一种用于防止矩形钢管混凝土拱肋鼓曲变形的组合构件的制作方法

1.本实用新型属于桥梁建筑技术领域，具体涉及一种用于防止矩形钢管混凝土拱肋鼓曲变形的组合构件。


背景技术：

2.在钢管混凝土拱桥的设计中，住建部和交通部的规范提供了如下的截面形式：单管、哑铃型和桁式，单管或弦管均为圆形钢管。单从钢管的套箍效应和抵抗截面变形考虑，采用圆形截面均最为有效。但随着跨度增大至80m～120m时，单管拱肋的截面尺寸太大，已不适用；为了提高抗弯能力，采用哑铃型截面，但是哑铃型截面的面外侧倾抗力较小，需要配置强大的风撑，对桥梁美观有一定影响，同时也增加了用钢量。为简化风撑设计，同时能满足拱肋截面的受力要求，在100m左右的下承式拱桥设计中经常采用矩形拱肋截面，这种截面可以是带圆角的矩形截面或圆端型截面。
3.在拱肋管内混凝土施工时，一般采用泵送顶升法，由拱脚至拱顶泵送顶升。在泵送压力的作用下，矩形拱肋的管壁易发生横向弯曲变形、向外鼓曲，在施工完成后需要对鼓曲钢板割除，凿平拱肋混凝土后再补焊钢板封闭；严重的情况下泵送压力会导致爆管、泵送施工中断，引起质量事故。
4.在压力灌注钢管内混凝土的过程中，钢管侧壁受较大的压力作用。为了避免矩形拱肋的管壁发生横向弯曲变形、向外鼓曲，或矩形拱肋在压力的作用下向圆形截面变形，就需要在管内设置加劲。在径向压力下，未设置加劲的矩形截面在短边方向先发生鼓曲，随着压力进一步加大，矩形角腋有被拉直的趋势。于是，为限制上述变形，需设置短边方向的对拉加劲和限制角腋变形的加劲。
5.已有的技术中，为限制沿高度方向腹板的鼓曲变形，采用型钢、交叉钢筋或对拉拉杆等构造措施；具体有如下三种类型：
6.型式1：在拱肋内焊接三组闭合箍筋（箍筋1～箍筋3）对拱肋进行加劲。其中，两组矩形闭合箍筋（箍筋1、箍筋2）分别用于对拉矩形的长边、短边，防止管壁在泵送压力作用下向外鼓曲或变形；菱形闭合箍筋3，用于对矩形截面的角腋加劲，防止在压力作用下角腋被拉直。为加强箍筋与拱肋管壁的焊接强度，采用连接角钢进行连接。参见图1所示。
7.型式2：在拱肋内焊接环形角钢对拱肋进行加劲。利用环形角钢刚度对矩形拱肋的角腋进行加劲。参见图2所示。
8.型式3：在拱肋内焊接横向环形加劲肋并设置对拉螺杆。其中，横向环形加劲肋用于对拱肋截面加劲，防止截面在泵送压力作用下向圆形截面变形，并延拱轴纵向用角钢连接相邻横向加劲；对拉螺杆用于防止拱肋腹板在压力作用下向外鼓曲。参见图3所示。
9.型式1，采用闭合型箍筋进行加劲，贴合钢管侧壁的钢筋肢为多余，增加了管内泵送混凝土的阻力；箍筋与管壁的焊接点强度较弱，在侧压力作用下，焊接点被拉起、箍筋变形，抵抗拱肋腹板向外鼓曲变形的刚度较小，泵送时容易造成钢管鼓曲变形。
10.型式2，环形角钢加劲自身的受拉刚度较大，为减小泵送阻力采用菱形截面减小了
对拱肋中心通道的阻碍，但也造成了限制拱肋横向变形的作用不如对拉连接大，刚度往往不足，容易造成拱肋腹板受侧压力后鼓曲。
11.型式3，采用环形加劲肋对横截面加劲，用对拉螺杆拉住拱肋截面腹板，作用直接，能有效限制拱肋在侧压力作用下发生鼓曲变形。但是，螺杆两侧利用螺母压在拱肋截面腹板外侧，螺杆伸出拱肋截面以外，在桥梁建成后，为保证拉杆对侧压力的限制作用，不能割除突出拱肋侧面的螺杆及螺母，导致拱肋侧面有一组组突出的螺母锚头，影响了桥梁美观。
12.针对现有的防止拱肋鼓曲变形构造的上述缺点，本发明旨在设计一种适用于矩形拱肋截面的构造，其对拱肋截面的面积阻塞较小，且能满足拱肋在泵送压力作用下的强度和刚度要求，不发生壁板鼓曲和截面变形，以提高工程建造质量。


