一种承插装配式拱肋、拱桥、制作及施工方法与流程

1.本发明涉及桥梁技术领域，具体涉及一种承插装配式拱肋、拱桥、制作及施工方法。


背景技术：

2.钢管混凝土拱桥属于钢—混凝土组合结构中的一种。钢管混凝土拱桥是将钢管内填充混凝土，由于钢管的径向约束而限制受压混凝土的膨胀，使混凝土处于三向受压状态，从而显著提高混凝土的抗压强度。同时钢管兼有纵向主筋和横向套箍的作用，同时可作为施工模板，方便混凝土浇筑，施工过程中，钢管可作为劲性承重骨架，其焊接工作简单，吊装重量轻，从而能简化施工工艺，缩短施工工期。
3.传统的钢管混凝土拱桥施工工艺是在拱肋完成后，将混凝土从主拱下端泵入钢管中，拱肋环向封闭且不可视，难以检查混凝土是否填满钢管，现场施工复杂；部分检测设备能够探测拱肋钢管内部是否填满钢管，但其检测过程中，混凝土不断凝固，钢管内部混凝土流动性降低、硬度增加，即使能够发现未填充区域，也难以对未填充区域进行补充，而采用振荡的方式会损伤钢管结构，影响钢管的承载能力；而采用对未填充区域钻孔再注浆后修补的方式，会影响拱肋钢管结构的承载能力，且多点钻孔后会导致拱肋钢管强度降低，难以满足拱桥的应力需求。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种承插装配式拱肋、拱桥、制作及施工方法，采用双层钢管混凝土单体在端部分别形成凸部和凹部，相邻单体之间通过凸部和凹部的配合插接进行连接，方便分单体在钢管内进行混凝土的填充，保证混凝土填充密实，减少未填充区域，保证钢管混凝土拱肋的强度。
5.本发明的第一目的是提供一种承插装配式拱肋，采用以下技术方案：
6.包括至少一个第一单体，第一单体包括内管和套设在内管外的外管，内管一端探出外管的第一端形成凸部，另一端位于外管内，外管内填充混凝土，混凝土在外管第二端形成插接其他第一单体凸部的凹部。
7.进一步地，所述凹部沿外管径向的截面与内管径向截面相同，凹部配合凸部以限制内管绕其轴线的转动。
8.进一步地，所述内管环向与外管之间留有间隙，且间隙内设有保持内管和外管相对位置的连接件。
9.进一步地，所述内管内填充混凝土，外管与内管之间填充混凝土。
10.进一步地，所述内管至少一端设有锚固件，锚固件一端位于内管内，另一端延伸内管外。
11.进一步地，多个第一单体侧面通过腹杆连接形成拱肋节段，同一拱肋节段对应第一单体的端面平齐。
12.进一步地，还包括第二单体，第二单体的两端分别形成插接所述凸部的凹部。
13.本发明的第二目的是提供一种拱桥，包括如上所述的承插装配式拱肋。
14.本发明的第三目的是提供一种承插装配式拱肋的制作方法，包括以下步骤：
15.外管套设在内管外部并使内管一端露出外管第一端，内管另一端位于外管内；
16.模具通过外管第二端探入外管内并抵接内管端部，在外管与模具之间、外管与内管之间浇注混凝土；
17.内管和外管相对固定，待混凝土养护完成后，拆除模具形成凹部，得到第一单体。
18.本发明的第四目的是提供一种承插装配式拱肋的施工方法，包括以下步骤：
19.第一单体的凸部插接相邻第一单体的凹部，使内管连通并在内管内填充混凝土；
20.依次串联所有第一单体并填充混凝土，合龙后形成拱肋；
21.拱肋两端分别连接拱座。
22.进一步地，在填充混凝土时，在相邻第一单体的内管对接位置埋入锚固件。
23.与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：
