全装配斜撑式脊骨梁桥构造及单节段施工方法

1.本发明涉及一种桥梁结构，尤其涉及一种全装配斜撑式脊骨梁桥构造及单节段施工方法。


背景技术：

2.现有技术中，斜撑式脊骨梁桥的斜撑杆通常采用固定式安装方式，即斜撑杆的一端固定在箱梁腹板上，斜撑杆的另一端固定在悬挑翼缘板的下侧面上，存在的问题有：1）现有的斜撑式脊骨梁桥，其斜撑通常采用钢筋混凝土结构，受施工技术限制，无法将混凝土箱梁、悬挑翼缘板和斜撑结构三者都分体制作并进行装配施工，一般做法是，将混凝土箱梁和斜撑结构分体制作并装配施工，然后再在斜撑结构上搭建模板浇筑出悬挑翼缘板，由于悬挑翼缘板为现浇结构，导致桥梁施工周期较长，成本较高。
3.2）基于现有理论可知，脊骨箱梁在偏载作用下会产生翘曲和畸变变形，如图1、图2所示，由于斜撑杆两端固接，在偏载f作用下，斜撑杆除了受轴向压力f作用外，截面内斜撑杆两端节点处会受剪力f1和弯矩f3作用，同时，截面外斜撑杆两端节点处会受剪力f2和弯矩f4作用（“截面内”即脊骨箱梁横断面内，“截面外”即纵桥向）；剪力作用容易导致斜撑杆在节点处发生剪切破坏，同时，由于偏载作用位置在纵桥向的不断变化，剪力和弯矩的方向也在不断变化，存在发生疲劳破坏的隐患，而且斜撑杆端部无论是横桥向还是纵桥向拉压都不一致，斜撑杆无法充分发挥其强度。


技术实现要素：

4.针对背景技术中的问题，本发明提出了一种全装配斜撑式脊骨梁桥构造，其创新在于：所述全装配斜撑式脊骨梁桥构造包括混凝土箱梁、悬挑翼缘板和斜撑杆；所述混凝土箱梁顶板上侧面的外端设置有顶板牛腿，混凝土箱梁腹板外壁的下部设置有腹板牛腿；所述悬挑翼缘板的内端设置在所述顶板牛腿上，悬挑翼缘板和混凝土箱梁在顶板牛腿处现浇连接，悬挑翼缘板下侧面的中部设置有翼缘板牛腿；所述腹板牛腿的端面与翼缘板牛腿的端面位置相对、互相平行；腹板牛腿上设置有第一斜撑连接座，翼缘板牛腿上设置有第二斜撑连接座；所述斜撑杆的一端与第一斜撑连接座铰接，斜撑杆的另一端与第二斜撑连接座铰接；斜撑杆和第一斜撑连接座铰接处的转轴记为转轴一，斜撑杆和第二斜撑连接座铰接处的转轴记为转轴二；转轴一与混凝土箱梁的轴向平行；转轴二和转轴一成空间垂直，且转轴二与翼缘板牛腿的端面平行。
5.本发明的技术意义是：改变了斜撑杆端部的连接方式，即由现有的固结式连接改变成了铰接式连接，如图2所示，采用本发明方案后，脊骨箱梁在偏载f作用下发生翘曲和畸变变形时，由于转轴一与混凝土箱梁的轴向平行，斜撑杆可以在转轴一处小幅摆动，斜撑杆两端节点处就不会如现有技术那样出现剪力，同时，由于斜撑杆可以在转轴二处小幅摆动，
斜撑杆两端节点处就不会如现有技术那样出现弯矩，同时，由于转轴二和转轴一成空间垂直，使得斜撑杆只受轴向压力f作用，斜撑杆的支撑强度能够被充分发挥。
6.优选地，所述斜撑连接座由底板和两组连接件组成；底板外端面中部设置有通槽，底板上通槽左侧的区域形成第一安装部，底板上通槽右侧的区域形成第二安装部；底板内端面上设置有多根连接钢筋，连接钢筋埋入相应牛腿中；第一安装部外端面的中部设置有两条安装槽，两条安装槽平行设置，两条安装槽之间留有间距；安装槽的截面为圆弧形，安装槽的轴向与通槽的轴向平行，安装槽两端封闭；第二安装部的结构与第一安装部的结构相同；单组连接件由两块连接板组成，连接板下端的轮廓与安装槽匹配；两组连接件共计有4块连接板，第一安装部和第二安装部共计有4条安装槽，4块连接板的内端一一对应地卡在4条安装槽中；无约束时，连接板能在一定范围内摆动；连接板上部设置有销孔；斜撑杆端部设置有两块端部翼缘板，端部翼缘板上设置有与销孔匹配的通孔；端部翼缘板插在相应连接件的两块连接板之间，两块端部翼缘板分别对应两组连接件；互相匹配的销孔和通孔内设置销轴，使相应端部翼缘板和连接板铰接。
