一种系杆拱桥的组合式吊杆结构的制作方法

1.本实用新型涉及桥梁建造工程技术领域，特别是涉及到一种系杆拱桥的组合式吊杆结构。


背景技术：

2.系杆拱桥是一种无推力拱桥，具有建筑高度小、跨越能力大、对基础适应性强的特点，同时造价经济、桥型美观，是我国广泛使用的一种桥型。吊杆是系杆拱桥中最关键的受力构件之一，其可靠性、耐久性和可更换性关系到桥梁的结构安全和正常使用。
3.系杆拱桥常用的吊杆有柔性吊杆和刚性吊杆两种基本形式。柔性吊杆一般采用高强钢丝束或钢绞线制成的成品索，只能承受拉力。刚性吊杆一般为预应力构件，通过施加预压应力克服吊杆在荷载作用下产生的拉应力。相关研究表明，刚性吊杆对系杆承受活载更有利，可降低桥面系的建筑高度，减少活载下的变形；另外，柔性吊杆张拉程序较复杂，施工控制也较困难，刚性吊杆的张拉程序和施工控制则较为简单。因此，采用刚性吊杆在系杆拱桥中的应用更为普遍。
4.现有技术中，刚性吊杆通常现场采用钢套管内穿高强钢丝束或钢绞线等预应力束制作，并在钢套管内灌注小石子混凝土共同受力或水泥砂浆进行防护，如图1所示。但这种吊杆在防水防腐设计、锚固工艺和施工等方面存在缺陷，造成吊杆短期内即产生预应力束的锈蚀、松弛等病害，而这种吊杆的钢套管通常与预埋在拱肋或系杆表面的钢板焊接，不能承受拉力，一旦其内部的预应力束断裂整根吊杆就会失效，严重危及桥梁的安全，国内已出现多起因吊杆断裂导致系杆拱桥突然垮塌的事故。另外，这种刚性吊杆后期更换过程中需要设置复杂的临时吊杆和临时兜吊系统代替原吊杆临时受力，每一根吊杆更换期间需要对原吊杆进行分级切割同时分级张拉临时吊杆，安装新吊杆后需要分级张拉新吊杆同时分级卸载临时吊杆，吊杆的内力转换过程非常复杂，更换的施工难度相当大。


