本發(fā)明屬于土木工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種張拉成形組合結(jié)構(gòu)拱橋結(jié)構(gòu)及其建造方法。

背景技術(shù)：

20世紀(jì)30年代，預(yù)應(yīng)力混凝土和高強(qiáng)度鋼材相繼出現(xiàn)，材料塑性理論和極限理論的研究、橋梁振動(dòng)的研究和空氣動(dòng)力學(xué)的研究、以及土力學(xué)的研究等均取得了重大進(jìn)展，使得拱橋技術(shù)獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，特別是預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)或組合結(jié)構(gòu)拱橋，如：鋼拱橋、鋼筋混凝土拱橋、鋼管混凝土拱橋、型鋼混凝土拱橋等。目前拱橋的主要建造方法有支架法、纜索吊裝法、轉(zhuǎn)體法、懸臂拼裝法等。

支架法通常在橋下地形、地基等條件較好的情況下搭設(shè)滿堂支架或分離式支架，搭設(shè)支架考慮拱肋線形和預(yù)拱度值，支架拼裝完成后，在支架上拼裝、焊接成拱。其優(yōu)點(diǎn)有：拱肋分段長(zhǎng)度不大，無(wú)需大型吊裝設(shè)備；橫斜撐容易安裝；拱軸線形容易控制。其不足之處有：拱肋接頭較多，焊接工作量大，工期較長(zhǎng)；對(duì)橋下地形、地基等條件要求較高，支架的基礎(chǔ)沉降、彈性和非彈性變形等應(yīng)事先算出；支架搭設(shè)較高、支架用量較大、容易發(fā)生失穩(wěn)倒塌現(xiàn)象。

纜索吊裝法是在20世紀(jì)50年代應(yīng)用于雙曲拱橋施工的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，纜索吊裝施工法由于具有跨越能力大，水平和垂直運(yùn)輸機(jī)動(dòng)靈活，不影響通航，施工比較穩(wěn)妥方便等優(yōu)點(diǎn)，在拱橋施工中被廣泛采用。但是，采用纜索吊裝法施工時(shí)，由于拱肋分段數(shù)多、單件吊裝階段體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容易造成施工過(guò)程中拱的實(shí)際線形與理想線形發(fā)生偏離，必須通過(guò)施工控制，在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)變形、索力和應(yīng)變測(cè)試結(jié)果與理論值進(jìn)行對(duì)比后，及時(shí)反饋調(diào)整后續(xù)節(jié)段接頭的定位標(biāo)高，以保證最后大橋安全、優(yōu)質(zhì)的完成。

轉(zhuǎn)體法是將橋跨的建造從不具備支架法施工地點(diǎn)或不能影響通航、通車的障礙上空轉(zhuǎn)移到岸上進(jìn)行，然后轉(zhuǎn)到橋軸線處合龍，此法可適應(yīng)較大的橋梁跨徑。該方法施工快速便捷，且不影響通航等優(yōu)點(diǎn)。但轉(zhuǎn)體設(shè)計(jì)、合攏控制較為復(fù)雜。

懸臂拼裝法施工屬于典型的結(jié)構(gòu)自架設(shè)施工方法，通常指在預(yù)制場(chǎng)預(yù)制拱肋節(jié)段、運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)后進(jìn)行逐節(jié)對(duì)稱拼裝的施工方法。對(duì)于鋼拱橋，懸臂拼裝法常與斜拉扣掛法一同采用，并采用拱上吊機(jī)等機(jī)具設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)桿件的起吊與安裝。相對(duì)于纜索吊裝法，懸臂拼裝無(wú)需建造龐大的吊塔和復(fù)雜的纜吊系統(tǒng)，并且在施工中，影響區(qū)域小，安全可靠，尤其適合于采用鋼析架拱橋的施工。但采用此方法施工相對(duì)工期較長(zhǎng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決上述現(xiàn)有各種方法存在的不足，提供一種可將施工成形態(tài)、運(yùn)行荷載態(tài)融為一體，施工快捷、簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)、具有較強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值的張拉成形組合結(jié)構(gòu)拱橋及其建造方法。

本發(fā)明的目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

張拉成形組合結(jié)構(gòu)拱橋，包括至少兩根平直的相互平行的下弦、至少兩根上拱的相互平行的上弦、橫向連接于相鄰兩根上弦之間的一組橫撐、連接于同側(cè)上弦和下弦之間的一組腹桿、連接于相鄰兩根下弦之間的一組橫梁；下弦和橫梁共同構(gòu)成平面橋面系；所述下弦由順序穿在下弦鋼索上的一組下弦管拼接組成，相鄰的下弦管之間通過(guò)法蘭螺栓連接；所述上弦由上弦管順序焊接而成，拼接好的上弦管的兩端底部分別焊接于拼接好的下弦管的兩端；在拼接好的下弦管和上弦管內(nèi)灌注有微膨脹砂漿或混凝土。

本發(fā)明所述張拉成形組合結(jié)構(gòu)拱橋的建造方法如下：

1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況,在橋位兩端搭設(shè)低矮的橋臺(tái)、在兩個(gè)橋臺(tái)之間間隔搭設(shè)安裝支架平臺(tái)，該安裝支架平臺(tái)包括安裝于兩個(gè)橋臺(tái)之間的一組支架、安裝于橋臺(tái)和支架上的平臺(tái)；

2)根據(jù)支架平臺(tái)情況，計(jì)算組成拼接單元的下弦管、上弦管、腹桿、橫撐的尺寸大小，下料；

3)在安裝支架平臺(tái)上進(jìn)行拼接單元的安裝，將下弦管依次穿過(guò)下弦鋼索，相鄰的下弦管之間預(yù)留間距；依次焊接上弦管，將橫撐間隔焊接于相鄰兩根上弦之間，將腹桿焊接于同側(cè)上弦和下弦之間；

