CN107227682B - 一种pbl加劲型扁平钢箱混凝土板拱及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了PBL加劲型扁平钢箱混凝土板拱及其施工方法，包括由至少一个拱节段拼装组成的主拱，拱节段包括矩形的钢箱，在钢箱的顶板、底板以及边腹板内壁上沿拱轴线方向设有若干个PBL加劲肋，钢箱内填充有混凝土。解决了现有技术中圬工和钢筋混凝土板拱施工程序繁琐，拱内收缩应力大的问题。本发明结构简单，设计合理，施工方便，力学性能优越，施工质量易控制。

Description

一种PBL加劲型扁平钢箱混凝土板拱及其施工方法

技术领域

本发明涉及钢箱混凝土拱桥的主拱结构技术领域，尤其涉及一种PBL加劲型扁平钢箱混凝土板拱及其施工方法。

背景技术

拱桥按拱圈截面形式主要可分为板拱、肋拱、双曲拱和箱形拱。板拱主要分为石板拱、混凝土板拱和钢筋混凝土板拱。

石板拱充分利用石材抗压强度高的特点，其承载力较高，在盛产石料的地区经常用作中小跨径拱桥。石板拱桥对石料的质量，包括整体性、均质性、抗压抗弯强度等，以及拱石的加工制造、砌筑工艺等要求较高，且石料在砌筑过程中需设置错缝、五角石等构造以满足施工和受力需要。同时为了便于拱石加工和确保砌筑符合构造要求，需要对拱石进行编号。对于等截面圆弧拱，因截面相等，又是圆弧线，拱石规格较少，编号简单；当采用变截面悬链线拱时，由于截面发生变化，曲率半径随之变化，拱石类型多，编号复杂。

混凝土板拱可以采用整体现浇，也可以采用预制砌筑。整体现浇混凝土拱圈由于其整体性较高而被广泛应用，但其拱内收缩应力大，同时拱架、模板材料用量大，费工多，工期较长。当采用混凝土预制砌筑拱圈时，其施工以及构造与石板拱类似。

钢筋混凝土板拱可根据桥宽需要做成单条整体拱圈或多条平行板(肋)拱圈，具有构造简单、外表整齐、板厚随需要而定、轻巧美观等特点。钢筋混凝土板拱与混凝土板拱类似，具有混凝土收缩应力大，拱架、模板、钢筋绑扎、混凝土浇筑工程量较大等缺点。

板拱桥一般采用矩形实体截面，在截面面积相同的条件下其截面抵抗距小，在有弯矩作用时材料的强度得不到充分的利用。如果要获得与其他形式截面相同的截面抵抗距，板拱就必须增大截面面积，这就相应地增加了材料用量和结构自重，同时增加了基础的工程量，故采用该种方法是不经济的。同时，此类板拱的经济性随着拱桥跨径的增大而降低。

综上，现有的圬工和钢筋混凝土板拱中普遍存在几个问题：第一、石板拱具有一定的地域局限性，对石料质量和加工制造要求高，且随跨径增加其自重急剧增大；第二、混凝土板拱具有拱内收缩应力大，同时拱架、模板材料用量大，费工多，工期较长等缺点；第三、钢筋混凝土板拱具有混凝土收缩应力大，拱架、模板、钢筋绑扎、混凝土浇筑工程量较大等缺点。

近些年钢管混凝土结构以其优良的性能大量被用于拱桥的建造当中。利用钢管和混凝土在受力过程中的相互作用，即钢管对核心混凝土的约束作用，使得混凝土的抗压强度得以提高，塑性和韧性性能得到改善。同时，核心混凝土的存在又对钢管有很好的支承作用，可以提高钢管抵抗局部失稳的能力，避免或延缓钢壁板发生局部屈曲，从而保证其材料性能的充分发挥。另外，在钢管混凝土拱圈的施工过程中，钢管还可以作为浇筑其核心混凝土的模板，既节省模板费用，又能加快施工进度。但目前钢管混凝土结构应用于板拱桥建造中的实例非常少。

