本發(fā)明涉及鋼箱混凝土拱橋的主拱結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種pbl加勁型扁平鋼箱混凝土板拱及其施工方法。
背景技術(shù)：
拱橋按拱圈截面形式主要可分為板拱、肋拱、雙曲拱和箱形拱。板拱主要分為石板拱、混凝土板拱和鋼筋混凝土板拱。
石板拱充分利用石材抗壓強(qiáng)度高的特點(diǎn)，其承載力較高，在盛產(chǎn)石料的地區(qū)經(jīng)常用作中小跨徑拱橋。石板拱橋?qū)κ系馁|(zhì)量，包括整體性、均質(zhì)性、抗壓抗彎強(qiáng)度等，以及拱石的加工制造、砌筑工藝等要求較高，且石料在砌筑過程中需設(shè)置錯縫、五角石等構(gòu)造以滿足施工和受力需要。同時為了便于拱石加工和確保砌筑符合構(gòu)造要求，需要對拱石進(jìn)行編號。對于等截面圓弧拱，因截面相等，又是圓弧線，拱石規(guī)格較少，編號簡單；當(dāng)采用變截面懸鏈線拱時，由于截面發(fā)生變化，曲率半徑隨之變化，拱石類型多，編號復(fù)雜。
混凝土板拱可以采用整體現(xiàn)澆，也可以采用預(yù)制砌筑。整體現(xiàn)澆混凝土拱圈由于其整體性較高而被廣泛應(yīng)用，但其拱內(nèi)收縮應(yīng)力大，同時拱架、模板材料用量大，費(fèi)工多，工期較長。當(dāng)采用混凝土預(yù)制砌筑拱圈時，其施工以及構(gòu)造與石板拱類似。
鋼筋混凝土板拱可根據(jù)橋?qū)捫枰龀蓡螚l整體拱圈或多條平行板(肋)拱圈，具有構(gòu)造簡單、外表整齊、板厚隨需要而定、輕巧美觀等特點(diǎn)。鋼筋混凝土板拱與混凝土板拱類似，具有混凝土收縮應(yīng)力大，拱架、模板、鋼筋綁扎、混凝土澆筑工程量較大等缺點(diǎn)。
板拱橋一般采用矩形實(shí)體截面，在截面面積相同的條件下其截面抵抗距小，在有彎矩作用時材料的強(qiáng)度得不到充分的利用。如果要獲得與其他形式截面相同的截面抵抗距，板拱就必須增大截面面積，這就相應(yīng)地增加了材料用量和結(jié)構(gòu)自重，同時增加了基礎(chǔ)的工程量，故采用該種方法是不經(jīng)濟(jì)的。同時，此類板拱的經(jīng)濟(jì)性隨著拱橋跨徑的增大而降低。
綜上，現(xiàn)有的圬工和鋼筋混凝土板拱中普遍存在幾個問題：第一、石板拱具有一定的地域局限性，對石料質(zhì)量和加工制造要求高，且隨跨徑增加其自重急劇增大；第二、混凝土板拱具有拱內(nèi)收縮應(yīng)力大，同時拱架、模板材料用量大，費(fèi)工多，工期較長等缺點(diǎn)；第三、鋼筋混凝土板拱具有混凝土收縮應(yīng)力大，拱架、模板、鋼筋綁扎、混凝土澆筑工程量較大等缺點(diǎn)。
近些年鋼管混凝土結(jié)構(gòu)以其優(yōu)良的性能大量被用于拱橋的建造當(dāng)中。利用鋼管和混凝土在受力過程中的相互作用，即鋼管對核心混凝土的約束作用，使得混凝土的抗壓強(qiáng)度得以提高，塑性和韌性性能得到改善。同時，核心混凝土的存在又對鋼管有很好的支承作用，可以提高鋼管抵抗局部失穩(wěn)的能力，避免或延緩鋼壁板發(fā)生局部屈曲，從而保證其材料性能的充分發(fā)揮。另外，在鋼管混凝土拱圈的施工過程中，鋼管還可以作為澆筑其核心混凝土的模板，既節(jié)省模板費(fèi)用，又能加快施工進(jìn)度。但目前鋼管混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用于板拱橋建造中的實(shí)例非常少。