24.(1)针对目前钢管混凝土结构拱肋内部存在混凝土未填充区域，导致拱肋强度不足的问题，采用双层钢管混凝土单体在端部分别形成凸部和凹部，相邻单体之间通过凸部和凹部的配合插接进行连接，方便分单体在钢管内进行混凝土的填充，保证混凝土填充密实，减少未填充区域，保证钢管混凝土拱肋的强度。
25.(2)采用单体插接结构进行依次装配，分段填充内部混凝土，保证内部混凝土完全充盈，使内部混凝土与内管、外管均能够紧密贴合，保持整个单体的强度，从而提高单体性能。
26.(3)凸部截面形状为非圆截面，凸部的截面形状与内管的截面形状相同，能够进行插接配合，使其连接共同受力；非圆截面能够限制凸部与凹部的相对转动，在多节段安装时能够防止相邻单体间发生转动或错动，保证其安装稳定性，便于进行固定安装。
27.(4)采用双层钢管混凝土单体，单体能够在工程内进行预制加工，现场拼接加快施工速度，并且节段为双层钢管，在内管和外管之间预先填充混凝土，使其在现场拼装时能够保持形态，减小成拱过程中的形变，在装配后内管再填充混凝土，形成实心钢管混凝土结构，强度和刚度均能够有效提升。
28.(5)内管一端形成凸部，配合外管填充混凝土后形成的凹部，凸部配合凹部时能够预埋锚固件，提高相邻单体之间的连接强度，同时，在内管内填充混凝土实现加固，可以增加锚固件与内管之间的连接强度，保证内部混凝土与内管之间的摩擦力和粘结力，提高其耐久性及抗倾覆、抗震能力。
附图说明
29.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
30.图1为本发明一个或多个实施例中第一单体的示意图；
31.图2为本发明一个或多个实施例中第一单体的径向截面示意图；
32.图3为本发明一个或多个实施例中第二单体的示意图；
33.图4为本发明一个或多个实施例中第一单体形成一种拱肋节段的示意图；
34.图5为本发明一个或多个实施例中第一单体形成一种拱肋节段的示意图
35.图6为本发明一个或多个实施例中第一单体形成一种拱肋节段的示意图
36.图7为本发明一个或多个实施例中第一单体形成一种拱肋节段的示意图。
37.图中，1.外管，2.内管，3.锚固件，4.连接件，5.凸部，6.凹部，7.腹杆。
具体实施方式
38.实施例1
39.本发明的一个典型实施例中，如图1-图7所示，给出一种承插装配式拱肋。
40.如图1所示的承插装配式拱肋，是由若干预制节段连接构成的，用于钢管混凝土拱桥。承插装配式拱肋主要包括第一单体和第二单体，多个第一单体依次串联插接形成拱肋的主体部分，端部配合第二单体，实现拱肋主体与拱座的对接。
41.如图1所示，承插装配式拱肋包括至少一个第一单体，第一单体为内管2和外管1套设结构，外管1套设在内管2的外部，并将内管2一端探出外管1的第一段外，内管2探出外管1的部分形成凸部5，内管2另一端位于外管1内，外管1内填充有混凝土，并在外管1第二段形成凹部6，凹部6能够与其他第一单体的凸部5插接配合，使得两个第一单体连接。
42.外管1和内管2均选用满足实际施工需求的金属管，比如钢管等，其尺寸规格、材质等依据拱肋需求进行合理配置。
43.外管1内部填充混凝土，并在第二端位置形成凹部6，混凝土可以填充外管1与内管2之间，也可以填充外管1、内管2区域并保留外管1第二端的凹部6。在本实施例中，内管2作为装配施工后填充混凝土的通道，第一单体在装配前混凝土填充于内管2和外管1之间，内管2内部预留通道，并且凹部6与内管2连通，方便后续凸部5与凹部6插接配合后，相邻第一单体的内管2相连通。
