專利名稱：：一種混凝土拱及其施工和運用方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種混凝土拱及其施工和運用方法。該拱用混凝土澆注硬質(zhì)骨架而成，采用起動支架起動支承和拱體混凝土分層澆注施工。在《鋼筋混凝土結構學》(丁大鈞主編，上?？萍汲霭嫔?985年版)中介紹的鋼筋混凝土或預應力鋼筋混凝土是實體結構，采用的鋼筋為實心鋼筋。其強度和剛度都比砌石結構和素混凝土結構有極大提高，但對于特大跨徑或超高層建筑來說，仍感結構笨重，整體變位能力差，抗震力弱，在特大跨徑拱式建筑中要采用鋼筋混凝土結構施工很困難。并且因受當前材料極限強度和施工機械設備極限工作能力限制，使鋼筋混凝土拱的跨越能力受到相應限制。目前世界上跨徑最大的鋼筋混凝土拱是南斯拉夫于1980年建成的克爾克Ⅱ號(KRK-Ⅱ)大橋，主跨390米。鋼筋混凝土拱的施工法，目前普遍使用硬質(zhì)拱架或懸吊、斜拉機械設備產(chǎn)生輔助支承力、支承拱體的自重及施工荷載進行施工，主要有有支架施工法和無支架施工法兩類。根據(jù)《橋梁工程》下冊(范立礎主編，人民交通出版社1987年第二版)介紹有支架施工法是在拱下立拱架砌筑拱圈石或立模板，扎鋼筋，澆注混凝土。在整個施工期間，拱架用以支承全部或部分拱圈以及拱上建筑的重量，并保證拱圈形狀符合設計要求。該法需要消耗大量的拱架材料，特別是木材和鋼材，并限制了跨徑的增大。無支架施工法有纜索吊裝、懸臂施工(懸臂澆注、懸臂拼裝)、塔架斜拉、剛性骨架與塔架斜拉組合和半拱轉體等。該法雖然比有支架法先進，但仍需要輔助吊裝機械設備，工序復雜，技術要求高，拱軸線不易控制，費工、費時、費料(尤其是鋼材)，跨越能力不大。上述施工法，無論是有支架還是無支架法，均要依靠拱架的支撐或拱上輔助機械設備的懸吊或斜拉等輔助外力支承拱模、拱體和拱上建筑的重量，均未考慮拱體澆注過程中自身潛在的早期強度積累的實際支承作用，是一種完全依靠外加輔助支承力施工的方法。對拱體本身而言，是一種“被動支承式”的施工方法。用此法要消耗大量的用以產(chǎn)生輔助外力的機械設備、材料、人力等，特別是要消耗大量的鋼材、木材。上述施工法的支承體和拱體均為實體結構，僅用固體材料本身的力學性質(zhì)承載，無法引入流體壓力，難以使拱體各部分受力分布均衡，同時受當前材料極限強度和施工機械設備極限工作能力的限制，使鋼筋混凝土拱的跨越能力受到相應限制，無法適應現(xiàn)代化拱式建筑跨徑與日俱增的發(fā)展需要。在瑞士CH645944號專利中公開了一種“橋拱建造方法”。該法是在懸臂施工法基礎上加以改進，將兩個半拱豎直澆注后，再用鋼繩將其吊放到一定位置進行連接。該法比懸臂施工法簡便，但仍需大量臨時輔助機械設備，同時豎直澆注后再吊放到位，施工跨徑不可能太大，且拱體結構仍為常用的實體混凝土結構。西德DE3621611A中公開了一種“充混凝土鋼管拱的跨江拱橋”。該專利所述拱由充填混凝土的鋼管構成。拱的兩條鋼管用系桿聯(lián)結起來。施工時，拱和拱上立柱一起都用輔助支架來支撐，當拱建成后即拆除輔助支架。該拱雖采用鋼管，并在其中充填混凝土，能增大其結構強度和承載力，但其本質(zhì)仍然是一種混凝土與鋼組合的實體結構，與普通鋼筋混凝土并無實質(zhì)性區(qū)別。并且其施工仍需要大量臨時輔助支撐，沒有利用混凝土結硬過程中早期強度積累的支承作用，鋼材用量較大，工程造價較高。在CN1030114A中公開了一種“大跨度鋼筋混凝土拱的半剛性骨架錨索假載施工法”。其發(fā)明要點是假載施工。