一种钢管混凝土系杆拱桥根型拱脚结构 |
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| 申请号 | CN202410356264.4 | 申请日 | 2024-03-27 | 公开(公告)号 | CN118007519A | 公开(公告)日 | 2024-05-10 |
| 申请人 | 济南城建集团有限公司; 济南城建设计研究院有限责任公司; | 发明人 | 李长坤; 陈兆慧; 肖鹏飞; 高展; 张清泉; 邹得金; 潘合斌; 林国伟; 芦巍; 靳挺杰; 赵恒宝; 王日醒; 司英明; 殷允腾; 殷巍; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 钢 管 混凝土 系杆拱桥根型拱脚结构，包括混凝土拱座和拱脚钢管，所述拱脚钢管的平直壁板的内表面设置有弧形加劲肋板，弧形加劲肋板的两端设置有封端板，从而形成空腔；所述拱脚钢管的一端埋入系杆拱桥的混凝土拱座中，拱脚钢管外露部分的平直壁板上开设有通 风 孔， 通风 孔处设置有通风孔盖板；所述拱脚钢管与混凝土拱座交界处设置有前端承 压板 ；所述拱脚钢管的外表面设置有U形连接筋；所述拱脚钢管内设置有核心混凝土层，核心混凝土层内设置有 钢筋 笼，钢筋笼的一端散锚于混凝土拱座内；本发明结构稳定，锚固可靠，传 力 均匀，可有效抑制拱脚外包混凝土裂缝开展。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种钢管混凝土系杆拱桥根型拱脚结构，包括混凝土拱座和拱脚钢管（1），其特征在于：所述拱脚钢管（1）为两平直壁板（1‑1）和两弧形壁板（1‑2）组成的圆端形截面钢管，所述拱脚钢管（1）的平直壁板（1‑1）的内表面设置有弧形加劲肋板（2），弧形加劲肋板（2）的两端设置有封端板（3），弧形加劲肋板（2）、封端板（3）和平直壁板（1‑1）形成空腔；所述拱脚钢管（1）的一端埋入系杆拱桥的混凝土拱座中，拱脚钢管（1）外露部分的平直壁板（1‑1）上开设有通风孔（9），通风孔（9）处设置有通风孔盖板（10）；所述拱脚钢管（1）与混凝土拱座交界处设置有前端承压板（4）；所述拱脚钢管（1）的外表面设置有U形连接筋（6）；所述拱脚钢管（1）内设置有核心混凝土层（8），核心混凝土层（8）内设置有钢筋笼（7），钢筋笼（7）的一端散锚于混凝土拱座内。 |
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| 说明书全文 | 一种钢管混凝土系杆拱桥根型拱脚结构技术领域背景技术[0002] 钢管混凝土系杆拱桥是一种采用钢管混凝土拱肋的钢‑混凝土组合结构桥梁。混凝土抗压性能优异，但混凝土构件施工时需要模板支撑。钢结构便于装配，但钢板存在受压稳定性难题。钢管混凝土拱肋是一种钢‑混凝土组合结构构件，施工时先期架设的钢管可作为混凝土浇筑施工的模板，承载时已硬化的混凝土可作为钢管壁板的支撑，提高钢管壁板稳定性。另外，由于钢管套箍在混凝土周围，混凝土受压膨胀时，钢管的套箍约束使混凝土处于三向受压状态，从而进一步提高混凝土的抗压性能。拱肋是一种典型的受压构件，钢管混凝土优越的协同受力机制，使钢管混凝土拱肋在拱桥中得到广泛应用。钢管混凝土拱肋常用截面形式为圆形、矩形、圆端形、椭圆形，其中圆形截面钢管对核心混凝土套箍效应研究较为成熟，矩形、圆端形、椭圆形截面钢管的套箍效应研究正在发展中。 [0003] 在系杆拱桥结构中，拱脚位于拱肋两端，是拱肋与系梁连接的部位。