因此，如何將鋼管混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用于板拱橋建造中，是我們需要解決的技術(shù)問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種pbl(perfobondleiste，中文解釋：開孔板)加勁型扁平鋼箱混凝土板拱及其施工方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中圬工和鋼筋混凝土板拱施工程序繁瑣，拱內(nèi)收縮應(yīng)力大的問題。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)合理，施工方便，力學(xué)性能優(yōu)越，施工質(zhì)量易控制。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
本發(fā)明提供了一種pbl加勁型扁平鋼箱混凝土板拱，包括由至少一個拱節(jié)段拼裝組成的主拱，拱節(jié)段包括矩形的鋼箱，在鋼箱的頂板、底板以及邊腹板內(nèi)壁上沿拱軸線方向設(shè)有若干個pbl加勁肋，鋼箱內(nèi)填充有混凝土。
更進(jìn)一步地，本發(fā)明的特點(diǎn)還在于：
鋼箱內(nèi)設(shè)有若干個中腹板，中腹板上開有若干個第一通孔，中腹板的上、下端面分別與鋼箱的頂板和底板連接，鋼箱內(nèi)部通過中腹板分為若干個腔室，若干個腔室內(nèi)均填充有混凝土。
若干個第一通孔位于中腹板的中軸線上，若干個第一通孔的形狀以及大小相同；中腹板所承受的力越大時，相鄰兩個第一通孔之間的間距越小。
或者，鋼箱內(nèi)設(shè)有若干個中腹板，中腹板為實(shí)心板，中腹板上沿拱軸線方向設(shè)有若干個pbl加勁肋，中腹板的上、下端面分別與鋼箱的頂板和底板連接，鋼箱內(nèi)部通過中腹板分為若干個腔室，相鄰兩個腔室中的一個腔室內(nèi)填充混凝土，則另一個腔室為空腔。
位于主拱拱頂處的拱節(jié)段的各個腔室內(nèi)均設(shè)置有第一橫隔板，第一橫隔板為實(shí)心板，第一橫隔板分別與鋼箱的頂板、底板以及相鄰兩個中腹板連接，或者第一橫隔板分別與鋼箱的頂板、底板、邊腹板以及中腹板連接。
位于主拱其余位置處的拱節(jié)段的各個腔室內(nèi)均設(shè)置有若干個第二橫隔板，第二橫隔板的中部開有圓角四邊形孔，第二橫隔板分別與鋼箱的頂板、底板以及相鄰兩個中腹板連接，或者第二橫隔板分別與鋼箱的頂板、底板、邊腹板以及中腹板連接。
第一橫隔板和第二橫隔板的四個邊角均設(shè)有1/4圓弧的過焊圓弧孔。
pbl加勁肋垂直于與其連接的頂板、底板或邊腹板。
pbl加勁肋的中軸線上開設(shè)有若干個第二通孔，若干個第二通孔的形狀以及大小相同。
鋼箱呈扁平狀，鋼箱的長度大于高度。
中腹板、第一橫隔板、第二橫隔板以及pbl加勁肋均為鋼板。
混凝土為自密實(shí)微膨脹收縮補(bǔ)償混凝土。
主拱的線形為拋物線或懸鏈線，主拱與橋面之間通過立柱連接。
本發(fā)明還提供了一種pbl加勁型扁平鋼箱混凝土板拱的施工方法，包括以下步驟：
a、將主拱劃分為至少一個拱節(jié)段，根據(jù)劃分后的拱節(jié)段結(jié)構(gòu)和尺寸加工頂板、底板、邊腹板、中腹板、pbl加勁肋、第一橫隔板以及第二橫隔板，焊接成為拱節(jié)段，然后對拱節(jié)段進(jìn)行涂裝、編號存放；
b、將拱節(jié)段運(yùn)送至橋位處，將各個拱節(jié)段按照主拱的安裝線形進(jìn)行連接，完成主拱鋼結(jié)構(gòu)的施工；
c、采用泵送頂升工藝，從主拱的兩個拱腳對稱泵送自密實(shí)微膨脹收縮補(bǔ)償混凝土至拱頂；