7.该优选方案的主要目的是为了便于装配悬挑翼缘板和斜撑杆：施工时，先将斜撑杆吊至与第一斜撑连接座对应的位置，然后使斜撑杆和第一斜撑连接座铰接，然后使斜撑杆中部与拉索一的外端连接，拉索一的内端穿过腹板后与第一临时固定装置连接（斜撑杆内端铰接后，可通过拉动拉索一调整斜撑杆外端的位置），然后将悬挑翼缘板吊至顶板牛腿处，然后将悬挑翼缘板的外端与拉索二的外端连接，拉索二的内端与第二临时固定装置连接（第二临时固定装置设置在混凝土箱梁顶板中部，通过拉动拉索二就能使悬挑翼缘板向内侧平移），然后，使第二斜撑连接座上连接件对应的两块连接板张开，控制拉索一和拉索二协同动作，一方面使斜撑杆外端逐渐上升，一方面使悬挑翼缘板逐渐向内侧平移，当端部翼缘板进入相应两块连接板之间的区域，然后再将相应两块连接板立起（即使连接板与底板垂直；具体过程可参见图7），然后再使斜撑杆和第二斜撑连接座铰接，最后，在顶板牛腿处对悬挑翼缘板和混凝土箱梁浇筑固定，浇筑部位固化后，撤去拉索和相应的临时固定装置，如此就能方便地使斜撑杆和第二斜撑连接座连接起来；另外，第一斜撑连接座和第二斜撑连接座都采用这种结构后，由于连接板具有摆动可能性，结构安装好后，连接板能够作微小摆动，使结构能在一定程度上释放自由度。
8.基于前述方案，本发明还提出了一种全装配斜撑式脊骨梁桥构造的单节段施工方法，所述全装配斜撑式脊骨梁桥构造和所述斜撑连接座的结构均如前所述；具体的单节段施工方法包括：混凝土箱梁的腹板上预制有与拉索一匹配的孔洞；混凝土箱梁内部空间中设置有第一临时固定装置；混凝土箱梁顶板的中部设置有第二临时固定装置；第一斜撑连接座预制在腹板牛腿上；第二斜撑连接座预制在翼缘板牛腿上；悬挑翼缘板外端的上侧面上预制有连接预埋件；1）将混凝土箱梁安装到位；2）将斜撑杆吊运至与第一斜撑连接座匹配的位置，然后将斜撑杆下端与第一斜撑连接座铰接；将斜撑杆的中部与拉索一的外端连接，拉索一的内端穿过所述孔洞后与所述第一临时固定装置连接；此时，斜撑杆外端的高度低于设计高度；3）将悬挑翼缘板吊运至顶板牛腿处，悬挑翼缘板内端的下侧面放置在顶板牛腿
上；将拉索二的外端与所述连接预埋件连接，拉索二的内端与第二临时固定装置连接；此时，悬挑翼缘板的位置位于设计位置的外侧；4）单组连接件所辖的两块连接板之间的空间记为插口，将单组连接件所辖的两块连接板张开成八字形；通过拉索一牵引斜撑杆，使斜撑杆上端逐渐上升，同步地，通过拉索二牵引悬挑翼缘板，使悬挑翼缘板向内侧移动，通过拉索一和拉索二的协同动作，使斜撑杆上端的两块端部翼缘板与相应插口一一对正，然后使连接板复位，然后将斜撑杆上端与第二斜撑连接座铰接；5）在顶板牛腿处对悬挑翼缘板和混凝土箱梁进行浇筑，待浇筑区域固化后，撤去拉索和临时固定装置，单节段施工完成。
9.具体实施时，可在底板上设置横向通孔，连接板下端设置有与横向通孔匹配的孔洞，在横向通孔内插入销杆（如图4中标记44所示部件），可使连接板的位置临时固定。