其中提出來用半剛性骨架，即拱圈橫斷面內(nèi)的含鋼量小于1.2%的輕型鋼桁拱結構作為施工的初始支承體，并且采用分層澆注施工。澆注后，鋼桁架即作為拱體混凝土內(nèi)的加強筋留于其中。該法的鋼桁架架設仍需臨時的輔助吊、拉機械設備。同時因鋼桁架剛度小，澆注時易扭曲變形，為解決這一問題，該法采用假載施工和分層澆注。分層澆注一般在拱體較厚的情況下采用，并未利用混凝土結硬過程中早期強度的支承作用。并不引起臨時輔助吊、拉機械設備和設施、材料的減少，在拱體不厚的情況下，可不用分層。再者，建成后的拱體還是混凝土與鋼組合的實體結構，與普通鋼筋混凝土并無本質(zhì)區(qū)別。該法工序復雜，用鋼量較大，工程造價較高，經(jīng)濟價值仍有限。本發(fā)明的目的在于繼承上述已有技術成就并力圖改進其不足之處，提出一種新型的由流體壓力、硬質(zhì)薄壁管絡骨架和混凝土組合承載的非實體混凝土結構拱。利用硬質(zhì)薄壁管作為拱體混凝土的內(nèi)部加強筋，可在管中充入流體壓力，因流體壓力的作用，使拱體各部分受力分布均衡，使實體截面積減少，自重減輕，結構強度增大，抗震力增強。本發(fā)明的另一個目的還在于采用該混凝土結構拱，可利用氣體壓力作為施工支承的初始起動力，用充壓軟管支架、底模和硬質(zhì)充壓薄壁管絡骨架組成的輕便組合起動支架能實現(xiàn)自動架設，無需其它向上支撐和向下懸吊、斜拉的輔助外力及其輔助設備。同時，可利用混凝土結硬過程中早期強度積累自動支承施工。使施工方法大為簡化，施工概念更新，使拱體跨越能力不再受材料極限強度和施工機械設備極限工作能力的限制，跨越能力大大增強。本發(fā)明的目的可通過以下措施來達到本發(fā)明所述混凝土拱，由混凝土澆注硬質(zhì)充壓薄壁管絡骨架而成，是一種具有連通管絡的，由流體壓力、硬質(zhì)薄壁管和混凝土組合承載的非實體混凝土結構。具有結構輕巧、載荷大、自重輕、抗震力強、施工簡便的特性。由多個縱橫交錯的硬質(zhì)薄壁管整體連通，并在管中充入流體壓力，即形成硬質(zhì)充壓薄壁管絡骨架。硬質(zhì)薄壁管用輕質(zhì)、高強、抗銹蝕的金屬尤其是合金鋼或其他復合材料制造，并根據(jù)拱軸線要求制作成組裝管件現(xiàn)場連接。施工時，硬質(zhì)充壓薄壁管絡骨架為施工支架的一部分，在管中充入氣壓，利用氣壓的作用支承施工荷載及拱體混凝土澆注。支架具有受力均衡、彈性變位能力大、穩(wěn)定性強的特征。施工完成后，該骨架即為混凝土拱體內(nèi)部的加強筋，可增大拱體結構強度，減小實體截面積及自重;拱體非常運行時，可調(diào)整硬質(zhì)薄壁管中的流體壓力，如充水壓，利用連通靜止水體的隔震或減振作用，可顯著提高拱體抗震能力。本發(fā)明的施工方法是采用輕便組合起動支架起動支承和混凝土分期逐層澆注。輕便組合起動支架由充壓軟管支架、底模和硬質(zhì)充壓薄壁管絡骨架組成。施工時，預先將軟管制作成拱軸線形狀，向軟管中充入流體壓力，利用軟管充壓后能恢復原狀的性能，自動形成軟管拱。將多條軟管拱整體捆束，即成為充壓軟管支架。在軟管支架的支承下鋪設底模。再在底模和軟管支架的共同支承下鋪設硬質(zhì)薄壁管絡骨架，并充入流體壓力，形成硬質(zhì)充壓薄壁管絡骨架。由上述充壓軟管支架、底模和硬質(zhì)充壓薄壁管絡骨架共同構成了本發(fā)明施工法的輕便組合起動支架。利用流體壓力的力學特性，使輕便組合起動支架具有足夠的支承力，用以支承混凝土拱體澆注。流體壓力使支架受力均衡分布，彈性變位能力大，穩(wěn)定性強，保證其不易扭曲變形。