技术实现要素：

5.为了解决上述存在问题。本实用新型提供一种系杆拱桥的组合式吊杆结构，将钢套管的上下端分别预埋在拱肋和系杆内部，并在钢套管的预埋段设置抗剪连接件，钢套管内部设置成品索，钢套管和成品索形成共同受力的结构，在成品索万一发生断裂时钢套管的抗拉强度可以保证吊杆不断，防止系杆拱桥出现突然垮塌的事故，同时有利于成品索的耐久和更换。
6.本实用新型提供一种系杆拱桥的组合式吊杆结构，包括拱肋、系杆、钢套管和柔性索结构，所述拱肋为混凝土或钢管混凝土结构，所述系杆为预应力混凝土结构，所述钢套管的上下端分别预埋在拱肋和系杆内部，并在钢套管的预埋段设置抗剪连接件，所述柔性索结构包括成品索、上索导管、下索导管、上锚具、下锚具和螺旋筋，所述上索导管和下索导管分别设置在钢套管的上下两端并与钢套管中心对齐，所述成品索依次从上索导管、钢套管和下索导管的内部中心穿过，且上下两端分别设置上锚具和下锚具，所述上锚具的下方和
下锚具的上方均设置螺旋筋，所述成品索与钢套管之间填充有发泡剂，所述发泡剂在成品索张拉完毕后压注。
7.进一步的，所述钢套管的抗拉承载力大于整根吊杆承担的荷载，并有适当的安全富余。
8.进一步的，所述钢套管预埋段的抗剪连接件可采用开孔板连接件或焊钉连接件，所述抗剪连接件的抗剪承载力之和不小于钢套管的抗拉承载力。
9.进一步的，所述钢套管在施工过程中可先断开成两段断开位置的内部设置钢衬管，钢衬管与钢套管的其中一段焊接固定，在成品索张拉一定索力后两段钢套管再焊接成整体参与受力，成桥时所述钢套管处于受压状态，其压力应大于活载作用使钢套管产生的拉力。
10.进一步的，所述上索导管和下索导管与钢套管之间采用焊接等方式进行密封，当上索导管和下索导管与钢套管的直径接近时，可以将其合并，用钢套管兼作索导管。
11.进一步的，成品索达到使用年限进行更换时，可直接将成品索拆除，由钢套管承担吊杆的拉力，更换新的成品索后张拉至成桥索力即可。
12.本实用新型相对于现有技术具有以下有益效果：
13.1.钢套管和成品索形成共同受力的结构，在成品索万一发生断裂时钢套管的抗拉强度可以保证吊杆不断，防止系杆拱桥出现突然垮塌的事故。
14.2.将成品索设在钢套管内部，索体的hdpe护套可以避免紫外线的照射、雨水冲淋及有害气体的腐蚀，从而提高成品索的耐久性。
15.3.在活载作用下，钢套管与成品索共同受力，可显著减小成品索在活载作用下的应力幅，提高成品索的疲劳寿命。
16.4. 成品索的更换过程不需要设置复杂的临时吊杆和临时兜吊系统，吊杆的内力转换过程也极为简单，大大方便了施工。
附图说明
17.图1为现有技术中刚性吊杆的结构示意图；
18.图2为本实用新型实施例一的结构示意图；
19.图3为本实用新型组合式吊杆的剖面示意图；
20.图4为本实用新型实施例一的钢套管结构示意图；
21.图5为本实用新型实施例一的钢套管预埋段的剖面示意图；
22.图6为本实用新型实施例二的结构示意图；
23.图7为本实用新型实施例二的钢套管结构示意图；
24.图8为本实用新型实施例二的钢套管预埋段的剖面示意图；
25.图9为本实用新型钢套管施工时断开处构造的剖面示意图；
26.图10为本实用新型钢套管断开处焊接的剖面示意图。
27.图中标记为，1.拱肋；2.系杆；3.钢套管；4.成品索；5.上索导管；6.下索导管；7.发泡剂；8.开孔板连接件；9.焊钉连接件；10.上锚具；11.下锚具；12.螺旋筋；13.钢衬管。
具体实施方式
28.下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：
29.本实用新型提供一种系杆拱桥的组合式吊杆结构，将钢套管的上下端分别预埋在拱肋和系杆内部，并在钢套管的预埋段设置抗剪连接件，钢套管内部设置成品索，钢套管和成品索形成共同受力的结构，在成品索万一发生断裂时钢套管的抗拉强度可以保证吊杆不断，防止系杆拱桥出现突然垮塌的事故，同时有利于成品索的耐久和更换。
30.本实用新型提供如图2~10所示的一种系杆拱桥的组合式吊杆结构，包括拱肋1、系杆2、钢套管3和柔性索结构，所述拱肋1为混凝土或钢管混凝土结构，所述系杆2为预应力混凝土结构，所述钢套管3的上下端分别预埋在拱肋1和系杆2内部，并在钢套管的预埋段设置抗剪连接件，所述柔性索结构包括成品索4、上索导管5、下索导管6、上锚具10、下锚具11和螺旋筋12，所述上索导管5和下索导管6分别设置在钢套管3的上下两端并与钢套管3中心对齐，所述成品索4依次从上索导管5、钢套管3和下索导管6的内部中心穿过，且上下两端分别设置上锚具10和下锚具11，所述上锚具10的下方和下锚具11的上方均设置螺旋筋12，所述成品索4与钢套管3之间填充有发泡剂7。所述发泡剂7在成品索4张拉完毕后压注，具有阻水和防止成品索4在活载作用下产生振动的作用。
