一种路桥和路隧连接段的变刚度拼接装置及方法与流程

1.本发明涉及路桥建造技术领域，具体涉及一种路桥和路隧连接段的变刚度拼接装置及方法。


背景技术：

2.路桥和路隧连接段处路基与桥面和隧道面之间由于施工材料的不同，具有不一致的沉降度，因而使得路基与桥面和隧道面之间存在阶梯跃度，引起行驶车辆通过时产生跳跃的现象，其主要危害包括：(1)使驾驶员和乘车者感到不适，心情不快易疲劳，所载货物易损坏，严重跳车会造成翻车、追尾等交通事故，威胁人、车和财物的安全，造成生命、财产的损失。(2)由跳车产生的水平和垂直冲击力会对路面、路基和桥结构物产生进一步的损坏，增加养护维修费用与管理难度，并降低公路性能。(3)跳车时的冲击力会对车辆产生不利反力，增加车辆的振动和机械磨损和轮胎的磨耗，油耗增大，缩短车辆使用年限，增加运输成本。(4)跳车时的振动和噪声对驾驶员乘车者和公路两旁的居民会产生噪声污染，不利于人们身心健康，影响其正常的工作和生活。
3.现有技术中，cn201921857246.5公开了一种防高速公路桥头跳车的长短桩加筋路基结构，该长短桩加筋路基结构包括设置在所述的沉降过渡段的地基中的长短桩路基处理结构以及设于所述的沉降过渡段的地基与路基交界处的加筋路基加固结构，所述的长短桩路基处理结构包括呈一定距离均匀铺设的多列变刚度桩，各列变刚度桩距桥面段的长度逐渐减小，所述的加筋路基加固结构包括多层土工格栅，具有消除桥头跳车感，减小对车辆的损伤、降低成本等优点。
4.虽然上述现有技术能够一定程度上解决桥头跳车感，但是仍然存在一些缺陷性，包括沉降差异进行无差别响应，在沉降差异较小的情况下，无需使用到加固结构进行沉降差异度调节，原有基础的桩体结构即可维持路基和桥面的等高平稳度，而无差别响应会导致加固结构过早使用可能导致路基和桥面产生反向的沉降差异度，导致路基高于桥面，仍然存在反向跳车现象，同时当连接段路基承受较大的行驶压力时，在连接段的两端之间会产生对向向内的瞬间拉力，而独立的变刚度桩间的拉力无法有效沿路基进行卸力，从而易使路基产生水平断裂现象，造成行驶危险。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种路桥和路隧连接段的变刚度拼接装置，以解决现有技术中沉降差异进行无差别响应，导致加固结构过早使用可能导致路基和桥面产生反向的沉降差异度，仍然存在反向跳车现象，同时当连接段路基承受较大的行驶压力时，在连接段的两端之间会产生对向向内的瞬间拉力，而独立的变刚度桩间的拉力无法有效沿路基进行卸力，从而易使路基产生水平断裂现象，造成行驶危险的技术问题。
6.为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：
7.一种路桥和路隧连接段的变刚度拼接装置，包括平行铺设在所述连接段处路基下
方的等高梁，以及垂直设置在等高梁下方的变刚度等高构件，所述等高梁用于为所述连接段处路基与桥面或隧道面提供水平过渡以保持行驶对象的行驶稳定性，所述等高构件用于加强对等高梁的抗性强度支撑以抵消所述连接段处路基与桥面或隧道面的沉降差异效应使得所述连接段处路基与桥面或隧道面保持水平等高。
8.作为本发明的一种优选方案，所述等高梁呈水平铺设在所述连接段处路基下表面，所述等高梁的两端分别与所述连接段处路基的两端面齐平。
9.作为本发明的一种优选方案，所述等高构件包括多个纵向立柱以及设置在纵向立柱内部的加固纵梁，多个所述纵向立柱在所述等高梁呈垂直阵列排布，所述纵向立柱用于为所述等高梁提供基础的抗性强度支撑以抵消所述连接段处路基与桥面或隧道面的低沉降差异效应，所述加固纵梁用于瞬态加强立柱的抗性强度以使得所述立柱为所述等高梁提供增强的抗性强度支撑以抵消所述连接段处路基与桥面或隧道面的高沉降差异效应。