因此，如何将钢管混凝土结构应用于板拱桥建造中，是我们需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种PBL(Perfobond Leiste，中文解释：开孔板)加劲型扁平钢箱混凝土板拱及其施工方法，解决了现有技术中圬工和钢筋混凝土板拱施工程序繁琐，拱内收缩应力大的问题。本发明结构简单，设计合理，施工方便，力学性能优越，施工质量易控制。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种PBL加劲型扁平钢箱混凝土板拱，包括由至少一个拱节段拼装组成的主拱，拱节段包括矩形的钢箱，在钢箱的顶板、底板以及边腹板内壁上沿拱轴线方向设有若干个PBL加劲肋，钢箱内填充有混凝土。

更进一步地，本发明的特点还在于：

钢箱内设有若干个中腹板，中腹板上开有若干个第一通孔，中腹板的上、下端面分别与钢箱的顶板和底板连接，钢箱内部通过中腹板分为若干个腔室，若干个腔室内均填充有混凝土。

若干个第一通孔位于中腹板的中轴线上，若干个第一通孔的形状以及大小相同；中腹板所承受的力越大时，相邻两个第一通孔之间的间距越小。

或者，钢箱内设有若干个中腹板，中腹板为实心板，中腹板上沿拱轴线方向设有若干个PBL加劲肋，中腹板的上、下端面分别与钢箱的顶板和底板连接，钢箱内部通过中腹板分为若干个腔室，相邻两个腔室中的一个腔室内填充混凝土，则另一个腔室为空腔。

位于主拱拱顶处的拱节段的各个腔室内均设置有第一横隔板，第一横隔板为实心板，第一横隔板分别与钢箱的顶板、底板以及相邻两个中腹板连接，或者第一横隔板分别与钢箱的顶板、底板、边腹板以及中腹板连接。

位于主拱其余位置处的拱节段的各个腔室内均设置有若干个第二横隔板，第二横隔板的中部开有圆角四边形孔，第二横隔板分别与钢箱的顶板、底板以及相邻两个中腹板连接，或者第二横隔板分别与钢箱的顶板、底板、边腹板以及中腹板连接。

第一横隔板和第二横隔板的四个边角均设有1/4圆弧的过焊圆弧孔。

PBL加劲肋垂直于与其连接的顶板、底板或边腹板。

PBL加劲肋的中轴线上开设有若干个第二通孔，若干个第二通孔的形状以及大小相同。

钢箱呈扁平状，钢箱的长度大于高度。

中腹板、第一横隔板、第二横隔板以及PBL加劲肋均为钢板。

混凝土为自密实微膨胀收缩补偿混凝土。

主拱的线形为抛物线或悬链线，主拱与桥面之间通过立柱连接。

本发明还提供了一种PBL加劲型扁平钢箱混凝土板拱的施工方法，包括以下步骤：

a、将主拱划分为至少一个拱节段，根据划分后的拱节段结构和尺寸加工顶板、底板、边腹板、中腹板、PBL加劲肋、第一横隔板以及第二横隔板，焊接成为拱节段，然后对拱节段进行涂装、编号存放；

b、将拱节段运送至桥位处，将各个拱节段按照主拱的安装线形进行连接，完成主拱钢结构的施工；

c、采用泵送顶升工艺，从主拱的两个拱脚对称泵送自密实微膨胀收缩补偿混凝土至拱顶；

d、自密实微膨胀收缩补偿混凝土的强度达到设计要求后，对立柱进行施工，最后对桥面结构进行施工。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的一种PBL加劲型扁平钢箱混凝土板拱，用钢箱代替传统钢筋网，不仅使结构承载力提高，同时钢箱可以兼作模板，使施工方便、快速。同时PBL加劲肋的增设提高了核心混凝土的抗压强度，增强了钢箱壁板的稳定性；再者PBL加劲肋充当了剪力件的作用，PBL加劲肋的开孔可以使混凝土与加劲肋充分接触，使钢箱与混凝土连成整体，提高了钢与混凝土的组合作用，PBL加劲肋的布设方式灵活，且使用效果好，能有效解决钢箱与混凝土脱空病害、使用寿命较短等实际问题。具有结构简单、自重较轻、设计合理、力学性能优越、结构性价比高的优点，具有良好的应用前景。