d、自密實(shí)微膨脹收縮補(bǔ)償混凝土的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，對立柱進(jìn)行施工，最后對橋面結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：
本發(fā)明提供的一種pbl加勁型扁平鋼箱混凝土板拱，用鋼箱代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼筋網(wǎng)，不僅使結(jié)構(gòu)承載力提高，同時鋼箱可以兼作模板，使施工方便、快速。同時pbl加勁肋的增設(shè)提高了核心混凝土的抗壓強(qiáng)度，增強(qiáng)了鋼箱壁板的穩(wěn)定性；再者pbl加勁肋充當(dāng)了剪力件的作用，pbl加勁肋的開孔可以使混凝土與加勁肋充分接觸，使鋼箱與混凝土連成整體，提高了鋼與混凝土的組合作用，pbl加勁肋的布設(shè)方式靈活，且使用效果好，能有效解決鋼箱與混凝土脫空病害、使用壽命較短等實(shí)際問題。具有結(jié)構(gòu)簡單、自重較輕、設(shè)計(jì)合理、力學(xué)性能優(yōu)越、結(jié)構(gòu)性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用前景。
進(jìn)一步地，鋼箱內(nèi)填充自密實(shí)微膨脹收縮補(bǔ)償混凝土，混凝土施工無須振搗，混凝土收縮應(yīng)力較小，混凝土施工質(zhì)量高。
本發(fā)明提供的一種pbl加勁型扁平鋼箱混凝土板拱的施工方法，根據(jù)主拱的結(jié)構(gòu)和尺寸加工各個部件，將各個部件連接成拱節(jié)段，再將若干個拱節(jié)段拼接成主拱，用鋼箱代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼筋網(wǎng)，不僅使結(jié)構(gòu)承載力提高，同時鋼箱可以兼作模板，使施工方便、快速，成本較低。同時，通過從主拱的兩個拱腳對稱泵送混凝土至拱頂，施工質(zhì)量易控制。
附圖說明
圖1為拱橋的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為拱橋的a-a剖視圖；
圖3為第一種實(shí)施方式的主拱的橫斷面圖；
圖4為圖2的b-b截面剖視圖；
圖5為中腹板的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為第二橫隔板的橫斷面圖；
圖7為第一橫隔板的橫斷面圖；
圖8為第二橫隔板的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖9為第一橫隔板的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖10為第二種實(shí)施方式的主拱的橫斷面圖。
圖中，1-1為拱節(jié)段；1-2為頂板；1-3為底板；1-4為邊腹板；1-5為混凝土；2為pbl加勁肋；3為中腹板；4為第二通孔；5為第一通孔；6為主拱；7為立柱；8為橋面；9為第一橫隔板；10為第二橫隔板；11為圓角四邊形孔；12為過焊圓弧孔。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：
本發(fā)明提供了一種pbl加勁型扁平鋼箱混凝土板拱，如圖1、2所示，包括由一個或多個拱節(jié)段1-1拼裝組成的主拱6，拱節(jié)段1-1劃分長度與數(shù)量主要由起重機(jī)起吊能力和施工工藝決定。如圖3、10所示，拱節(jié)段1-1包括矩形的鋼箱，在鋼箱的頂板1-2、底板1-3以及邊腹板1-4內(nèi)壁上沿拱軸線方向設(shè)有若干個pbl加勁肋2，鋼箱內(nèi)填充有混凝土1-5。
