凝土拱桥出现不同程度的病害;随着社会发展,交通量显著增加,且重载车辆越来越多,大量桥梁带病运营,安全事故时有发生;而根据现行公路桥涵技术标准,系杆设计使用年限为20年,从上世纪九十年代至今已逾30多年,因此有大量钢管混凝土拱桥系杆即将达到设计使用寿命,需要对其进行更换或加固处理。
[0003] 早期设计的钢管混凝土拱桥系杆通常设计为不可原位更换结构,若需对其更换,则需重新选择合适位置设置新的锚头、重新补充设置新系杆以代替原桥系杆。
[0004] 而对于采用整束成品、可原位更换系杆的拱桥,目前进行系杆更换时,通常通过设置临时系杆,将原桥旧系杆的索力传递至临时系杆,再逐根、分批拆除旧系杆,安装新系杆,再将临时系杆索力转换至新系杆,最后再拆除临时系杆,拆除后即可完成整个系杆更换。该系杆更换流程存在大量的临时系杆安装、拆除工作,施工较繁琐,存在一定材料浪费。

发明内容

[0005] 本发明提供了一种钢管砼拱桥系杆更换结构,目的在于针对可原位更换或不可原位更换的系杆拱桥,通过新增两组新系杆的结构更换原桥系杆。
[0006] 本发明通过下述技术方案实现:一种钢管砼拱桥系杆更换结构,包括第一系杆组件和第二系杆组件,所述第一系杆组件和所述第二系杆组件位于原系杆组件的上侧和下侧;
[0007] 所述第一系杆组件包括第一系杆和两组第一系杆锚固件,两组所述第一系杆锚固件分别与拱桥两端的拱肋连接;所述第一系杆的两端分别与两组第一系杆锚固件连接;
[0008] 所述第二系杆组件包括第二系杆和两组第二系杆锚固件,两组所述第二系杆锚固件分别位于拱桥两端的桥墩连接;所述第二系杆的两端分别与两组第一系杆锚固件连接。
[0009] 本方案中针对可原位更换或不可原位更换的系杆拱桥,设置有两组系杆组件用于替换原系杆组件,且由于第一系杆组件和第二系杆组件位于原系杆组件的上侧和下侧,这样能够使第一系杆组件位于桥面处,这样施工更加的方便。且本发明通过在原系杆组件上下两侧设置两组新的第一系杆和第二系杆,相比于上下单侧设置新系杆组件构造,可使得新系杆在保持总索力与原桥系杆一致的前提下,对墩柱底截面的弯矩也保持一致,降低了系杆更换对原桥拱肋、墩柱的影响,使得结构受力体系与原桥基本一致。
[0010] 进一步,所述第一系杆锚固件包括两个锚箱,两个所述锚箱均与拱肋连接;两个所述锚箱之间连接有两个竖向间隔设置的第一工字梁,两个所述锚箱的一侧均设有连接板,所述第一工字梁的一端与所述锚箱的端部连接,所述第一工字梁的另一端与所述连接板连接;
[0011] 所述第一系杆的两端均连接有第一锚头,所述第一系杆从两个第一工字梁和拱肋两侧的弦管之间穿过,且所述第一锚头与两个所述第一工字梁连接。
[0012] 进一步,所述锚箱内填充有填充物。
[0013] 进一步,所述锚箱内部设有纵横交错设置的多个钢板,多个钢板之间形成多个箱室,所述填充物填充至多个所述箱室内。
[0014] 进一步,所述填充物为环砂浆或自密实收缩补偿混凝土。
[0015] 进一步,所述第二系杆锚固件包括锚板、顶钢板和底钢板,所述锚板与所述桥墩的一侧固定连接,所述底钢板与所述锚板垂直连接,所述顶钢板与所述底钢板相互平行,且所述顶钢板与所述底钢板之间连接有第二工字梁;
[0016] 所述第二系杆的两端均连接有第二锚头,所述第二锚头与所述顶钢板连接,所述第二系杆穿过顶钢板和底钢板。
[0017] 进一步,所述底钢板和所述锚板之间连接有加劲板。
[0018] 进一步,所述第二工字梁的一端延伸至桥墩的侧面上且与桥墩固定连接。
[0019] 进一步,所述第一系杆和第二系杆的数量为一束或两束以上。
[0020] 进一步,所述第一系杆组件和第二系杆组件的索力计算公式如下:
[0021] 设原桥系杆总索力为F,原桥由n根系杆组成,单根系杆索力分别为Fk,其中,k=1、2、3……n,且作用中心距离墩柱底截面的距离分别为Lk;
[0022] 第一系杆组件和第二系杆组件的索力合力分别为F1、F2,且第一系杆组件和第二系杆组件分别由n1、n2根系杆组成,第一系杆组件和第二系杆组件中单根系杆索力分别为F1i、F2j,且作用中心距离墩柱底截面的距离分别为L1i、L2j,其中,i=1、2、3……n1,j=1、2、3……n2,则可得出以下公式:
[0023]
[0024] 根据系杆更换前后索力一致原则,可得出:
[0025]
[0026] 根据系杆更换前后索力对桥墩底部截面弯矩一致原则,可得出:
[0027]
[0028] 假定第一系杆组件和第二系杆组件内每束系杆索力相等,即:
[0029]
[0030] 假定原桥系杆索力合力作用中心距离墩柱底截面的距离为L,第一系杆组件和第二系杆组件索力合力作用中心距离墩柱底截面的距离分别为L1、L2,可得到:
[0031]
[0032] 则:
[0033]
[0034] 求解上述方程组,可得到:
[0035]
[0036] 本发明与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:
[0037] 针对可原位更换系杆的钢管混凝土拱桥,本发明提出的更换工艺在施工过程中无需设置临时兜吊装置,无需拆除原桥系杆,仅对原桥系杆进行索力释放即可,将来再次更换系杆时可将其作为临时系杆使用,不浪费材料。
[0038] 对于不可原位更换系杆的系杆拱桥,本发明通过在原系杆组件上下两侧设置两组新系杆,相比于现有技术中将新系杆锚固构造主要布置于原系杆组件的上下单侧,本发明中两组新系杆组件的布置可使得系杆更换前后索力一致(力平衡,可保证系杆更换前后对拱肋影响小),且对主墩墩身的弯矩保持一致(力矩平衡,可保证系杆更换前后对墩身影响小);若仅在单侧布置,则仅能满足力平衡或力矩平衡,无法使两者同时满足。
[0039] 这样新系杆在保持总索力与原桥系杆一致的前提下,对墩柱底截面的弯矩也保持一致,降低了系杆更换对原桥拱肋、墩柱的影响,使得结构受力体系与原桥基本一致。同时基于新、旧系杆索力平衡与力矩平衡,经适当简化,即可确定新系杆索力。
[0040] 另外,本发明中第一系杆组件的构造中,采用在既有拱肋上设置两个新的锚箱,锚箱采用钢板组拼而成,与原桥既有拱肋连接固定,形成多个密闭的箱室,箱室内通过灌注环氧砂浆或自密实收缩补偿混凝土填充物,以提高锚箱局部承压能力,该锚固构造受力明确,对原桥影响较小。
[0041] 且第一系杆组件中的第一系杆从原桥拱肋两弦管中间穿过(区别于现有技术中从拱肋两侧通过),该构造可使得第一系杆组件不占用原桥拱肋两侧空间,对拱肋两侧车行道、人行道不干扰,使得原桥系杆更换施工、运营过程中对交通干扰小,施工可在不中断交通下进行,不存在保通压力。
[0042] 最后,本发明中第二系杆组件设置工字梁、锚板与墩柱侧面、立面进行连接,采用顶钢板、底钢板、加劲板将工字梁与锚板连接形成整体构件,顶钢板作为第二系杆的锚下承压板,为第二系杆的安装起到支撑固定的作用,第二系杆组件中的各个部件均可在工厂制作,运输至现场后通过吊装安装,无需大型机械设备,仅存在少量现场焊接工作,施工质量可控,安全险低。附图说明
[0043] 此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
[0044] 图1为本发明一种钢管砼拱桥系杆更换结构实施例的总体布置示意图;
[0045] 图2为系杆更换前的锚固构造的局部示意图;
[0046] 图3为本发明一种钢管砼拱桥系杆更换结构实施例中系杆更换后的锚固构造的局部示意图一;
[0047] 图4为本发明一种钢管砼拱桥系杆更换结构实施例第一系杆组件的立面示意图;