进一步地，钢箱内填充自密实微膨胀收缩补偿混凝土，混凝土施工无须振捣，混凝土收缩应力较小，混凝土施工质量高。

本发明提供的一种PBL加劲型扁平钢箱混凝土板拱的施工方法，根据主拱的结构和尺寸加工各个部件，将各个部件连接成拱节段，再将若干个拱节段拼接成主拱，用钢箱代替传统钢筋网，不仅使结构承载力提高，同时钢箱可以兼作模板，使施工方便、快速，成本较低。同时，通过从主拱的两个拱脚对称泵送混凝土至拱顶，施工质量易控制。

附图说明

图1为拱桥的结构示意图；

图2为拱桥的A-A剖视图；

图3为第一种实施方式的主拱的横断面图；

图4为图2的B-B截面剖视图；

图5为中腹板的结构示意图；

图6为第二横隔板的横断面图；

图7为第一横隔板的横断面图；

图8为第二横隔板的结构示意图；

图9为第一横隔板的结构示意图；

图10为第二种实施方式的主拱的横断面图。

图中，1-1为拱节段；1-2为顶板；1-3为底板；1-4为边腹板；1-5为混凝土；2为PBL加劲肋；3为中腹板；4为第二通孔；5为第一通孔；6为主拱；7为立柱；8为桥面；9为第一横隔板；10为第二横隔板；11为圆角四边形孔；12为过焊圆弧孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明提供了一种PBL加劲型扁平钢箱混凝土板拱，如图1、2所示，包括由一个或多个拱节段1-1拼装组成的主拱6，拱节段1-1划分长度与数量主要由起重机起吊能力和施工工艺决定。如图3、10所示，拱节段1-1包括矩形的钢箱，在钢箱的顶板1-2、底板1-3以及边腹板1-4内壁上沿拱轴线方向设有若干个PBL加劲肋2，钢箱内填充有混凝土1-5。

在这里，本发明用钢箱代替传统钢筋网，不仅使结构承载力提高，同时钢箱可以兼作模板，使施工方便、快速。同时PBL加劲肋2的增设提高了核心混凝土1-5的抗压强度，增强了钢箱壁板的稳定性；再者PBL加劲肋2充当了剪力件的作用，PBL加劲肋2的开孔可以使混凝土1-5与加劲肋充分接触，使钢箱与混凝土1-5连成整体，提高了钢与混凝土1-5的组合作用，PBL加劲肋2的布设方式灵活，且使用效果好，能有效解决钢箱与混凝土1-5脱空病害、使用寿命较短等实际问题。

本发明的主拱6线形一般为抛物线或悬链线，主拱6与其所处拱桥的桥面8之间通过多根竖向立柱7进行紧固连接，立柱7的横截面为圆形、矩形或其他多边形，立柱7设置位置与数量根据设计需要而定。桥面8为混凝土1-5结构、钢结构或钢混组合结构。

本发明的钢箱为宽厚比较大的扁平状钢箱，即钢箱的长度大于高度。沿钢箱的长度方向可根据设计要求分为单个或多个独立的腔室。

参见图3，作为主拱6的第一种实施方式，钢箱内设有若干个中腹板3，中腹板3的上、下端面分别与钢箱的顶板1-2和底板1-3连接，钢箱内部通过中腹板3分为若干个腔室，若干个腔室内均填充有混凝土1-5。在这里，参见图5，中腹板3为开孔钢板，中腹板3沿中轴线设有多个第一通孔5，无特殊要求时第一通孔5呈均匀布置，且多个第一通孔5的结构和尺寸均相同。对受力有特殊要求的主拱节段，中腹板3上相邻两个第一通孔5之间的间距根据其所布设位置处拱节段1-1的实际受力情况进行相应调整，钢箱中腹板3布设位置处所承受的力越大，相邻两个第一通孔5之间的间距越小。

参见图10，作为主拱6的第二种实施方式，钢箱内设有若干个中腹板3，中腹板3为实心板，中腹板3上沿拱轴线方向设有若干个PBL加劲肋2，中腹板3的上、下端面分别与钢箱的顶板1-2和底板1-3连接，钢箱内部通过中腹板3分为若干个腔室，相邻两个腔室中的一个腔室内填充混凝土1-5，则另一个腔室为空腔。