31.进一步的，所述钢套管3的抗拉承载力大于整根吊杆承担的荷载，并有适当的安全富余，以在成品索4万一发生断裂时钢套管3的抗拉强度可以保证吊杆不断，防止系杆拱桥出现突然垮塌的事故。
32.进一步的，所述钢套管3预埋段的抗剪连接件可采用开孔板连接件8或焊钉连接件9，所述抗剪连接件的抗剪承载力之和不小于钢套管的抗拉承载力，避免钢套管先发生预埋段的锚固破坏。
33.进一步的，所述钢套管3在施工过程中可先断开成两段并留有适当的间隙，在断开位置的内部设置钢衬管13，钢衬管与钢套管的其中一段焊接固定，在成品索4张拉一定索力后两段钢套管再焊接成整体参与受力，成桥时所述钢套管3处于受压状态，其压力应大于活载作用使钢套管产生的拉力，以使钢套管的焊缝一直保持压应力，不需要考虑疲劳问题。
34.进一步的，所述上索导管5和下索导管6与钢套管3之间采用焊接等方式进行密封，防止混凝土浇筑时产生漏浆；当上索导管5和下索导管6与钢套管3的直径接近时，可以将其合并，用钢套管3兼作索导管。
35.进一步的，所述成品索4达到使用年限进行更换时，可直接将成品索4拆除，由钢套管3承担吊杆的拉力，更换新的成品索后张拉至成桥索力即可。
36.本实用新型实施例一如图2~5所示，钢套管上下端预埋段的抗剪连接件采用开孔板连接件，开孔板连接件共两块，对称布置在钢套管顺桥向的两侧。本实用新型实施例二如图3和图6~8所示，钢套管上下端预埋段的抗剪连接件采用焊钉连接件，焊钉连接件共4排，均匀布置在钢套管的圆周上。
37.以某下承式系杆拱桥为例说明本实用新型的具体实施方式，该桥计算跨径43m，桥面全宽13.1m，共设2片拱架，矢跨比1/5，吊杆间距4.3m；拱肋为高100cm、宽80cm的钢筋混凝土构件，系杆为高130cm、宽80cm的预应力混凝土构件，拱肋和系杆均采用c50混凝土。原设计采用刚性吊杆，钢套管采用外径194mm、壁厚12mm的q235无缝钢管，钢套管内穿5根钢绞线组成的预应力束，预应力束分2次张拉，第1次张拉力为250kn，此时钢套管仅与上部拱肋表
面的预埋钢板焊接，第2次张拉力为780kn，此时钢套管与下部系杆表面的预埋钢板也完成焊接。
38.将该桥的刚性吊杆替换为本实用新型的组合式吊杆，钢套管的规格不变，截面面积为6861m2，抗拉强度设计值为190mpa，其抗拉承载力为1304kn；钢套管内的成品索采用与原设计同规格的5根一束的整束挤压成品索，其破断力为1300kn；根据刚性吊杆的设计原理，其在恒载和活载作用下一直受压，所以整根吊杆承担的荷载小于预应力束最终的张拉力780kn；可见，该桥钢套管的抗拉承载力与成品索的破断力大小相当，远大于吊杆承担的荷载，这样在成品索万一发生断裂时钢套管的抗拉强度可以保证吊杆不断。
39.该桥钢套管在施工过程中可先断开，在成品索第2次张拉时再焊接成整体参与受力，第2次张拉时成品索的索力增量为530kn，根据计算结果，该桥最长钢套管受压失稳的临界荷载为830kn，因此，施工过程中钢套管不会发生失稳。另外根据计算结果，在使用阶段钢套管一直处于受压状态，钢套管的焊缝不需要考虑疲劳问题。
40.钢套管的预埋段按照本实用新型实施例一进行设计时，每块开孔板连接件共设置4个圆孔，开孔钢板的厚度取16mm，相邻圆孔的中心距取120mm，拱肋和系杆的截面尺寸满足钢套管预埋长度的要求。开孔板连接件的圆孔直径取50mm，圆孔内贯通钢筋取直径16mm的hrb400钢筋，计算得到单孔抗剪承载力为172kn，其抗剪承载力之和为1376kn，大于钢套管的抗拉承载力，钢套管不会先发生预埋段的锚固破坏。
41.钢套管的预埋段按照本实用新型实施例二进行设计时，钢套管预埋段设置4排6层共24个焊钉，焊钉的竖向间距取100mm，拱肋和系杆的截面尺寸满足钢套管预埋长度的要求。焊钉连接件取直径16mm的ml15圆柱头焊钉，计算得到的单个焊钉的抗剪承载力为56kn，其抗剪承载力之和为1344kn，大于钢套管的抗拉承载力，钢套管不会先发生预埋段的锚固破坏。
42.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作任何其他形式的限制，而依据本实用新型的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本实用新型所要求保护的范围。