在這里，本發(fā)明用鋼箱代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼筋網(wǎng)，不僅使結(jié)構(gòu)承載力提高，同時鋼箱可以兼作模板，使施工方便、快速。同時pbl加勁肋2的增設(shè)提高了核心混凝土1-5的抗壓強(qiáng)度，增強(qiáng)了鋼箱壁板的穩(wěn)定性；再者pbl加勁肋2充當(dāng)了剪力件的作用，pbl加勁肋2的開孔可以使混凝土1-5與加勁肋充分接觸，使鋼箱與混凝土1-5連成整體，提高了鋼與混凝土1-5的組合作用，pbl加勁肋2的布設(shè)方式靈活，且使用效果好，能有效解決鋼箱與混凝土1-5脫空病害、使用壽命較短等實(shí)際問題。
本發(fā)明的主拱6線形一般為拋物線或懸鏈線，主拱6與其所處拱橋的橋面8之間通過多根豎向立柱7進(jìn)行緊固連接，立柱7的橫截面為圓形、矩形或其他多邊形，立柱7設(shè)置位置與數(shù)量根據(jù)設(shè)計(jì)需要而定。橋面8為混凝土1-5結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)或鋼混組合結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的鋼箱為寬厚比較大的扁平狀鋼箱，即鋼箱的長度大于高度。沿鋼箱的長度方向可根據(jù)設(shè)計(jì)要求分為單個或多個獨(dú)立的腔室。
參見圖3，作為主拱6的第一種實(shí)施方式，鋼箱內(nèi)設(shè)有若干個中腹板3，中腹板3的上、下端面分別與鋼箱的頂板1-2和底板1-3連接，鋼箱內(nèi)部通過中腹板3分為若干個腔室，若干個腔室內(nèi)均填充有混凝土1-5。在這里，參見圖5，中腹板3為開孔鋼板，中腹板3沿中軸線設(shè)有多個第一通孔5，無特殊要求時第一通孔5呈均勻布置，且多個第一通孔5的結(jié)構(gòu)和尺寸均相同。對受力有特殊要求的主拱節(jié)段，中腹板3上相鄰兩個第一通孔5之間的間距根據(jù)其所布設(shè)位置處拱節(jié)段1-1的實(shí)際受力情況進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，鋼箱中腹板3布設(shè)位置處所承受的力越大，相鄰兩個第一通孔5之間的間距越小。
參見圖10，作為主拱6的第二種實(shí)施方式，鋼箱內(nèi)設(shè)有若干個中腹板3，中腹板3為實(shí)心板，中腹板3上沿拱軸線方向設(shè)有若干個pbl加勁肋2，中腹板3的上、下端面分別與鋼箱的頂板1-2和底板1-3連接，鋼箱內(nèi)部通過中腹板3分為若干個腔室，相鄰兩個腔室中的一個腔室內(nèi)填充混凝土1-5，則另一個腔室為空腔。
需要說明的是，第一種實(shí)施方式和第二種實(shí)施方式的不同之處在于：第二種實(shí)施方式的部分腔室填充混凝土1-5，部分腔室未填充混凝土1-5；而第一種實(shí)施方式的所有腔室內(nèi)均填充有混凝土1-5。此外，第二種實(shí)施方式的邊腹板1-4與中腹板3構(gòu)造相同，均為實(shí)心鋼板并設(shè)置pbl加勁肋2；而第一種實(shí)施方式的中腹板3上沿中軸線開有若干個第一通孔5。這兩種實(shí)施方式可根據(jù)設(shè)計(jì)與施工需要進(jìn)行選擇。
本發(fā)明的pbl加勁肋2均沿著拱軸線通長布設(shè)在鋼箱的內(nèi)壁板上，且布設(shè)位置與鋼箱的內(nèi)側(cè)壁呈垂直布設(shè)，pbl加勁肋2為鋼板，在pbl加勁肋2的中軸線上開有多個第二通孔4，且多個第二通孔4的結(jié)構(gòu)和尺寸均相同。