44.凹部6与凸部5能够相配合，二者形状适配，通过控制凹部6沿外管1径向截面与内管2径向截面相同，使凹部6和凸部5能够进行插接配合；内管2位于外管1内的一端端面朝向凹部6，在插接配合后，两个第一单体的内管2端面相抵接，使其抵接位置贴合接触。
45.在多个第一单体进行连续配合插接使用时，第一单体与相邻第一单体依次插接，为了保证插接配合的稳定性和插接后维持形态，凸部5和凹部6采用非圆截面，以图1、图2中所示结构为例，内管2采用矩形截面的方管，形成矩形截面的凸部5，相应的凹部6也配置为矩形截面，凹部6与凸部5配合后，能够限制其相互转动，从而保持相邻两个第二单体的相对位置和姿态。
46.在其他实施方式中，还可以选择其他的非圆截面管，比如椭圆形、三角形、六边形等截面形状的管件，形成非圆截面的凸部5，并且将凹部6设置为与凸部5相配合的非圆截面凹槽结构，在凸部5与凹部6配合后，达到抗扭转和偏移的效果。
47.另外，凸部5截面形状为非圆截面，凸部5的截面形状与内管2的截面形状相同，能够进行插接配合，使其连接共同受力；非圆截面能够限制凸部5与凹部6的相对转动，在多节段安装时能够防止相邻单体间发生转动或错动，保证其安装稳定性，便于进行固定安装。
48.内管2与外管1之间填充有混凝土，混凝土能够保持内管2与外管1的相对位置，为了方便内管2与外管1之间填充混凝土，以及辅助维持外管1与内管2的相对位置，内管2环向与外管1之间留有间隙，且间隙内设有保持内管2和外管1相对位置的连接件4。
49.连接件4可以采用钢筋、杆件、肋板等结构，能够保持内管2和外管1的相对位置，避免在填充混凝土时内管2和外管1发生位置偏移，也可以采用其他的连接件4结构。
50.对于连接件4数目的选择，可以根据需求进行配置，比如一个、两个或者更多个；为了减少连接件4对填充混凝土的阻挡，在能够维持内管2和外管1相对位置的基础上，尽量减少连接件4的布置数目。
51.在第一单体与相邻第一单体之间插接后，两个第一单体的内管2连通，并向连通后的内管2内填充混凝土，使填充的混凝土与内管2内壁之间形成连接。在此处的填充的混凝土，不同于预制第一单体时填充的混凝土，在第一单体装配时向内管2填充混凝土，即内管2内填充混凝土，外管1与内管2之间填充混凝土，二者独立进行。
52.在多个第一单体组合使用，通过插接进行连接，能够通过内管2内填充的混凝土形成连接，为了进一步提高相邻第一单体之间的连接强度，内管2至少一端设有锚固件3，锚固件3一端位于内管2内，另一端延伸内管2外，并配合其他第一单体内管2填充的混凝土，使得相邻第一单体之间稳定连接，提升其强度。
53.锚固件3可以采用锚固钢筋、锚杆、锚索等结构，连接相邻第一单体内管内部的混凝土，从而实现相邻第一单体的连接。
54.如图4-图7所示，多个第一单体侧面通过腹杆7连接形成拱肋节段，同一拱肋节段对应第一单体的端面平齐。如图4所示，通过两个第一单体之间连接腹杆7形成拱肋节段，如图5所示，也可以通过腹杆7依次连接三个拱肋形成三角形截面状的拱肋节段，如图6所示，也可以通过腹杆7依次连接四个拱肋形成矩形截面状的拱肋节段，利用多个拱肋节段进行依次连接，形成拱肋。
55.在其他实施方式中，如图7所示，还可以在外管1内部设置多个内管2，多个内管2间隔布置，形成多个凸部5，并与外管1形成的多个凹部6进行配合。
56.如图3所示，由于第一单体的端部分别为凹部6和凸部5，在其依次串连形成拱肋主体后，需要将其与拱座连接，而拱座结构上常预留凸出于表面的连接筋，因此，在本实施例中，还提供第二单体，第二单体与第一单体形状相似，均是由内管2和外管1并结合混凝土形成，但第二单体的两端均为凹部6。