[0048] 图5为本发明一种钢管砼拱桥系杆更换结构实施例第一系杆组件的平面示意图;
[0049] 图6为本发明一种钢管砼拱桥系杆更换结构实施例第一系杆组件的侧面示意图;
[0050] 图7为本发明一种钢管砼拱桥系杆更换结构实施例第一系杆组件侧面总体布置示意图;
[0051] 图8为本发明一种钢管砼拱桥系杆更换结构实施例第二系杆组件的立面示意图;
[0052] 图9为本发明一种钢管砼拱桥系杆更换结构实施例第二系杆组件的侧面示意图;
[0053] 图10为本发明一种钢管砼拱桥系杆更换结构实施例中系杆更换锚固构造的局部示意图二。
[0054] 附图中标记及对应的零部件名称:
[0055] 第一系杆组件1、第一系杆101、第一系杆锚固件102、锚箱1021、填充物1022、第一工字梁1023、第一锚头1024、连接板1025;
[0056] 原系杆组件2、第二系杆组件3、第二系杆301、第二系杆锚固件302、锚板3021、加劲板3022、锚栓3023、底钢板3024、顶钢板3025、第二工字梁3026、第二锚头3027;桥墩4。

具体实施方式

[0057] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
[0058] 如图1、图2和图3所示,本实施例1提供了一种钢管砼拱桥系杆更换结构,包括第一系杆组件1和第二系杆组件3,第一系杆组件1和第二系杆组件3位于原系杆组件2的上侧和下侧,实际安装布置过程中,使第一系杆组件1位于桥面上,便于施工。
[0059] 第一系杆组件1包括第一系杆101和两组第一系杆锚固件102,两组第一系杆锚固件102分别与拱桥两端的拱肋连接;第一系杆101的两端分别与两组第一系杆锚固件102连接;
[0060] 第二系杆组件3包括第二系杆301和两组第二系杆锚固件302,两组第二系杆锚固件302分别位于拱桥两端的桥墩4连接;第二系杆301的两端分别与两组第一系杆锚固件102连接。
[0061] 如图4‑7所示,第一系杆锚固件102包括两个锚箱1021,两个锚箱1021均与拱肋连接;两个锚箱1021之间连接有两个竖向间隔设置的第一工字梁1023,两个锚箱1021的一侧均设有连接板1025,第一工字梁1023的一端与锚箱1021的端部焊接,第一工字梁1023的另一端与连接板1025焊接。
[0062] 本实施例中锚箱1021内填充有填充物1022,本实施例中在锚箱1021内部设有纵横交错设置的多个钢板组拼焊接而成,纵向和横向的钢板与原桥既有拱肋焊接连接,多个钢板之间形成多个箱室,填充物1022填充至多个箱室内,本实施例中的填充物1022为环氧砂浆或自密实收缩补偿混凝土,本实施例中的填充物1022能够提高第一系杆锚固件102的局部承压能力。
[0063] 本实施例中第一系杆101的两端均连接有第一锚头1024,第一系杆101与第一锚头1024之间可焊接连接或螺纹连接或铆接螺栓连接,第一系杆101从两个第一工字梁1023和拱肋两侧的弦管之间穿过,如图6所示,第一锚头1024的上侧和下层分别与两个第一工字梁1023通过螺栓连接或焊接连接。本实施例中第一系杆101的两端通过其端部的第一锚头
1024即可与第一系杆锚固件102共同固定在拱肋上。
[0064] 结合图7所示,第一系杆101从原桥拱肋两侧的弦管中间穿过(区别于现有技术中从拱肋两侧通过),该构造可使得第一系杆101不占用原桥拱肋两侧空间,对拱肋两侧车行道、人行道不干扰,使得原桥系杆更换施工、运营过程中对交通干扰小,施工可在不中断交通下进行,不存在保通压力。