需要说明的是，第一种实施方式和第二种实施方式的不同之处在于：第二种实施方式的部分腔室填充混凝土1-5，部分腔室未填充混凝土1-5；而第一种实施方式的所有腔室内均填充有混凝土1-5。此外，第二种实施方式的边腹板1-4与中腹板3构造相同，均为实心钢板并设置PBL加劲肋2；而第一种实施方式的中腹板3上沿中轴线开有若干个第一通孔5。这两种实施方式可根据设计与施工需要进行选择。

本发明的PBL加劲肋2均沿着拱轴线通长布设在钢箱的内壁板上，且布设位置与钢箱的内侧壁呈垂直布设，PBL加劲肋2为钢板，在PBL加劲肋2的中轴线上开有多个第二通孔4，且多个第二通孔4的结构和尺寸均相同。

参见图4，本发明钢箱各腔室内根据受力与构造要求，沿垂直于拱轴线方向设置若干个横隔板。横隔板与钢箱垂直布设，横隔板为与钢箱各腔室内尺寸一致的矩形钢板，横隔板与钢箱连接的四个边角设有1/4圆弧的过焊圆弧孔12。

需要说明的是，参见图7、9，位于主拱6拱顶处的拱节段1-1的各个腔室内的横隔板为第一横隔板9，第一横隔板9为实心板。

参见图6、8，位于主拱6其余位置处的拱节段1-1的各个腔室内的横隔板为第二横隔板10，第二横隔板10的中部开有圆角四边形孔11。

钢箱内填充自密实微膨胀收缩补偿混凝土1-5，混凝土1-5施工无须振捣，混凝土1-5收缩应力较小，混凝土1-5施工质量高。

本发明还提供了一种PBL加劲型扁平钢箱混凝土板拱的施工方法，包括以下步骤：

a、依据设计要求，将主拱6划分为若干个拱节段1-1。在工厂加工组成钢箱的顶板1-2、底板1-3、边腹板1-4、中腹板3、PBL加劲肋2以及第一横隔板9和第二横隔板10构件。按照设计构造要求和加工线形将上述构件焊接成为拱节段1-1，然后进行阶段涂装、编号存放。

b、将制作好的拱节段1-1运送至桥位处，采用一定的施工方法将各拱节段1-1按照主拱6的安装线形进行连接，完成主拱6钢结构的施工。

c、主拱6合龙之后灌注钢箱内填充混凝土1-5，采用泵送顶升工艺，从两拱脚对称泵送自密实微膨胀收缩补偿混凝土1-5至拱顶。

d、混凝土1-5强度达到设计要求后再施工拱上立柱7，最后施工桥面8结构。

需要说明的是，位于拱顶的第一横隔板9为实心钢板，在从两拱脚对称泵送自密实微膨胀收缩补偿混凝土1-5至拱顶的过程中，起到隔挡由两边不同拱脚泵送至拱顶的混凝土1-5的作用。

本发明具有以下优点：1、结构简单、设计合理且施工方便、力学性能优越、施工质量易控制且成本较低，结构性价比高，具有良好的应用前景。2、与同等跨径的圬工板拱与钢筋混凝土板拱相比，本发明自重较轻，节约材料。3、传统的钢筋混凝土板拱，钢筋网较密，施工需要支架和模板，本发明用钢箱代替钢筋网，不仅使结构承载力提高，同时钢箱可以兼作模板，使施工方便、快速。4、PBL加劲肋的增设提高了核心混凝土的抗压强度，增强了钢箱壁板的稳定性；同时PBL加劲肋充当了剪力件的作用，使钢箱与混凝土1-5连成整体，提高了钢与混凝土1-5的组合作用。PBL加劲肋2的布设方式灵活，且使用效果好，能有效解决钢箱与混凝土1-5脱空病害、使用寿命较短等实际问题。