采用此種施工支承體，因流體力學特性，可實現(xiàn)支架自動架設，無需任何輔助支撐、吊拉外力，可省去大量用以產(chǎn)生輔助支撐，吊拉外力的機械設備和輔助設施，如支承拱架，懸吊機械等，可節(jié)省大量材料和人力，尤其是鋼材用量減少。當輕便組合起動支架鋪設完成后，即可在支架上澆注拱體“胎拱”混凝土，將“胎拱”(i＝1)以上混凝土分為i(i＝2、3、4、……)期“雛拱”循序分期逐層澆注，利用i(i＝1、2、3、……)期“雛拱”混凝土結硬過程中早期強度積累自動支承施工?！疤ス啊睗沧⒑螅伞疤ス啊迸c輕便組合起動支架一起支承第2期“雛拱”混凝土澆注。第2期“雛拱”混凝土澆注后，又由第2期“雛拱”與輕便組合起動支架一起支承第3期“雛拱”混凝土澆注，如此直到第i期“雛拱”混凝土澆注。i的取值視具體拱體設計計算確定。澆注第i+1期“雛拱”時，新增澆注的厚度△hi+1應滿足一定取值范圍，目的在于保證使前期澆注的“雛拱”具有足夠的支承力，用以支承第i+1期“雛拱”混凝土的澆注。其具體取值可用下式確定Δhi+1≤1K·r1·f2Σi=1m[Na+lg(1+lgSTi)-lg(1+lgTa)lg(1+lgTb)·lg(1+lgTa)·(Nb-Na)]Δhi-hi]]>(m=1,2,3,......;STi=Ti-Σi=0i-1ΔTi)]]>采用分期逐層澆注的目的是力圖使前期澆注的“雛拱”為其新增澆注的混凝土提供支承力，利用“胎拱”和“雛拱”混凝土結硬過程中的早期強度積累自動支承施工。從理論上而言，當拱圈整個底面“胎拱”混凝土澆注完成后，充壓軟管支架與底模即可拆除，用于重復使用，而以后的拱體可由“胎拱”和“雛拱”自動支承逐層澆注，最終完成整個拱體施工，這樣可大大節(jié)省施工費用。本發(fā)明施工法由下述步驟完成在筑造拱座時，按具體工程所用軟管和硬質(zhì)薄壁管的設計需要，在拱座中及其附近設置壓力輸配與自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由管件，閘閥、監(jiān)測儀表和壓力調(diào)整機構及計算機程序控制組成。壓力輸配系統(tǒng)的管件和閘閥可用普通鋼材或其它材料制造。充壓軟管支架的軟管采用輕質(zhì)、高強、抗老化尼侖、橡膠或其它彈性(或復合)材料，按設計拱軸線要求委托廠家預先制成拱軸線形狀。接著將無壓軟管搬運到或者由上游漂運到拱座位置，逐根與拱座壓力輸配系統(tǒng)中的軟管接頭密閉連接，用現(xiàn)場固定式加壓站或移動式加壓設備充入壓縮氣體。一般充入空氣，對特大跨徑拱可充入氫氣、氦氣或其它輕質(zhì)氣體，這樣使充壓軟管本身在空氣中具有一定的浮力，更能增大其施工承載力。彈性軟管因受氣體壓力作用自動恢復原狀，自動形成軟管拱。該軟管拱因管壁材料具有一定的抗拉強度和很強的彈性變位能力而使之具有一定的承載能力和很強的彈性變位能力，具有足夠的穩(wěn)定性。在自動架設軟管拱的過程中，也可采用輔助纜索將無壓軟管懸吊于孔墩立柱臨時支架上后再緩緩充壓使之恢復原狀，這樣架設較為方便，尤其對大跨拱較適合。隨后用管箍將所有軟管拱沿管軸縱向自拱腳向拱頂?shù)乳g距地捆束起來，形成橫向穩(wěn)定而且整體性較強的充壓軟管支架。管箍可用尼侖或其它纖維材料或金屬制成帶狀或其他(截面)形狀。最后，調(diào)整軟管中壓力使之達到設計值。為增強其穩(wěn)定性，可根據(jù)當?shù)仫L向、地形條件在充壓軟管支架兩側設置風纜。前述輔助纜索此時可作為風纜使用。自動架設好的充壓軟管支架既具有一定的穩(wěn)定性，又具有一定的承載力，并且各部分受力均衡，是一個良好的非實體的支承結構，可以進一步用以支承其上底模的鋪設。