10.作为本发明的一种优选方案，所述加固纵梁包括内径宽度依次减小且依次通过条形弹性构件连接的第一纵梁节、第二纵梁节和第三纵梁节，所述第一纵梁节、第二纵梁节和第三纵梁节的两端部分别为一端部和二端部，所述第一纵梁节的一端部与所述立柱固定连接，所述第一纵梁节的二端部外套于所述第二纵梁节的一端部，所述第二纵梁节的二端部外套于所述第三纵梁节的一端部，所述第三纵梁节的二端部与所述弹性构件中段固定连接，所述第一纵梁节、第二纵梁节和第三纵梁节在所述弹性构件的抗拉伸的弹性势能蓄能作用下叠套连接呈层状形态，并在所述弹性构件的抗拉伸的弹性势能释能作用下分散连接呈与立柱相一致的所述纵向条状形态加强立柱的抗性强度。
11.作为本发明的一种优选方案，在所述连接段处路基与桥面或隧道面交界线上设置有联动控制所有所述加固纵梁中弹性构件进行弹性势能蓄能和释能的触感控件，所述触感控件包括铺设在所述连接段处路基与桥面或隧道面交界线处的触感刚性杆，以及与所述触感刚性杆活动连接的多条触感刚性线，所述触感刚性杆的两端部分别固定埋设在所述连接段处路基下表面和所述连接段处桥面或隧道面下表面，所述触感刚性线与所述加固纵梁一一对应，所述触感刚性线的一端部与所述触感刚性杆活动连接，所述触感刚性线的另一端部与所述弹性构件位于立柱上端部的一端部固定连接，所述弹性构件位于立柱下端部的一端部与所述立柱下端部固定连接，所述触感刚性杆用于监测所述连接段处路基与桥面或隧道面的沉降差异度，并在高沉降差异度状态下断裂以释放触感刚性线使得所有弹性构件同步进行弹性势能释能。
12.作为本发明的一种优选方案，所述第一纵梁节的二端部和第二纵梁节的二端部设置均有弹性限位凸起，所述第二纵梁节的一端部和第三纵梁节的一端部设置有与所述限位凸起相匹配的限位孔，所述限位孔与所述限位凸起在所述弹性构件的弹性势能蓄能和弹性势能释能作用下进行分离和组合以构成所述层状形态和条状形态。
13.作为本发明的一种优选方案，在所述立柱上开设有供所述触感刚性线与所述弹性构件相连接的通孔，所述触感刚性线穿过所述通孔进入立柱内与所述弹性构件固定连接。
14.作为本发明的一种优选方案，所述立柱和所述等高梁的连接处通过螺栓固定连接。
15.作为本发明的一种优选方案，本发明提供了一种根据所述的路桥和路隧连接段的变刚度拼接装置的变刚度方法，包括以下步骤：
16.步骤s1、将所述等高梁、等高构件呈基础刚度形态拼装构成路桥和路隧连接段的变刚度拼接装置，并安装至所述连接段处；
17.步骤s2、触感控件用于监测连接段处的沉降差异度，并联动控制等高构件由基础刚度形态变为加强刚度形态，具体的：
18.若沉降差异度低，则触感刚性杆未产生断裂，仅利用立柱对等高梁进行基础的抗性强度支撑；
19.若沉降差异度高，则触感刚性杆产生断裂，触感刚性线同步从触感刚性杆上进行脱离，所有弹性构件进行同步的弹性势能释能，使得加固纵梁构成纵向条状形态对所述立柱进行瞬态加固由基础刚度形态变为加强刚度形态，进而立柱对等高梁进行加强的抗性强度支撑。
20.作为本发明的一种优选方案，所述基础刚度形态是指触感刚性杆通过触感刚性线对弹性构件进行刚性拉伸，所述第一纵梁节、第二纵梁节和第三纵梁节在所述弹性构件的抗拉伸的弹性势能蓄能作用下叠套连接呈层状形态，所述加强刚度形态是指触感刚性杆通过触感刚性线对弹性构件的刚性拉伸消失，所述第一纵梁节、第二纵梁节和第三纵梁节在所述弹性构件的抗拉伸的弹性势能释能作用下分散连接呈条状形态。