综上所述，本发明能有效解决目前圬工和钢筋混凝土板拱施工程序繁琐、支架、模板工程量大、混凝土振捣麻烦、收缩应力大等问题。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种PBL加劲型扁平钢箱混凝土板拱，其特征在于，包括由至少一个拱节段（1-1）拼装组成的主拱（6），拱节段（1-1）包括矩形的钢箱，在钢箱的顶板（1-2）、底板（1-3）以及边腹板（1-4）内壁上沿拱轴线方向设有若干个PBL加劲肋（2），PBL加劲肋（2）的中轴线上开设有若干个第二通孔（4），若干个第二通孔（4）的形状以及大小相同；

钢箱内填充有混凝土（1-5）；钢箱内设有若干个中腹板（3），中腹板（3）上开有若干个第一通孔（5），中腹板（3）的上、下端面分别与钢箱的顶板（1-2）和底板（1-3）连接，钢箱内部通过中腹板（3）分为若干个腔室，若干个腔室内均填充有混凝土（1-5）；

若干个第一通孔（5）位于中腹板（3）的中轴线上，若干个第一通孔（5）的形状以及大小相同；中腹板（3）所承受的力越大，相邻两个第一通孔（5）之间的间距越小；

当中腹板（3）为实心板时，中腹板（3）上沿拱轴线方向设有若干个PBL加劲肋（2），中腹板（3）的上、下端面分别与钢箱的顶板（1-2）和底板（1-3）连接，钢箱内部通过中腹板（3）分为若干个腔室，相邻两个腔室中的一个腔室内填充混凝土（1-5），则另一个腔室为空腔；

钢箱呈扁平状，钢箱的长度大于高度；

主拱（6）的线形为抛物线或悬链线，主拱（6）与桥面（8）之间通过立柱（7）连接；位于主拱（6）拱顶处的拱节段（1-1）的各个腔室内均设置有第一横隔板（9），第一横隔板（9）为实心板，第一横隔板（9）分别与钢箱的顶板（1-2）、底板（1-3）以及相邻两个中腹板（3）连接，或者第一横隔板（9）分别与钢箱的顶板（1-2）、底板（1-3）、边腹板（1-4）以及中腹板（3）连接；

位于主拱（6）其余位置处的拱节段（1-1）的各个腔室内均设置有若干个第二横隔板（10），第二横隔板（10）的中部开有圆角四边形孔（11），第二横隔板（10）分别与钢箱的顶板（1-2）、底板（1-3）以及相邻两个中腹板（3）连接，或者第二横隔板（10）分别与钢箱的顶板（1-2）、底板（1-3）、边腹板（1-4）以及中腹板（3）连接；

中腹板（3）、第一横隔板（9）、第二横隔板（10）以及PBL加劲肋（2）均为钢板；

混凝土（1-5）为自密实微膨胀收缩补偿混凝土。

2.根据权利要求1所述的PBL加劲型扁平钢箱混凝土板拱，其特征在于，第一横隔板（9）和第二横隔板（10）的四个边角均设有1/4圆弧的过焊圆弧孔（12）。

3.根据权利要求1所述的PBL加劲型扁平钢箱混凝土板拱，其特征在于，PBL加劲肋（2）垂直于与其连接的顶板（1-2）、底板（1-3）或边腹板（1-4）。

4.一种根据权利要求1~3任一项所述的PBL加劲型扁平钢箱混凝土板拱的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、将主拱（6）划分为至少一个拱节段（1-1），根据划分后的拱节段（1-1）结构和尺寸加工顶板（1-2）、底板（1-3）、边腹板（1-4）、中腹板（3）、PBL加劲肋（2）、第一横隔板（9）以及第二横隔板（10），焊接成为拱节段（1-1），然后对拱节段（1-1）进行涂装、编号存放；

b、将拱节段（1-1）运送至桥位处，将各个拱节段（1-1）按照主拱（6）的安装线形进行连接，完成主拱（6）钢结构的施工；

c、采用泵送顶升工艺，从主拱（6）的两个拱脚对称泵送自密实微膨胀收缩补偿混凝土至拱顶；

d、自密实微膨胀收缩补偿混凝土的强度达到设计要求后，对立柱（7）进行施工，最后对桥面（8）结构进行施工。