10.前述单节段施工方法的技术意义是：斜撑杆两端分别与混凝土箱梁和悬挑翼缘板铰接，使得三者可以分别单独预制，装配施工，不必现浇悬挑翼缘板，可以大大提高施工速度，缩减施工周期，降低成本，并且斜撑连接座独特的结构设计，可以有效解决结构干涉问题，提高施工方便性。
11.本发明的有益技术效果是：提出了一种全装配斜撑式脊骨梁桥构造及单节段施工方法，该方案可优化斜撑杆的受力状态，使斜撑杆的支撑强度得到充分发挥。
附图说明
12.图1、斜撑杆两端采用固定式安装方式时的截面内受力情况示意图；图2、斜撑杆两端采用固定式安装方式时的截面外受力情况示意图（俯视方向）；图3、采用本发明方案后截面内斜撑杆受力情况示意图；图4、采用本发明方案后截面外斜撑杆受力情况示意图图5、本发明的结构示意图；图6、斜撑连接座剖面图；图7、斜撑连接座侧视图；图8、本发明的施工状态示意图；图9、第二斜撑连接座和端部翼缘板装配过程示意图；图中各个标记所对应的名称分别为：混凝土箱梁1、顶板牛腿11、腹板牛腿12、悬挑翼缘板2、翼缘板牛腿21、斜撑杆3、底板4、安装槽41、连接板42、销孔43、销杆44、拉索一a、拉索二b、连接预埋件c。
具体实施方式
13.一种全装配斜撑式脊骨梁桥构造，其创新在于：所述斜撑式脊骨梁桥包括混凝土箱梁1、悬挑翼缘板2和斜撑杆3；所述混凝土箱梁1顶板上侧面的外端设置有顶板牛腿11，混凝土箱梁1腹板外壁的下部设置有腹板牛腿12；所述悬挑翼缘板2的内端设置在所述顶板牛腿11上，悬挑翼缘板2和混凝土箱梁1在顶板牛腿11处现浇连接，悬挑翼缘板2下侧面的中部设置有翼缘板牛腿21；
所述腹板牛腿12的端面与翼缘板牛腿21的端面位置相对、互相平行；腹板牛腿12上设置有第一斜撑连接座，翼缘板牛腿21上设置有第二斜撑连接座；所述斜撑杆3的一端与第一斜撑连接座铰接，斜撑杆3的另一端与第二斜撑连接座铰接；斜撑杆3和第一斜撑连接座铰接处的转轴记为转轴一，斜撑杆3和第二斜撑连接座铰接处的转轴记为转轴二；转轴一与混凝土箱梁1的轴向平行；转轴二和转轴一成空间垂直，且转轴二与翼缘板牛腿21的端面平行。
14.进一步地，所述斜撑连接座由底板4和两组连接件组成；底板4外端面中部设置有通槽，底板4上通槽左侧的区域形成第一安装部，底板4上通槽右侧的区域形成第二安装部；底板4内端面上设置有多根连接钢筋，连接钢筋埋入相应牛腿中；第一安装部外端面的中部设置有两条安装槽41，两条安装槽41平行设置，两条安装槽41之间留有间距；安装槽41的截面为圆弧形，安装槽41的轴向与通槽的轴向平行，安装槽41两端封闭；第二安装部的结构与第一安装部的结构相同；单组连接件由两块连接板42组成，连接板42下端的轮廓与安装槽41匹配；两组连接件共计有4块连接板42，第一安装部和第二安装部共计有4条安装槽41，4块连接板42的内端一一对应地卡在4条安装槽41中；无约束时，连接板42能在一定范围内摆动；连接板42上部设置有销孔43；斜撑杆3端部设置有两块端部翼缘板，端部翼缘板上设置有与销孔43匹配的通孔；端部翼缘板插在相应连接件的两块连接板42之间，两块端部翼缘板分别对应两组连接件；互相匹配的销孔43和通孔内设置销轴，使相应端部翼缘板和连接板42铰接。
