一种钢板铰接式分段预制拼装拱桥及智能施工控制方法与流程

1.本发明涉及桥梁工程技术领域，更具体的说是涉及一种钢板铰接式分段预制拼装拱桥及智能施工控制方法。


背景技术：

2.近年来随着国家乡村振兴战略的推进和建设国家森林城市的号召，各地城市和乡村生态公园的建设如火如荼，随之而来的是不断增长的景区人行桥、自行车桥等中小跨径桥梁的建造需求。石拱桥因其取材方便、构造简单、造型优美、耐久性好以及维护成本低等特点，在5
‑
30米的中小跨径桥梁中得到了广泛的应用。但另一方面，传统圬工拱桥结构施工时需搭设支架，且现场施工工艺要求高，常会产生结构线形控制不准确，材料强度分布不均等问题，在快速施工领域受到了较多限制。
3.因此，如何提供一种能够易于施工且状态稳定的拱桥结构和施工方法，是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种钢板铰接式分段预制拼装拱桥及智能施工控制方法，旨在解决上述技术问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种钢板铰接式分段预制拼装拱桥，包括：
7.拱座；所述拱座的数量为两个；所述拱座的安装侧形成有滑动斜面；
8.节段拱圈；所述节段拱圈的数量为多个，且并列布置；所述节段拱圈的两端分别与两个所述滑动斜面贴合，且浇筑固定；所述节段拱圈包括多段预制楔形块；所述预制楔形块顶面通过螺栓固定有钢板连接件；所述钢板连接件两端形成有铰接扣，相邻的所述钢板连接件通过铰接扣连接。
9.通过上述技术方案，本发明通过钢板连接件末端的铰接扣进行连接，使得楔形块与楔形块之间具有可转动的能力，使得节段拱圈能够平置于运输车的装载平台上，在保障结构完整性的前提下非常便于运输；本发明一方面提高结构单元制造精度，进而解决成桥线形与设计线形不吻合的问题；同时在保留拱桥特有的外观、耐久性等方面的优良特点的基础上，提高施工效率和场地适用性，简化施工流程，节约人力物力资源成本，使该桥型在中小跨径范围内更具竞争力。
10.优选的，在上述一种钢板铰接式分段预制拼装拱桥中，所述预制楔形块的高度为400毫米，沿所述节段拱圈长度方向的顶面距离为500毫米，沿所述节段拱圈宽度方向的距离为1000毫米。本发明提供的拱桥结构适用于跨径于5米至30米的中小跨径的人行景观桥或车行拱桥。
11.优选的，在上述一种钢板铰接式分段预制拼装拱桥中，每块所述预制楔形块顶面的所述钢板连接件的数量为两块，且并列间隔布置；所述钢板连接件的宽度为120毫米、厚
度为6毫米。经结构验算知该钢板连接件抗剪满足设计要求且有一定的安全储备。
12.优选的，在上述一种钢板铰接式分段预制拼装拱桥中，所述节段拱圈的多块所述预制楔形块的其中三块的顶面活动连接有吊环；三个所述吊环布置在所述节段拱圈的中点处和两侧。
13.具体的，三个所述吊环中，一处吊点位于中央的预制楔形块中心线上，其余两个吊点应位于从两端起第七个预制楔形块的中心线上。在起吊时，从吊点至端部可看做临时的悬臂结构。该工况下，最大剪力产生于在第六和第七块体间的钢板连接件处，钢板连接件内的最大剪应力可根据下式进行计算：
[0014][0015]
式中，b和h分别为钢板连接件的宽度和厚度，该例中分别为6毫米和120毫米；该例中，在计算悬臂段的自重时，预制楔形块的高度为400毫米，沿节段拱圈长度方向的顶面距离为500毫米，沿节段拱圈宽度方向的距离为1000毫米，预制楔形块的尺度也可根据需要适当调整。经结构验算知该连接件抗剪满足设计要求且有一定的安全储备。
[0016]
优选的，在上述一种钢板铰接式分段预制拼装拱桥中，所述铰接扣为所述钢板连接件两端形成的弧形结构。能够快速满足铰接连接需求。
[0017]