[0065] 结合图8和图9所示,第二系杆锚固件302包括锚板3021、顶钢板3025和底钢板3024,锚板3021与桥墩4的一侧通过多颗锚栓3023固定连接,本实施例中锚板3021与桥墩4的正面连接,底钢板3024与锚板3021垂直焊接连接,顶钢板3025与底钢板3024相互平行,且顶钢板3025与底钢板3024之间连接有第二工字梁3026,本实施例中第二工字梁3026的两端分别与底钢板3024和顶钢板3025之间焊接固定。
[0066] 本实施例中底钢板3024和锚板3021之间连接有加劲板3022,加劲板3022与底钢板3024焊接形成腿结构,加劲板3022的设置能够提高整个结构的强度和稳定性
[0067] 结合图9所示,本实施例中第二工字梁3026的一端延伸至桥墩4的侧面上且与桥墩4通过锚栓3023固定连接,这样能够进一步提高整个第二系杆锚固件302与桥墩4之间的连接强度。
[0068] 第二系杆301的两端均焊接连接有第二锚头3027,第二锚头3027与顶钢板3025焊接连接或通过螺栓连接,第二系杆301穿过顶钢板3025和底钢板3024,这样顶钢板3025作为第二系杆301的承压板,第二系杆301的两端通过其端部的第二锚头3027即可与两组第二系杆锚固件302共同连接在桥墩4上。
[0069] 本实施例中在安装好第一系杆101和第二系杆301的锚头、索体后,采取张拉第一系杆101和第二系杆301,释放原系杆索力的方式逐一更换原桥系杆。
[0070] 实施例2,本实施例与实施例1的区别在于:
[0071] 新系杆索力确定:钢管混凝土柔性系杆拱桥主要受力结构为拱肋、桥面系、墩柱、吊杆及系杆等。根据计算分析,并综合目前研究结果,系杆更换对吊杆及桥面系影响较小,因此系杆索力的确定主要受拱肋、墩柱受力控制。一方面为控制拱肋在系杆更换前后受力差异较小,则需保证系杆总索力在更换前后一致;另一方面为控制墩柱承载能力,则需保证系杆索力对墩柱底截面的弯矩在系杆更换前后一致。
[0072] 本实施例中第一系杆组件1和第二系杆组件3的索力计算公式如下:
[0073] 设原桥系杆总索力为F,原桥由n根系杆组成,单根系杆索力分别为Fk,其中,k=1、2、3……n,且作用中心距离墩柱底截面的距离分别为Lk;
[0074] 第一系杆组件和第二系杆组件的索力合力分别为F1、F2,且第一系杆组件和第二系杆组件分别由n1、n2根系杆组成,第一系杆组件和第二系杆组件中单根系杆索力分别为F1i、F2j,且作用中心距离墩柱底截面的距离分别为L1i、L2j,其中,i=1、2、3……n1,j=1、2、3……n2,则可得出以下公式:
[0075]
[0076] 根据系杆更换前后索力一致原则,可得出:
[0077]
[0078] 根据系杆更换前后索力对桥墩底部截面弯矩一致原则,可得出:
[0079]
[0080] 由于第一系杆组件和第二系杆组件内部每束系杆距离较近,索力差异较小,为便于求解,假定第一系杆组件和第二系杆组件内每束系杆索力相等,即:
[0081]
[0082] 如图10所示,假定原桥系杆索力合力作用中心距离墩柱底截面的距离为L,第一系杆组件和第二系杆组件索力合力作用中心距离墩柱底截面的距离分别为L1、L2,可得到:
[0083]
[0084] 则:
[0085]
[0086] 求解上述方程组,可得到:
[0087]
[0088] 式中几何参数n1、n2、L、L1、L2均可由新旧系杆布置情况查询得到,原桥系杆索力F已知,因此可通过上述简化公式计算得到第一系杆组件和第二系杆组件中单根系杆的索力。
[0089] 若新系杆(第一系杆和第二系杆)、旧系杆数量均为1束时,即n=n1=n2=1时,可计算出第一系杆和第二系杆索力分别为:
[0090]
[0091] 以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
QQ群二维码
意见反馈