參見圖4，本發(fā)明鋼箱各腔室內(nèi)根據(jù)受力與構(gòu)造要求，沿垂直于拱軸線方向設(shè)置若干個橫隔板。橫隔板與鋼箱垂直布設(shè)，橫隔板為與鋼箱各腔室內(nèi)尺寸一致的矩形鋼板，橫隔板與鋼箱連接的四個邊角設(shè)有1/4圓弧的過焊圓弧孔12。
需要說明的是，參見圖7、9，位于主拱6拱頂處的拱節(jié)段1-1的各個腔室內(nèi)的橫隔板為第一橫隔板9，第一橫隔板9為實(shí)心板。
參見圖6、8，位于主拱6其余位置處的拱節(jié)段1-1的各個腔室內(nèi)的橫隔板為第二橫隔板10，第二橫隔板10的中部開有圓角四邊形孔11。
鋼箱內(nèi)填充自密實(shí)微膨脹收縮補(bǔ)償混凝土1-5，混凝土1-5施工無須振搗，混凝土1-5收縮應(yīng)力較小，混凝土1-5施工質(zhì)量高。
本發(fā)明還提供了一種pbl加勁型扁平鋼箱混凝土板拱的施工方法，包括以下步驟：
a、依據(jù)設(shè)計(jì)要求，將主拱6劃分為若干個拱節(jié)段1-1。在工廠加工組成鋼箱的頂板1-2、底板1-3、邊腹板1-4、中腹板3、pbl加勁肋2以及第一橫隔板9和第二橫隔板10構(gòu)件。按照設(shè)計(jì)構(gòu)造要求和加工線形將上述構(gòu)件焊接成為拱節(jié)段1-1，然后進(jìn)行階段涂裝、編號存放。
b、將制作好的拱節(jié)段1-1運(yùn)送至橋位處，采用一定的施工方法將各拱節(jié)段1-1按照主拱6的安裝線形進(jìn)行連接，完成主拱6鋼結(jié)構(gòu)的施工。
c、主拱6合龍之后灌注鋼箱內(nèi)填充混凝土1-5，采用泵送頂升工藝，從兩拱腳對稱泵送自密實(shí)微膨脹收縮補(bǔ)償混凝土1-5至拱頂。
d、混凝土1-5強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后再施工拱上立柱7，最后施工橋面8結(jié)構(gòu)。
需要說明的是，位于拱頂?shù)牡谝粰M隔板9為實(shí)心鋼板，在從兩拱腳對稱泵送自密實(shí)微膨脹收縮補(bǔ)償混凝土1-5至拱頂?shù)倪^程中，起到隔擋由兩邊不同拱腳泵送至拱頂?shù)幕炷?-5的作用。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理且施工方便、力學(xué)性能優(yōu)越、施工質(zhì)量易控制且成本較低，結(jié)構(gòu)性價(jià)比高，具有良好的應(yīng)用前景。2、與同等跨徑的圬工板拱與鋼筋混凝土板拱相比，本發(fā)明自重較輕，節(jié)約材料。3、傳統(tǒng)的鋼筋混凝土板拱，鋼筋網(wǎng)較密，施工需要支架和模板，本發(fā)明用鋼箱代替鋼筋網(wǎng)，不僅使結(jié)構(gòu)承載力提高，同時鋼箱可以兼作模板，使施工方便、快速。4、pbl加勁肋的增設(shè)提高了核心混凝土的抗壓強(qiáng)度，增強(qiáng)了鋼箱壁板的穩(wěn)定性；同時pbl加勁肋充當(dāng)了剪力件的作用，使鋼箱與混凝土1-5連成整體，提高了鋼與混凝土1-5的組合作用。pbl加勁肋2的布設(shè)方式靈活，且使用效果好，能有效解決鋼箱與混凝土1-5脫空病害、使用壽命較短等實(shí)際問題。
綜上所述，本發(fā)明能有效解決目前圬工和鋼筋混凝土板拱施工程序繁瑣、支架、模板工程量大、混凝土振搗麻煩、收縮應(yīng)力大等問題。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。