4)張拉下弦鋼索，至所有下弦管之間的預(yù)留間距閉合，上弦由平直狀向上拱起，下弦拉直成平直狀；

4)拆除安裝支架平臺(tái)；

5)用法蘭螺栓將相鄰的下弦管各相互連接，形成相互連通的連續(xù)下弦管；

7)將微膨脹砂漿或混凝土灌注到下弦管內(nèi)，砂漿或混凝土凝結(jié)硬化后，下弦管、下弦鋼索、砂漿或混凝土結(jié)成整體；

8)將微膨脹砂漿或混凝土灌注到上弦管內(nèi)，形成鋼管砂漿或混凝土拱肋；

9)將橫梁焊接于相鄰兩根下弦之間；下弦和橫梁共同構(gòu)成平面橋面系。

本發(fā)明的張拉成形組合結(jié)構(gòu)拱橋是一種分階段安裝、分階段成形、分階段加載的張拉成形組合拱結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可預(yù)先下料，并在現(xiàn)場(chǎng)拼裝成形，單個(gè)構(gòu)件體積小、重量輕，容易吊裝和組裝。本發(fā)明綜合利用鋼管、鋼索、混凝土等材料不同受力模式下的特性，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，通過(guò)張拉成形過(guò)程在構(gòu)件內(nèi)部形成有效的預(yù)應(yīng)力，有利于提高構(gòu)件承載能力、優(yōu)化結(jié)構(gòu)力流分布。并且在形成結(jié)構(gòu)的同時(shí)，完成施工及運(yùn)行加載。本發(fā)明將施工成形態(tài)、運(yùn)行荷載態(tài)融為一體，施工快捷、簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)、具有較強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1是支架平臺(tái)的示意圖；

圖2是預(yù)裝上弦和下弦的示意圖；

圖3是組裝好的拱橋的示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖3所示，本發(fā)明的張拉成形組合結(jié)構(gòu)拱橋，包括至少兩根平直的相互平行的下弦2、至少兩根上拱的相互平行的上弦4、橫向連接于相鄰兩根上弦之間的一組橫撐5、連接于同側(cè)上弦和下弦之間的一組腹桿(也稱吊桿)1、連接于相鄰兩根下弦之間的一組橫梁3；下弦和橫梁共同構(gòu)成平面橋面系，鋪設(shè)好后成為供行人、車輛通行的橋面。所述下弦由順序穿在下弦鋼索2a上的一組下弦管2b拼接組成，相鄰的下弦管之間通過(guò)法蘭螺栓連接。所述上弦由上弦管4a順序焊接而成。上弦管可以為一根整管，但通常橋的跨度較大，需要由數(shù)根管相互焊接而成。在拼接好的下弦管和上弦管內(nèi)灌注有微膨脹砂漿或混凝土。作為常規(guī)設(shè)計(jì)，橫撐5通常是等間距焊接于相鄰的兩根上弦4之間。連接于同側(cè)上弦和下弦之間的腹桿1可以垂直連接，也可以斜撐連接。橫梁3通常也是等間距焊接于相鄰兩根下弦2之間，橫梁通常安裝在腹桿的下節(jié)點(diǎn)處。拼接好的上弦管的兩端底部分別焊接于拼接好的下弦管的兩端；在拼接好的下弦管和上弦管內(nèi)灌注有微膨脹砂漿或混凝土。

本發(fā)明所述張拉成形組合結(jié)構(gòu)拱橋的建造方法如下：

1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況,如圖1所示，在橋位兩端搭設(shè)低矮的橋臺(tái)(也叫邊支座)6、在兩個(gè)橋臺(tái)中間搭設(shè)安裝支架平臺(tái)，該安裝支架平臺(tái)包括間隔安裝于兩個(gè)橋臺(tái)之間的一組支架7、安裝于橋臺(tái)和支架上的平臺(tái)8,相鄰支架之間的間距以及支架與橋臺(tái)之間的間距通過(guò)計(jì)算確定；

2)根據(jù)支架平臺(tái)情況，計(jì)算組成拼接單元的下弦管2b、上弦管4a、腹桿1、橫撐5的尺寸大小，下料，并進(jìn)行預(yù)拼裝；

3)在安裝支架平臺(tái)上正式進(jìn)行拼接單元的安裝，如圖2所示，將下弦管2b依次穿過(guò)下弦鋼索2a，相鄰的下弦管之間預(yù)留間距，間距寬度根據(jù)下弦鋼索2a成形要求計(jì)算確定；將上弦管4a依次焊接，將橫撐5間隔焊接于相鄰的兩根上弦之間，將腹桿1焊接于同側(cè)上弦和下弦之間；

4)張拉下弦鋼索2a，至所有下弦管之間的預(yù)留間距閉合，上弦4由平直狀向上拱起，下弦2拉直成平直狀，形成如圖3所示的拱橋結(jié)構(gòu)；

5)拆除安裝支架平臺(tái)；

6)用法蘭螺栓將相鄰的下弦管各相互連接，形成相互連通的連續(xù)下弦管；

7)將高強(qiáng)微膨脹砂漿灌注到下弦管內(nèi)，砂漿凝結(jié)硬化后，下弦管、下弦鋼索、砂漿或結(jié)成整體；

8)將微膨脹混凝土灌注到上弦管內(nèi)，形成鋼管砂漿拱肋；

9)將橫梁3等間距焊接于相鄰兩根下弦之間；兩根下弦和橫梁共同構(gòu)成平面橋面系，然后鋪設(shè)橋面。