21.本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
22.本发明利用等高构件加强对等高梁的抗性强度支撑以抵消所述连接段处路基与桥面或隧道面的沉降差异效应使得所述连接段处路基与桥面或隧道面保持水平等高，从而使得等高梁为所述连接段处路基与桥面或隧道面提供水平过渡以保持行驶对象的行驶稳定性，并利用等高梁对连接段处路基上由于行驶对象的行驶压力产生的对向向内拉力沿立柱有效传导到路基的多个方向上进行多向卸力，避免路基断裂，同时可根据路基和桥面、隧道面的沉降差异度进行差别响应，在沉降差异度低的情况下，使用基础的抗性强度支撑，沉降差异度高的情况下，使用加强的抗性强度支撑，抵消沉降差异效应时避免反向跳车现象的出现。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对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。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
24.图1为本发明实施例提供的变刚度拼接装置基础刚度形态结构示意图；
25.图2为本发明实施例提供的变刚度拼接装置基础刚度形态的剖面结构示意图；
26.图3为本发明实施例提供的变刚度拼接装置加强刚度形态结构示意图。
27.图中的标号分别表示如下：
[0028]1‑
等高梁；2
‑
等高构件；3
‑
弹性构件；4
‑
触感控件；5
‑
限位凸起；6
‑
限位孔；7
‑
通孔；8
‑
路基；9
‑
桥面或隧道面；
[0029]
201
‑
纵向立柱；202
‑
加固纵梁；
[0030]
2021
‑
第一纵梁节；2022
‑
第二纵梁节；2023
‑
第三纵梁节；
[0031]
401
‑
触感刚性杆；402
‑
触感刚性线。
具体实施方式
[0032]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033]
如图1
‑
3所示，本发明提供了一种路桥和路隧连接段的变刚度拼接装置，包括平行铺设在连接段处路基下方的等高梁1，以及垂直设置在等高梁1下方的变刚度等高构件2，等高梁1用于为连接段处路基与桥面或隧道面提供水平过渡以保持行驶对象的行驶稳定性，等高构件2用于加强对等高梁1的抗性强度支撑以抵消连接段处路基与桥面或隧道面的沉降差异效应使得连接段处路基与桥面或隧道面保持水平等高。
[0034]
沉降差异效应为路桥连接段处包括桥面和路基两种建筑材料，而路基与桥面的沉降度不同，会导致在长久供行驶车辆使用过程中，在交界处出现分层现象，从而导致交界处出现阶梯跃度，在行驶车辆经过时会产生跳车危险，等高构件2抵消连接段处路基与桥面或隧道面的沉降差异效应，可使得路基与桥面或隧道面之间的沉降度维持在一定的均衡限度内，避免交界处的阶梯跃度进而避免行驶车辆的跳车危险。
[0035]
等高梁1呈水平铺设在连接段处路基下表面，等高梁1的两端分别与连接段处路基的两端面齐平。
[0036]
等高梁1水平放置可以有效的对加强路基的横向刚度，从而避免路基内部沉降差异效应而出现坑洼和断裂现象，以保持路基的保持等高，并且保障行驶车辆在路基上也维持稳定行驶，而且行驶车辆对路基的压力，经过等高梁1均匀的分散到多个立柱201中，并沿多个立柱201进行有效传导到路基的多个方向上进行多向卸力，以避免连接段处路基两段部之间的对象拉力集中在某一点，导致路基断裂，提高路基安全度和平稳度。
[0037]