优选的，在上述一种钢板铰接式分段预制拼装拱桥中，所述预制楔形块为实心混凝土结构，且相邻的两块所述预制楔形块的贴合面上预制有能够插接配合的凸块槽口结构。该拼装方式操作简便，精度高，安装速度较快，且无需其他连接材料，节约成本。
[0018]
优选的，在上述一种钢板铰接式分段预制拼装拱桥中，所述凸块槽口结构为凸起的十字型结构和凹陷的十字型槽。卡接结构的稳定性更强。
[0019]
优选的，在上述一种钢板铰接式分段预制拼装拱桥中，所述预制楔形块为两端开口的空心箱型混凝土结构，所述预制楔形块的开口端朝向所述节段拱圈的长度方向。这种截面挖空率大，自重轻，可节省大量圬工用量，对节段连接件的用量也随之降低；且箱型截面为闭合空心截面，抗扭刚度较大，整体性好。
[0020]
本发明还提供了一种钢板铰接式分段预制拼装拱桥智能施工控制方法，包括以下步骤：
[0021]
s1、浇筑所述拱座并进行养护；
[0022]
s2、工厂预制所述预制楔形块，并根据需求长度将所述预制楔形块通过所述铰接扣连接；同时选取多个相邻的两块所述预制楔形块的贴合点，在多个所述贴合点上安装应力应变片，并在预制楔形块上安装激光位移传感器；将组装成型的所述预制楔形块运至施工现场；
[0023]
s3、将所述节段预制楔形块吊起形成所述节段拱圈，并将两端架设在所述拱座的所述滑动斜面上；
[0024]
s4、重复步骤s3，将多个所述节段拱圈并列架设在所述拱座的所述滑动斜面上；
[0025]
s5、在所述节段拱圈的两端之间通过钢索连接张拉机构，对所述节段拱圈的弧度进行调整，并对所述应力应变片的数值进行采集，直至所述节段拱圈的弧度和应力值与设计值一致，停止张拉，在所述滑动斜面上浇筑混凝土固定拱脚。
[0026]
通过上述技术方案，本发明提供的方法通过采集传感器监测数据，根据建立的拱
桥数字孪生模型和拱上施工荷载数值模拟计算的结果，通过智能数控张拉设备，根据拱上施工荷载分级分段张拉预制拱圈，调整其线形和内力与设计保持一致，解决成桥线形与设计线形不吻合的问题。
[0027]
所述贴合点取所述节段拱圈的端头、中间点和四分点，能够满足测量需求。
[0028]
通过起吊设备将节段拱圈吊起架设于拱座上后，各预制楔形块的壁面在自重作用下相互抵接，节段拱圈自然地呈现拱弧线形。通过安装于两拱座、四分点和拱顶的应力和位移传感器进行拱圈线形监测，在吊装过程中，根据应力和位移传感器收集的数据，通过吊机和张拉机构及时调整拱圈位置和线形。
[0029]
需要说明的是，张拉机构可以采用穿心式千斤顶，通过钢索和环形件与节段拱圈连接即可，此处为常规结构，在此不再赘述。
[0030]
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种钢板铰接式分段预制拼装拱桥及智能施工控制方法，具有以下有益效果：
[0031]
1、本发明一方面提高结构单元制造精度，进而解决成桥线形与设计线形不吻合的问题；同时在保留拱桥特有的外观、耐久性等方面的优良特点的基础上，提高施工效率和场地适用性，简化施工流程，节约人力物力资源成本，使该桥型在中小跨径范围内更具竞争力。
[0032]
2、本发明提供的方法通过采集传感器监测数据，根据建立的拱桥数字孪生模型和拱上施工荷载数值模拟计算的结果，通过智能数控张拉设备，根据拱上施工荷载分级分段张拉预制拱圈，调整其线形和内力与设计保持一致，解决成桥线形与设计线形不吻合的问题。
附图说明
[0033]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本发明的实施例，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获得其他的附图。
[0034]
图1附图为本发明提供的钢板铰接式分段预制拼装拱桥的结构示意图；
[0035]
图2附图为本发明提供的预制楔形块连接的结构示意图；