充壓軟管支架被自動架設后，緊接著在其頂面緊貼軟管軸通長鋪設弧面座板和面板(或直接在軟管上鋪設底面為半園波、頂面為平面的實心模板亦可)，弧面座板與面板之間用間隔設置的直撐板，斜撐板聯(lián)結，構成雙曲拱式底模。該底模作為一個完整的拱式結構置于兩拱座上，也具有它自身的穩(wěn)定性和承載力。上述底模和其余所有側模等模板均采用輕質(zhì)、高強、抗老化工程塑料、木材或輕質(zhì)、高強、抗銹蝕的合金鋼或其它材料按設計拱軸線要求，預先委托廠家制成組合構件現(xiàn)場拼裝。在充壓軟管支架以及底模的共同支承下，在底模上面鋪設既是輕便組合起動支架的一部分、又是混凝土拱體內(nèi)部加強筋的硬質(zhì)薄壁管絡骨架。該薄壁管絡骨架先由縱向弦管、豎向撐管、斜向撐管聯(lián)結成平面拱式桁架，再將弦管與兩拱座壓力輸配系統(tǒng)中的硬質(zhì)管接口焊接密閉后，用橫向系管、橫向撐管將各平面拱式桁架聯(lián)結成一個空間拱式桁架，即拱式網(wǎng)絡狀硬質(zhì)薄壁管絡骨架，并開啟硬質(zhì)管閘閥向管中充入壓縮氣體(一般充入空氣即可，對于大跨拱與充壓軟管支架一樣，可充入氦氣、氫氣或其它輕質(zhì)氣體)。硬質(zhì)薄壁管絡骨架充氣后，即成為硬質(zhì)充壓薄壁管絡骨架。它具有一定的承載力和穩(wěn)定性。上述硬質(zhì)薄壁管絡骨架根據(jù)拱軸線設計要求，采用輕質(zhì)、高強、抗銹蝕金屬管，尤其是合金鋼或其他復合材料薄壁管，預先委托廠家分段制作成組裝管件，然后現(xiàn)場連接裝配(亦可按拱軸線要求整體制作)。由上述充壓軟管支架、底模和硬質(zhì)充壓薄壁管絡骨架組成輕便組合起動支架。利用氣體壓力和管壁材料強度的組合作用，使其成為一種輕便的施工支架，既具有一定結構強度，又具有足夠的整體穩(wěn)定性，還使整個支架各部分受力均衡分布，具有較強的彈性變位能力，比普通實體結構的施工支架更為優(yōu)異。采用該施工支架，使施工極為簡便，拱體施工所需支承力按氣體壓力→起動支架→“胎拱”→“雛拱”→“成拱”這一循序漸進的客觀規(guī)律生成和發(fā)展，無需其它的輔助支撐、吊拉外力和相應支撐、吊拉設備、機械，可節(jié)省大量的拱架材料、設備和人力，能自動連續(xù)地進行施工。輕便組合起動支架形成后，即可進行混凝土拱體的澆注。首先調(diào)整并準確計算輕便組合起動支架的支承力，從而準確計算“胎拱”尺寸并進行拱體“胎拱”混凝土澆注?！疤ス毙纬珊螅贉蚀_計算“胎拱”的齡期強度，從而準確計算下一期序拱體混凝土的新增澆注厚度并進行澆注，形成第2期(i＝2)“雛拱”。為保證施工安全，新增澆注荷重應小于輕便組合起動支架和“胎拱”的實際支承力。一般來說，每一次新增澆注荷重均應小于輕便組合起動支架和前期“雛拱”的實際支承力，即第i+1期“雛拱”的新增澆注厚度△hi+1應滿足一定取值范圍，使i期“雛拱”(亦可包括支架)對第i+1期“雛拱”的新增澆注荷重具有足夠的支承力。施工時不斷準確計算i(i＝1、2、3、……)期“雛拱”混凝土結硬過程中早期強度積累，從而準確計算確定i+1期“雛拱”的新增澆注厚度并進行澆注，直至完成整個拱體施工。由此可見，對板拱圈或箱形拱圈而言，當“雛拱”形成拱圈底面后，即可將充壓軟管支架連同底模一起拆除。當然若非多跨拱施工需要，待整個主拱圈澆注完成后，再拆除也是可以的。上述為總體敘述的具體施工步驟。對于不同結構的拱圈形式，拱體混凝土澆注的側模鋪設和拱體混凝土內(nèi)的硬質(zhì)薄壁管絡骨架的架設以及拱體混凝土的具體分期方式還有所不同，應分別設計確定。