等高构件2包括多个纵向立柱201以及设置在纵向立柱201内部的加固纵梁202，多个纵向立柱201在等高梁1呈垂直阵列排布，纵向立柱201用于为等高梁1提供基础的抗性强度支撑以抵消连接段处路基与桥面或隧道面的低沉降差异效应，加固纵梁202用于瞬态加强立柱201的抗性强度以使得立柱201为等高梁1提供增强的抗性强度支撑以抵消连接段处路基与桥面或隧道面的高沉降差异效应。
[0038]
加固纵梁202包括内径宽度依次减小且依次通过条形弹性构件3连接的第一纵梁节2021、第二纵梁节2022和第三纵梁节2023，第一纵梁节2021、第二纵梁节2022和第三纵梁节2023的两端部分别为一端部和二端部，第一纵梁节2021的一端部与立柱201固定连接，第一纵梁节2021的二端部外套于第二纵梁节2022的一端部，第二纵梁节2022的二端部外套于第三纵梁节2023的一端部，第三纵梁节2023的二端部与弹性构件3中段固定连接，第一纵梁节2021、第二纵梁节2022和第三纵梁节2023在弹性构件3的抗拉伸的弹性势能蓄能作用下叠套连接呈层状形态，并在弹性构件3的抗拉伸的弹性势能释能作用下分散连接呈与立柱201相一致的纵向条状形态加强立柱201的抗性强度。
[0039]
第一纵梁节2021的二端部和第二纵梁节2022的二端部设置均有弹性限位凸起5，第二纵梁节2022的一端部和第三纵梁节2023的一端部设置有与限位凸起5相匹配的限位孔6，限位孔6与限位凸起5在弹性构件3的弹性势能蓄能和弹性势能释能作用下进行分离和组合以构成层状形态和条状形态。
[0040]
如图1和2所示，具体的，弹性构件3进行弹性势能蓄能，则弹性构件3与触感刚性线402的存在刚性连接，第三纵梁节2023在弹性构件3位于立柱201上端部的拉伸力以及在立柱201下端部的拉伸力作用下第三纵梁节2023带动第二纵梁节2022固定在立柱201上端部的第一纵梁节2021位置处，使得第一纵梁节2021、第二纵梁节2022和第三纵梁节2023叠套连接呈层状形态，因此立柱201保持基础刚度形态对等高梁1进行基础的抗性强度支撑。
[0041]
如图3所示，弹性构件3进行弹性势能释能，则弹性构件3与触感刚性线402的连接关系解除，第三纵梁节2023位于立柱201上端部的拉伸力消失，在立柱201下端部与第三纵梁节2023之间的弹性构件3的拉伸力作用下第二纵梁节2022和第三纵梁节2023朝向立柱201下端部作轴向运动，并使得第二纵梁节2022的一端部和第三纵梁节2023的一端部的限位孔6与第一纵梁节2021的二端部和第二纵梁节2022的二端部的限位凸起5匹配组合，使得第一纵梁节2021、第二纵梁节2022和第三纵梁节2023分散连接形成刚性的条状形态，条状形态位于立柱201内径处，因此对立柱201起到进一步刚度加固的作用，形成增强刚度形态对等高梁1进行增强的抗性强度支撑。
[0042]
在连接段处路基与桥面或隧道面交界线上设置有联动控制所有加固纵梁202中弹性构件3进行弹性势能蓄能和释能的触感控件4，触感控件4包括铺设在连接段处路基与桥面或隧道面交界线处的触感刚性杆401，以及与触感刚性杆401活动连接的多条触感刚性线402，触感刚性杆401的两端部分别固定埋设在连接段处路基下表面和连接段处桥面或隧道面下表面，触感刚性线402与加固纵梁202一一对应，触感刚性线402的一端部与触感刚性杆401活动连接，触感刚性线402的另一端部与弹性构件3位于立柱201上端部的一端部固定连接，弹性构件3位于立柱201下端部的一端部与立柱201下端部固定连接，触感刚性杆401用于监测连接段处路基与桥面或隧道面的沉降差异度，并在高沉降差异度状态下断裂以释放触感刚性线402使得所有弹性构件3同步进行弹性势能释能。