技术实现要素：

13.本发明的目的在于提供一种能够防止矩形钢管混凝土拱肋鼓曲变形的组合构件。
14.本发明提供的防止矩形钢管混凝土拱肋鼓曲变形的组合构件，包括环形加劲肋及若干横向受拉钢筋；环形加劲肋设置于矩形钢管内壁与矩形内腔的中间；并且，在环形加劲板上开有过浆孔；在环形加劲板的两侧及靠截面下侧的过浆孔为圆形，靠截面上侧的过浆孔采用圆形过浆孔和半卵形过浆孔相间布置的形式，所述半卵形过浆孔是指由圆形过浆孔向外延伸至钢管内壁且开口的过浆孔。
15.环形加劲肋，一方面起到辅助限制拱肋截面壁板侧向鼓曲变形，限制矩形角腋被拉直的作用；另一方面，可起到连接横向受拉钢筋和拱肋腹板的功能。为减小加劲板对压注混凝土的阻力、降低泵送压强，在加劲板上开过浆孔以利于混凝土通过。
16.横向受拉钢筋，用于限制壁板向侧向鼓曲变形。受拉钢筋可以布置于环形加劲肋的一侧或两侧，沿截面高度方向间隔布置于过浆孔之间。
17.横向受拉钢筋采用圆钢，其直径及布置的具体数量根据钢筋在泵送压力下的应力状态确定。在拱肋制作时，横向受拉钢筋与加劲板焊接，采用双面焊接以减小焊缝长度。
18.在拱肋管内混凝土的泵送过程中，由于混凝土自重及阻力的作用，泵送混凝土对拱肋管壁作用有侧压力，由于矩形截面高度方向作用面积大，且侧壁面外刚度小，侧壁有向管外鼓曲变形的趋势，管内布置的横向钢筋起到对拉截面两侧管壁、抵抗泵送混凝土侧压力的作用。在混凝土侧压力的作用下，矩形截面的角腋有被拉直、矩形截面向圆形截面变形的趋势，在截面内布置环形加劲肋，起到提高角腋及壁板的面外刚度，防止矩形截面在侧压力作用下向圆形截面变形。
19.环形加劲肋的圆形过浆孔，其直径大于混凝土最大粒径的2倍，便于混凝土浆水的顺利注入。
20.矩形拱肋经上述环形加劲肋、横向受拉钢筋加强后，在泵送管内混凝土时，不会出现截面鼓曲现象。
21.本实用新型中所述的矩形钢管，其四角均为圆弧形过渡。
22.本发明带来有益效果的关键技术点：
23.（1）利用受拉钢筋限制拱肋壁板的侧向鼓曲变形；
24.（2）沿拱肋中心线在截面内布置环形加劲肋，限制拱肋截面壁板侧向鼓曲变形及矩形角腋被拉直；
25.（3）受拉钢筋为圆钢，采用双面角焊缝焊接于环形加劲板的单侧或双侧，环形加劲板垂直焊接于拱肋壁板，实现受拉钢筋对拱肋壁板的拉结；
26.（4）环形加劲肋上开过浆孔以利于混凝土通过，加劲板的两侧及靠截面下侧的过浆孔为圆形，靠截面上侧的过浆孔采用圆形和半卵形组合设计。
27.本组合构件能够有效防止矩形钢管混凝土拱肋鼓曲变形，确保施工安全和工程质量。
附图说明
28.图1为现有防止矩形拱肋的管壁发生横向弯曲变形的方案图示（型式一）。
29.图2为现有防止矩形拱肋的管壁发生横向弯曲变形的方案图示（型式二）。
30.图3为现有防止矩形拱肋的管壁发生横向弯曲变形的方案图示（型式三）。
31.图4为本实用新型的防止矩形拱肋的管壁发生横向弯曲变形的方案。
32.图中标号：1为矩形钢管，2为矩形拱肋的内腔，3为环形加劲肋，4为横向拉力钢筋，5为圆形过浆孔，6为半卵形过浆孔；d1 为矩形钢管横截面宽度，d2为矩形钢管横截面高度，d3为矩形钢管内壁与矩形内腔之间距离，d4为圆形过浆孔直径。
具体实施方式
33.下面结合附图和具体例子，进一步介绍本实用新型。
34.参见图4所述，本实用新型设计的防止矩形钢管混凝土拱肋鼓曲变形的组合构件，包括环形加劲肋3及若干横向受拉钢筋4；环形加劲肋3设置于矩形钢管1内壁与矩形内腔2的中间；并且，在环形加劲板上开有过浆孔；在环形加劲板的两侧及靠截面下侧的过浆孔为圆形过浆孔5，靠截面上侧的过浆孔采用圆形过浆孔5和半卵形过浆孔6相间布置的形式，所述半卵形过浆孔是指由圆形过浆孔向外延伸至钢管内壁且开口的过浆孔。
35.本实施例中，矩形钢管横截面宽度（即拱肋宽度）d1 为1200mm，矩形钢管横截面高度d2为1700mm，矩形钢管内壁与矩形内腔之间距离d3为 180mm，圆形过浆孔直径d4为60mm。横向受拉钢筋直径20mm，与环形加劲板采用双面角焊缝焊接，焊缝长度5倍钢筋直径，钢筋起弧和收弧点离开板边30mm。
36.本技术方案，采用受拉钢筋对截面壁板进行拉结，因钢筋截面较小不会过多地增加泵送管内混凝土的阻力，减小了泵送混凝土产生的侧压力；钢筋与加劲板焊接的焊缝顺着拉力作用的方向，焊缝全长受力均匀，不易出现应力集中；环形加劲板与拱肋四壁焊接后作为钢筋与壁板间的传力连接板，传力较为可靠；环形加劲板，不仅起到钢筋与壁板间的传力连接作用，还可对壁板进行加劲，增大了壁板的面外刚度，限制了截面的横向鼓曲变形和角腋受力后的变形。拱肋施工完成后，截面外表面无突出的拉杆锚头，外表整洁、美观。