①當為肋拱圈時先按前述充壓軟管支架及底模的架設方法，架設充壓軟管支架和底模，然后在底模上的拱肋橫向間距內(nèi)架設軟管，充壓后用管箍捆束起來，成為橫向間隔分布的上層充壓軟管支架。該上層充壓軟管支架仍為拱式結構，同樣具有其承載力和穩(wěn)定性。將上層充壓軟管支架用繩套與底模緊密聯(lián)結，使底模所受荷載能部分地傳給上層充壓軟管支架，可起到組合承載的作用。接著，在各上層充壓軟管支架兩側(兩邊支架僅為內(nèi)側)鋪設拱肋混凝土澆注的側模。鋪好側模后，在底模和側模界定的空間內(nèi)如前述方法架設硬質(zhì)薄壁管絡骨架，將其與兩拱座相應硬質(zhì)管接口焊接密閉后充壓，即形成肋拱圈混凝土的硬質(zhì)充壓薄壁管絡骨架。隨后進行肋拱圈“胎拱”混凝土澆注，再分期逐層澆注整個肋拱圈混凝土。②當為板拱圈時若對板拱圈橫向全斷面澆注“胎拱”荷載過大時，可沿著板拱圈橫向分為幾條寬度、間距相等的“胎拱肋”，按上述肋拱圈的方法澆注完成“胎拱肋”。然后拆除“胎拱肋”肋間間距內(nèi)的上層充壓軟管支架及側模，在其中架設硬質(zhì)充壓薄壁管絡骨架，并澆筑混凝土，使之與“胎拱肋”齊平，形成整個板拱圈的全斷面“胎拱”。最后加高兩邊上層充壓軟管支架達拱圈頂面，鋪設側模，架設硬質(zhì)充壓薄壁管絡骨架，按設計分期逐層澆注整個板拱圈混凝土。③當為箱形拱圈時先按上述板拱圈的方法澆注箱形拱圈底板。隨后在底板上，根據(jù)設計箱形拱圈邊墻與縱向隔墻的高度、數(shù)量及布置，按前述肋拱圈的方法，加高邊墻外側的上層充壓軟管支架，架設隔墻的上層充壓軟管支架，鋪設側模后架設各條隔墻的硬質(zhì)充壓薄壁管絡骨架，澆注邊墻和各隔墻混凝土。接著再加高邊墻外側的上層充壓軟管支架，在各隔墻間的上層充壓軟管支架頂面用與鋪設底模相同的方法鋪設箱形拱圈頂板的底模，并架設箱形拱圈頂板的硬質(zhì)薄壁管絡骨架，隨后澆注混凝土，最終完成整個箱形拱圈的施工。在各類拱圈施工中，均可向硬質(zhì)薄壁管中充入連續(xù)振動波。使管壁作受迫振動，從而使管周一定范圍內(nèi)的混凝土被振搗密實。輸入波應準確計算控制，否則可能出現(xiàn)異常。采用此法，搗固方便迅速，可使整個混凝土振搗均勻密實。施工完成后或施工中需拆除充壓軟管支架和模板時，可按以下方法實施拱圈底面以上所有上層充壓軟管支架和模板以及工作平臺均可在它下面的充壓軟管支架和底模支承下或在已成拱圈(指板拱圈或箱形拱圈)上很方便的被拆除;拱圈底面以下的充壓軟管支架及其底模，只要降低軟管中氣壓使底模與拱圈底面脫模形成空隙，即可在業(yè)已降低的充壓軟管支架上方便地拆除底模。之后，從拱頂向拱腳對稱依次拆除管箍。接著橫向從外至內(nèi)依次逐條逐漸降低軟管中的氣壓使其在自重作用下緩緩倒懸。然后在一個拱座上將軟管一端用懸索掛在拱圈底面預埋的吊耳上，拆卸軟管接頭，放松懸索，再緩緩地把軟管放到地面上。最后拆卸另一個拱座上的軟管接頭，即可把軟管拆下搬到需用的地方去。本發(fā)明所述的拱在施工和運行中，各管中所需的流體壓力均用現(xiàn)場設置的固定式加壓站或移動式加壓設備提供。為保證其安全可靠，其壓力值均應控制在管壁材料許容抗拉應力的25%以內(nèi)。同時，在施工和運行中，均用自動控制系統(tǒng)對管中流體壓力、支架或拱體應力和應變隨時進行準確的監(jiān)測和調(diào)控。這在施工中尤其重要。