57.第二单体的一端凹部6对接第一单体的凸部5，第二单体另一端的凹部6与拱座上的预留结构插接，第一单体和第二单体共同形成拱肋，并能够实现与拱座的连接。
58.采用单体插接结构进行依次装配，分段填充内部混凝土，保证内部混凝土完全充盈，使内部混凝土与内管2、外管1均能够紧密贴合，保持整个单体的强度，从而提高单体性能。
59.实施例2
60.本发明的另一个实施例中，如图1-图7所示，给出一种拱桥。
61.拱桥采用如实施例1中的承插装配式拱肋，承插装配式拱肋连接拱桥的拱座，；对于承插装配式拱肋的详细结构参见实施例1，由于该拱桥采用了上述实施例1提供的承插装配式拱肋，所以该拱桥由承插装配式拱肋带来的有益效果参考上述实施例1中的相应部分，在此不再赘述。
62.对于未提及的拱桥的其他结构，采用现有的结构即可。
63.实施例3
64.本发明的另一个实施例中，如图1-图7所示，给出一种承插装配式拱肋的制作方法。
65.承插装配式拱肋的制作方法用于制作如实施例1中的承插装配式拱肋，包括以下步骤：
66.外管1套设在内管2外部并使内管2一端露出外管1第一端，内管2另一端位于外管1内；
67.模具通过外管1第二端探入外管1内并抵接内管2端部，在外管1与模具之间、外管1与内管2之间浇注混凝土；
68.内管2和外管1相对固定，待混凝土养护完成后，拆除模具形成凹部6，得到第一单体。
69.具体的：
70.将内管2和外管1套设，形成双层管结构，并通过焊接连接件4固定其相对位置；
71.根据外管1和内管2以及所形成的单体尺寸，制作浇筑模板，便于对单体的凹部6进行成型；
72.将外管1和内管2固定，进行预制构件浇筑，浇筑完成后，脱模形成单体。
73.需要指出的是，在制作第一单体时，模板探入外管1的一端，在脱模后形成一端为凹部6、一端为凸部5的第一单体；在制作第二单体时，模板探入外管1的两端，在脱模后形成两端均为凹部6的第二单体。
74.内管2一端形成凸部5，配合外管1填充混凝土后形成的凹部6，凸部5配合凹部6时能够预埋锚固件3，提高相邻单体之间的连接强度，同时，在内管2内填充混凝土实现加固，可以增加锚固件3与内管2之间的连接强度，保证内部混凝土与内管2之间的摩擦力和粘结力，提高其耐久性及抗倾覆、抗震能力。
75.实施例4
76.本发明的再一典型实施例中，如图1-图7所示，给出一种插装配式拱肋的施工方法。
77.基于如实施例1中的承插装配式拱肋，进行施工，包括以下步骤：
78.拱座施工时，两侧拱座浇筑混凝土时插入一定数量锚固钢筋并伸出一定长度；
79.将一个第一单体的凹部6插入一侧的拱座，拱座上的锚固钢筋插入该第一单体的凹部6，内部进行灌浆加固连接；
80.将该第一单体的凸部5插接相邻第一单体的凹部6，使内管2连通并在内管2内填充混凝土；在填充混凝土时，在相邻第一单体的内管2对接位置埋入锚固件3；
81.依次串联所有第一单体并填充混凝土，形成拱肋主体，拱肋主体末端的凸部5插入第二单体一端的凹部6，第二单体另一端的凹部6插入另一侧的拱座，内部进行灌浆加固连接，合龙后形成拱肋。
82.采用双层钢管混凝土单体，单体能够在工程内进行预制加工，现场拼接加快施工速度，并且节段为双层钢管，在内管2和外管1之间预先填充混凝土，使其在现场拼装时能够保持形态，减小成拱过程中的形变，在装配后内管2再填充混凝土，形成实心钢管混凝土结构，强度和刚度均能够有效提升。
83.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技
术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。