15.一种全装配斜撑式脊骨梁桥构造的单节段施工方法，所述全装配斜撑式脊骨梁桥构造包括混凝土箱梁1、悬挑翼缘板2和斜撑杆3；所述混凝土箱梁1顶板上侧面的外端设置有顶板牛腿11，混凝土箱梁1腹板外壁的下部设置有腹板牛腿12；所述悬挑翼缘板2的内端设置在所述顶板牛腿11上，悬挑翼缘板2和混凝土箱梁1在顶板牛腿11处现浇连接，悬挑翼缘板2下侧面的中部设置有翼缘板牛腿21；所述腹板牛腿12的端面与翼缘板牛腿21的端面位置相对、互相平行；腹板牛腿12上设置有第一斜撑连接座，翼缘板牛腿21上设置有第二斜撑连接座；所述斜撑杆3的一端与第一斜撑连接座铰接，斜撑杆3的另一端与第二斜撑连接座铰接；斜撑杆3和第一斜撑连接座铰接处的转轴记为转轴一，斜撑杆3和第二斜撑连接座铰接处的转轴记为转轴二；转轴一与混凝土箱梁1的轴向平行；转轴二和转轴一成空间垂直，且转轴二与翼缘板牛腿21的端面平行；所述斜撑连接座由底板4和两组连接件组成；底板4外端面中部设置有通槽，底板4上通槽左侧的区域形成第一安装部，底板4上通槽右侧的区域形成第二安装部；底板4内端面上设置有多根连接钢筋，连接钢筋埋入相应牛腿中；第一安装部外端面的中部设置有两条安装槽41，两条安装槽41平行设置，两条安装槽41之间留有间距；安装槽41的截面为圆弧形，安装槽41的轴向与通槽的轴向平行，安装槽41两端封闭；第二安装部的结构与第一安装部的结构相同；
单组连接件由两块连接板42组成，连接板42下端的轮廓与安装槽41匹配；两组连接件共计有4块连接板42，第一安装部和第二安装部共计有4条安装槽41，4块连接板42的内端一一对应地卡在4条安装槽41中；无约束时，连接板42能在一定范围内摆动；连接板42上部设置有销孔43；斜撑杆3端部设置有两块端部翼缘板，端部翼缘板上设置有与销孔43匹配的通孔；端部翼缘板插在相应连接件的两块连接板42之间，两块端部翼缘板分别对应两组连接件；互相匹配的销孔43和通孔内设置销轴，使相应端部翼缘板和连接板42铰接；其创新在于：所述单节段施工方法包括：混凝土箱梁1的腹板上预制有与拉索一匹配的孔洞；混凝土箱梁1内部空间中设置有第一临时固定装置；混凝土箱梁1顶板的中部设置有第二临时固定装置；第一斜撑连接座预制在腹板牛腿12上；第二斜撑连接座预制在翼缘板牛腿21上；悬挑翼缘板2外端的上侧面上预制有连接预埋件；1）将混凝土箱梁1安装到位；2）将斜撑杆3吊运至与第一斜撑连接座匹配的位置，然后将斜撑杆3下端与第一斜撑连接座铰接；将斜撑杆3的中部与拉索一的外端连接，拉索一的内端穿过所述孔洞后与所述第一临时固定装置连接；此时，斜撑杆3外端的高度低于设计高度；3）将悬挑翼缘板2吊运至顶板牛腿11处，悬挑翼缘板2内端的下侧面放置在顶板牛腿11上；将拉索二的外端与所述连接预埋件连接，拉索二的内端与第二临时固定装置连接；此时，悬挑翼缘板2的位置位于设计位置的外侧；4）单组连接件所辖的两块连接板42之间的空间记为插口，将单组连接件所辖的两块连接板42张开成八字形；通过拉索一牵引斜撑杆3，使斜撑杆3上端逐渐上升，同步地，通过拉索二牵引悬挑翼缘板2，使悬挑翼缘板2向内侧移动，通过拉索一和拉索二的协同动作，使斜撑杆3上端的两块端部翼缘板与相应插口一一对正，然后使连接板42复位，然后将斜撑杆3上端与第二斜撑连接座铰接；5）在顶板牛腿11处对悬挑翼缘板2和混凝土箱梁1进行浇筑，待浇筑区域固化后，撤去拉索和临时固定装置，单节段施工完成。