[0043]
在立柱201上开设有供触感刚性线402与弹性构件3相连接的通孔7，触感刚性线402穿过通孔7进入立柱201内与弹性构件3固定连接。
[0044]
如图1和2所示，具体的，触感刚性杆401两端分别单独受到路基与桥面或隧道面的作用力，路基与桥面或隧道面之间产生的沉降差异度越大，则路基与桥面或隧道面之间形成的阶梯跃度也越大，则触感刚性杆401两端受力产生的弯折度越大，一旦超过触感刚性杆401的刚度极限，触感刚性杆401会发生断裂，从而释放连接在触感刚性杆401上的触感刚性线402，因而会破坏弹性构件3的弹性势能蓄能的固定形态，使得弹性构件3进行弹性势能释能转为运动形态。
[0045]
如图3所示，触感刚性杆401未断裂，则表示路基与桥面或隧道面之间阶梯跃度对车辆行驶的平稳度影响可忽略，因此路基与桥面或隧道面之间产生的沉降差异度低，可不用进行沉降差异度干预；触感刚性杆401断裂，则表示路基与桥面或隧道面之间阶梯跃度对车辆行驶的平稳度影响不可忽略，因此路基与桥面或隧道面之间产生的沉降差异度高，必须进行沉降差异度干预。
[0046]
立柱201和等高梁1的连接处通过螺栓固定连接。
[0047]
基于上述路桥和路隧连接段的变刚度拼接装置的结构，本发明提供了一种变刚度方法，包括以下步骤：
[0048]
步骤s1、将所述等高梁、等高构件呈基础刚度形态拼装构成路桥和路隧连接段的
变刚度拼接装置，并安装至所述连接段处；
[0049]
步骤s2、触感控件用于监测连接段处的沉降差异度，并联动控制等高构件由基础刚度形态变为加强刚度形态，具体的：
[0050]
若沉降差异度低，则触感刚性杆未产生断裂，仅利用立柱对等高梁进行基础的抗性强度支撑；
[0051]
若沉降差异度高，则触感刚性杆产生断裂，触感刚性线同步从触感刚性杆上进行脱离，所有弹性构件进行同步的弹性势能释能，使得加固纵梁构成纵向条状形态对所述立柱进行瞬态加固由基础刚度形态变为加强刚度形态，进而立柱对等高梁进行加强的抗性强度支撑。
[0052]
所述基础刚度形态是指触感刚性杆通过触感刚性线对弹性构件进行刚性拉伸，所述第一纵梁节、第二纵梁节和第三纵梁节在所述弹性构件的抗拉伸的弹性势能蓄能作用下叠套连接呈层状形态，所述加强刚度形态是指触感刚性杆通过触感刚性线对弹性构件的刚性拉伸消失，所述第一纵梁节、第二纵梁节和第三纵梁节在所述弹性构件的抗拉伸的弹性势能释能作用下分散连接呈条状形态。
[0053]
本发明利用等高构件加强对等高梁的抗性强度支撑以抵消所述连接段处路基与桥面或隧道面的沉降差异效应使得所述连接段处路基与桥面或隧道面保持水平等高，从而使得等高梁为所述连接段处路基与桥面或隧道面提供水平过渡以保持行驶对象的行驶稳定性，并利用等高梁对连接段处路基上由于行驶对象的行驶压力产生的对向向内拉力沿立柱有效传导到路基的多个方向上进行多向卸力，避免路基断裂，同时可根据路基和桥面、隧道面的沉降差异度进行差别响应，在沉降差异度低的情况下，使用基础的抗性强度支撑，沉降差异度高的情况下，使用加强的抗性强度支撑，抵消沉降差异效应时避免反向跳车现象的出现。
[0054]
以上实施例仅为本技术的示例性实施例，不用于限制本技术，本技术的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本技术的实质和保护范围内，对本技术做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本技术的保护范围内。