钢拱肋拱脚与钢系梁可直接焊接连接，而钢或混凝土拱肋与混凝土系梁无法直接焊接，通常在混凝土系梁端部设置钢筋混凝土拱座，钢或混凝土拱肋的拱脚通过锚栓与拱座锚固，或埋入拱座锚固。拱脚埋入式锚固是较为常用的一种拱肋与系梁固结连接方式。 [0004] 现有技术中，拱脚钢管预埋入钢筋混凝土拱座中，为满足承压、传递剪力要求，一般在拱脚预埋钢管底部设置钢板承压，在钢管外表面焊有剪力钉或PBL键传递剪力，钢管周围包裹有拱座钢筋混凝土。拱脚钢管埋入拱座深度要求不宜小于1.5倍截面高，拱座混凝土包裹厚度通常不小于20cm。采用现有技术，预埋钢管无法深入系梁锚固，为满足拱脚锚固长度，系梁上需要设置高度较大的拱座，影响桥面景观；拱座混凝土体积较大，水化热难以控制，钢与混凝土热膨胀系数存在较大差异，容易导致混凝土表面开裂。另外，拱脚压应力集中导致拱座前端混凝土表面开裂、混凝土压注引起钢管膨胀导致拱座侧表面混凝土开裂也是钢管混凝土系杆拱桥拱座质量通病。尤其圆端形钢管混凝土拱肋拱脚，混凝土压注时，平直壁板产生变形较大，更容易引起拱座外包混凝土开裂。拱座外包混凝土开裂引起水分渗入，会加剧钢筋、钢管锈蚀，影响拱脚结构耐久性和承载力。 [0005] 综上所述，对钢管混凝土系杆拱桥，尤其是具有平直壁板的圆端形钢管混凝土系杆拱桥，为防治拱座外包混凝土开裂质量通病，有必要设计一种锚固性能更为可靠，传力过程更为均匀，钢管壁板变形微小可控的拱脚构造。 发明内容[0007] 本发明是通过以下技术方案实现的：一种钢管混凝土系杆拱桥根型拱脚结构，包括混凝土拱座和拱脚钢管，所述拱脚 钢管为两平直壁板和两弧形壁板组成的圆端形截面钢管，所述拱脚钢管的平直壁板的内表面设置有弧形加劲肋板，弧形加劲肋板的两端设置有封端板，弧形加劲肋板、封端板和平直壁板形成空腔，采用弧形加劲肋板对圆端形截面拱脚钢管平直壁板加劲，以弧形加劲肋板承受钢管内核心混凝土压注泵压，弧形加劲肋板与平直壁板隔空，可避免泵压作用使平直壁板向外鼓曲变形引起的外包混凝土开裂；所述拱脚钢管的一端埋入系杆拱桥的混凝土拱座中，拱脚钢管外露部分的平直壁板上开设有通风孔，通风孔处设置有通风孔盖板；所述拱脚钢管与混凝土拱座交界处设置有前端承压板；所述拱脚钢管的外表面设置有U形连接筋； 所述拱脚钢管内设置有核心混凝土层，核心混凝土层内设置有钢筋笼，钢筋笼的一端散锚于混凝土拱座内。 [0008] 优选地，所述通风孔用于核心混凝土层压注期间通风降温，核心混凝土层压注完成后将通风孔盖焊接于通风孔处封闭通风孔。 [0009] 优选地，所述前端承压板为环形钢板，其焊接于拱脚钢管上，前端承压板位于混凝土拱座内的一侧设置有梯形加劲肋板，梯形加劲肋板分别与前端承压板和拱脚钢管焊接；在拱脚钢管埋入段与外露段交界处设置前端承压板和梯形加劲肋板，可扩大承压面积，降低拱脚轴压力在拱座前端面造成的应力集中现象，避免拱座前端面混凝土应力集中开裂，前端承压板厚度采用20mm 36mm。 ~ [0010] 优选地，所述U形连接筋焊接于拱脚钢管的外表面；以U型连接筋对混凝土骨料套箍作用，增强拱脚外包混凝土的整体性。U型连接筋采用HRB400螺纹钢筋，直径为拱脚钢管壁板厚度的0.75 1.25倍，且不小于16mm。U型连接筋的高度为螺纹钢筋直径的5 7倍。U型连~ ~接筋的两肢间距为螺纹钢筋直径的5 10倍。U型连接筋垂直于拱脚钢管轴线布置，在拱脚钢~ 管轴线方向的间距不小于螺纹钢筋直径的5倍，且不小于10cm，不大于30cm。 [0011] 优选地，所述钢筋笼由钢筋笼主筋和钢筋笼加强筋焊接而成，钢筋笼主筋为螺纹直钢筋，钢筋笼加强筋为环形螺纹钢筋；钢筋笼设置于拱脚钢管内的一端包括钢筋笼主筋和钢筋笼加强筋，钢筋笼设置于混凝土拱座内的一端只包括钢筋笼主筋。 [0012] 优选地，所述核心混凝土层为微膨胀补偿收缩混凝土，微膨胀补偿收缩混凝土压注于拱脚钢管内，使拱脚轴压力可靠地传递至钢筋混凝土拱座。 [0013] 优选地，所述弧形加劲肋板为圆弧截面钢板，弧形加劲肋板截面矢高应不小于50mm，矢跨比不小于1/10，以满足小直径通风软管穿入；所述封端板为与弧形加劲肋板相配合的弓形钢板。 [0014] 优选地，所述通风孔可穿入通风管，利用鼓风机通过通风管向空腔内通风，可抑制核心混凝土层水化热反应引起的拱脚钢管温度升高，降低拱脚外包混凝土内外温差，避免拱脚外包混凝土温度裂缝。 [0015] 本发明的有益效果体现在：本发明所述的钢管混凝土系杆拱桥根型拱脚结构中，对拱脚钢管的平直壁板采用 了弧形板加劲肋进行加劲，弧形板与平直壁板隔空，以承压能力优异的弧形板承受拱脚钢管核心混凝土压注泵压，避免了核心混凝土压注施工造成的平直壁板向外鼓曲变形，从而避免了拱脚外包混凝土开裂。 [0016] 本发明在拱脚钢管埋入段与外露段交界处设置前端承压板，增大拱脚轴压力在拱座前端表面的作用面积，防止拱脚轴压力在拱座前端表面造成的压应力集中，避免拱座前端表面压应力集中引起裂缝。 [0017] 本发明在拱脚钢管外表面设有U形连接筋，U形连接筋套箍住外包混凝土骨料，使拱脚钢管结构对外包混凝土的约束更强，进一步提高了拱脚钢管外包混凝土的整体性。 [0018] 此外，本发明取消设置拱脚钢管后端承压板，采用了钢筋笼主筋锚入拱座混凝土内可承受弯拉作用，核心混凝土和前端承压板传递轴压力，进一步增强了拱脚与拱座的整体性，可以更有效地防止拱座混凝土开裂。附图说明 [0019] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。 [0020] 图1为本根型拱脚结构的立面图；图2为本发明钢筋笼安装结构的立面图； 图3为本发明根型拱脚的断面图； 图4为本本发明前端承压板位置的断面图； 图5为本发明拱脚钢管的断面图； 图6为本发明弧形加劲肋板及封端板结构视图； 图7为前端承压板和梯形加劲肋板的结构视图； 图8为U形连接筋的立面图； 图9为本发明鼓风降温示意图； 图10为本发明通风孔盖的立面图。 [0021] 附图中：1、拱脚钢管；1‑1、拱脚钢管平直壁板；1‑2、拱脚钢管半圆壁板； 2、弧形加劲肋板；3、封端板；4、前端承压板；5、梯形加劲肋板；6、U形连接筋；7、钢筋笼；7‑1、钢筋笼主筋；7‑2、钢筋笼加强筋；8、核心混凝土层；9、通风孔；10、通风孔盖板，11鼓风机，12、混凝土泵车。 具体实施方式[0022] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。 [0023] 需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。 [0024] 为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。 [0025] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。 [0026] 下面结合附图对本发明进行详细地描述：本发明的一种钢管混凝土系杆拱桥根型拱脚结构，包括混凝土拱座和拱脚钢管1，所述拱脚钢管1为两平直壁板1‑1和两弧形壁板1‑2组成的圆端形截面钢管，所述拱脚钢管1的平直壁板1‑1的内表面设置有弧形加劲肋板2，弧形加劲肋板截面矢高应不小于50mm，矢跨比不小于1/10，以满足小直径通风软管穿入，弧形加劲肋板2的两端设置有封端板3，弧形加劲肋板2、封端板3和平直壁板1‑1形成空腔，空腔内空气通过通风孔9与外界空气连通，弧形加劲肋板2挠曲变形不引起拱脚钢管1的平直壁板1‑1变形；所述拱脚钢管1的一端埋入系杆拱桥的混凝土拱座中，拱脚钢管1外露部分的平直壁板1‑1上开设有通风孔9，通风孔9处设置有通风孔盖板10；所述拱脚钢管1与混凝土拱座交界处设置有前端承压板4，前端承压板厚度采用20mm 36mm；所述拱脚钢管1的外表面~ 设置有U形连接筋6；所述拱脚钢管1内设置有核心混凝土层8，核心混凝土层8内设置有钢筋笼7，钢筋笼7的一端散锚于混凝土拱座内。 [0027] 所述通风孔9用于核心混凝土层8压注期间通风降温，核心混凝土层8可通过混凝土泵车12进行压注，核心混凝土层8压注完成后将通风孔盖10焊接于通风孔9处封闭通风孔9；所述通风孔9可穿入通风管，利用鼓风机11通过通风管向空腔内通风，可抑制核心混凝土层8水化热反应引起的拱脚钢管1温度升高。 [0028] 所述前端承压板4为环形钢板，其焊接于拱脚钢管1上，前端承压板4位于混凝土拱座内的一侧设置有梯形加劲肋板5，梯形加劲肋板5分别与前端承压板4和拱脚钢管1焊接。 [0029] 所述U形连接筋6为折弯成U形的螺纹钢筋，其焊接于拱脚钢管1的外表面。 [0030] 所述钢筋笼7由钢筋笼主筋7‑1和钢筋笼加强筋7‑2焊接而成，钢筋笼主筋7‑1为螺纹直钢筋，钢筋笼加强筋7‑2为环形螺纹钢筋；钢筋笼7设置于拱脚钢管1内的一端包括钢筋笼主筋7‑1和钢筋笼加强筋7‑2，钢筋笼7设置于混凝土拱座内的一端只包括钢筋笼主筋7‑1。 [0031] 所述核心混凝土层8为微膨胀补偿收缩混凝土，微膨胀补偿收缩混凝土压注于拱脚钢管1内。 [0032] 所述弧形加劲肋板2为圆弧截面钢板，所述封端板3为与弧形加劲肋板2相配合的弓形钢板。 [0033] 在本实施例中，拱脚钢管1的截面高度为1600mm，截面宽度为1000mm，平直壁板1‑1和弧形壁板1‑2厚度为24mm，拱脚钢管1的长度为4000mm；弧形加劲肋板2的截面高度为600mm，矢高为60mm，板厚度为16mm，长3760mm；封端板3的厚度为10mm；前端承压板4的厚度为20mm，梯形加劲肋板5的厚度为12mm；U形连接筋6的钢筋直径为16mm，两肢间距150mm；U形连接筋6垂直于拱轴向布置，顺拱轴向布置间距为200mm，垂直拱轴向布置间距300mm；钢筋笼7的钢筋笼主筋7‑1直径28mm，数量为36根；钢筋笼7的钢筋笼加强筋7‑2直径20mm，钢筋笼加强筋间距200mm，数量为19根；核心混凝土层8采用C50微膨胀补偿收缩混凝土，泵压注入； 通风孔9直径10mm，共开设2处；通风孔盖板直径10mm，厚24mm，共2块。 [0034] 具体实施流程为：第1步：将钢筋笼主筋7‑1和钢筋笼加强筋7‑2组焊为钢筋笼7； 第2步：在拱座钢筋安装后，拱座混凝土浇筑前，安装并固定钢筋笼7，并将钢筋笼7下段钢筋笼主筋7‑1插入拱座内； 第3步：完成拱座先浇混凝土浇筑， 第4步：将弧形加劲肋板2、封端板3焊接于拱脚钢管1内表面； 第5步：将前端承压板4焊接于拱脚钢管1埋入段与外露段交界处，将梯形加劲肋板 5与前端承压板4和拱脚钢管1焊接； 第6步：将U形连接筋6在拱脚钢管1外表面焊接； 第7步：将拱脚钢管1套装在钢筋笼7上，固定拱脚钢管1； 第8步：完成拱座后浇混凝土浇筑，拱脚钢管1外包混凝土形成； 第9步：拱肋空钢管安装完成后，压注核心混凝土层8，并通过通风孔9鼓风，抑制拱脚钢管1壁板温度上升。 [0035] 第10步：采用通风孔盖板10焊接封闭通风孔9，完成拱脚施工。 |
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