[0036]
图3附图为本发明提供的吊环位置布置的结构示意图；
[0037]
图4附图为本发明提供的实施例2的预制楔形块的结构示意图；
[0038]
图5附图为本发明提供的实施例3的预制楔形块的结构示意图；
[0039]
图6附图为本发明提供的智能施工控制方法的结构示意图。
[0040]
其中：
[0041]1‑
拱座；
[0042]
11
‑
滑动斜面；
[0043]2‑
节段拱圈；
[0044]
21
‑
预制楔形块；211
‑
凸块槽口结构；
[0045]3‑
螺栓；
[0046]4‑
钢板连接件；
[0047]
41
‑
铰接扣；
[0048]5‑
吊环；
[0049]6‑
钢索；
[0050]7‑
张拉机构。
具体实施方式
[0051]
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。
[0052]
实施例1：
[0053]
参见附图1至附图3，本发明实施例公开了一种钢板铰接式分段预制拼装拱桥，包括：
[0054]
拱座1；拱座1的数量为两个；拱座1的安装侧形成有滑动斜面11；
[0055]
节段拱圈2；节段拱圈2的数量为多个，且并列布置；节段拱圈2的两端分别与两个滑动斜面11贴合，且浇筑固定；节段拱圈2包括多段预制楔形块21；预制楔形块21顶面通过螺栓3固定有钢板连接件4；钢板连接件4两端形成有铰接扣41，相邻的钢板连接件4通过铰接扣41连接。
[0056]
为了进一步优化上述技术方案，预制楔形块21的高度为400毫米，沿节段拱圈2长度方向的顶面距离为500毫米，沿节段拱圈2宽度方向的距离为1000毫米。
[0057]
为了进一步优化上述技术方案，每块预制楔形块21顶面的钢板连接件4的数量为两块，且并列间隔布置；钢板连接件4的宽度为120毫米、厚度为6毫米。
[0058]
为了进一步优化上述技术方案，节段拱圈2的多块预制楔形块21的其中三块的顶面活动连接有吊环5；三个吊环5布置在节段拱圈2的中点处和两侧。
[0059]
为了进一步优化上述技术方案，铰接扣41为钢板连接件4两端形成的弧形结构。
[0060]
实施例2：
[0061]
参见附图4，预制楔形块21为实心混凝土结构，且相邻的两块预制楔形块21的贴合面上预制有能够插接配合的凸块槽口结构211；凸块槽口结构211为凸起的十字型结构和凹陷的十字型槽。
[0062]
实施例3：
[0063]
参见附图5，预制楔形块21为两端开口的空心箱型混凝土结构，预制楔形块21的开口端朝向节段拱圈2的长度方向。
[0064]
在以上实施例的基础上，参见附图6，钢板铰接式分段预制拼装拱桥智能施工控制方法，包括以下步骤：
[0065]
s1、浇筑拱座1并进行养护；
[0066]
s2、工厂预制预制楔形块21，并根据需求长度将预制楔形块21通过铰接扣41连接；同时选取多个相邻的两块预制楔形块21的贴合点，贴合点取节段拱圈2的端头、中间点和四分点；在多个贴合点上安装应力应变片，并在预制楔形块21上安装激光位移传感器；将组装成型的预制楔形块21运至施工现场；
[0067]
s3、将预制楔形块21吊起形成节段拱圈2，并将两端架设在拱座1的滑动斜面11上；
[0068]
s4、重复步骤s3，将多个节段拱圈2并列架设在拱座1的滑动斜面11上；
[0069]
s5、在节段拱圈2的两端之间通过钢索6连接张拉机构7，对节段拱圈2的弧度进行调整，并对应力应变片的数值进行采集，直至节段拱圈2的弧度和应力值与设计值一致，停止张拉，在滑动斜面11上浇筑混凝土固定拱脚。
[0070]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0071]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。