本發(fā)明所述混凝土拱，正常運用時可不充壓，也可適當充壓，可只考慮硬質(zhì)薄壁管絡骨架與混凝土共同承載，其承載力就足以滿足正常運用要求;非常運用、如遇強臺風或強地震預報時，可向硬質(zhì)薄壁管絡內(nèi)充入流體壓力、如水壓，利用連通管絡中靜止連通水體的隔震或減震效應，可顯著提高拱體的抗震能力。利用流體壓力特性，可以提高拱體的整體變位能力，使拱體成為一種“活”的承載結構。本發(fā)明與已有技術相比具有如下優(yōu)點本混凝土拱用混凝土澆注硬質(zhì)薄壁管絡骨架而成。是一種拱體內(nèi)具有連通管絡的非實體混凝土結構拱。能在施工中為拱體發(fā)揮自身的主動支承力因素創(chuàng)造條件，使拱的可能施工跨度不再受臨時輔助設施的材料極限強度和機械設備的極限工作能力的限制。比目前用混凝土澆注實心鋼筋而成的實體混凝土結構拱的可能施工跨度明顯增大，拱體實體截面積減小，自重減輕。施工中向軟管支架和硬質(zhì)薄壁管絡骨架管內(nèi)充入流體壓力，連通管絡中的壓力將自動平衡傳遞，能使整個輕便組合起動支架的受力均衡，變形協(xié)調(diào)對稱，使施工支承力和拱軸線均易于被控制調(diào)整。同時，施工中還可向硬質(zhì)薄壁管絡骨架中充入連續(xù)振動波，使管壁作受迫振動，從而使管周一定范圍內(nèi)的混凝土被振搗密實，比用現(xiàn)有振動器簡便、迅速。運行中向硬質(zhì)薄壁管絡骨架內(nèi)充入流體壓力，能使拱體各部分所受荷載分布均衡，可顯著增強整個拱體的強度和彈性變位能力。如果充入水壓，利用連通管絡中連通靜止水體的隔震或減震效應，可明顯提高拱體的抗震能力。本發(fā)明選用輕質(zhì)、高強的充壓軟管作施工起動支架，向軟管內(nèi)充入壓縮氣體，對特大跨徑拱，可充入輕質(zhì)氣體，如氫氣、氦氣等，利用氣壓傳動原理和軟管充壓后能恢復原狀的性能，簡便迅速的實現(xiàn)自動架設充壓軟管支架作為整個拱體施工的初始起動支架。接著依靠充壓軟管支架的支承鋪設底模，再依靠充壓軟管支架和底模的組合作用支承架設硬質(zhì)薄壁管絡骨架，從而簡便迅速的實現(xiàn)輕便組合起動支架的架設。此外在施工中需要或施工完成后，可采用逐漸降低軟管中氣壓的方法，使底模和充壓軟管支架能方便迅速地被拆除。同過去施工方法相比，本法所用輕便組合起動支架極為輕便，架設時不使用臨時向上輔助支撐的硬質(zhì)拱架和向下懸吊或斜拉的機械設備，拆除時亦無需輔助設備，輔助施工費用大大減少。本發(fā)明最顯著的優(yōu)點是除輕便組合起動支架外，不再使用其它臨時輔助支承設施。設置組合起動支架的目的是為了支承拱體“胎拱”混凝土澆注。若單從施工支承考慮，只要“胎拱”混凝土澆注合攏并達到設計齡期后，組成組合支架的充壓軟管支架及其底模即可拆除，“胎拱”以上由多期“雛拱”組成的大部分拱體混凝土澆注都可以依靠“胎拱”及各期“雛拱”混凝土結硬過程中早期強度積累自動支承施工。對拱體而言，徹底改變了過去施工時必須被臨時、輔助的向上支撐或向下懸吊、斜拉等設施產(chǎn)生的輔助外力支承才能進行施工的被動局面。采用本發(fā)明混凝土拱及施工法，工序簡單，操作安全，不使用向上支撐的硬質(zhì)拱架和向下懸吊或斜拉的機械設備，可比過去減少施工費用30%。使混凝土拱的可能施工跨度達600米。尤其適合于大跨拱橋和城市立交橋拱的建設。本發(fā)明說明書附圖附圖1.發(fā)明總體示意圖。附圖2.拱體A-A剖面混凝土分期逐層澆注示意圖。附圖3、4、5.輕便組合起動支架架設之第一、二、三施工步驟示意圖。附圖6.一根充壓軟管拱的計算簡圖。附圖7.軸心受壓充壓軟管橫截面折算應力計算示意圖。附圖8.輕便組合起動支架架設第四施工步驟示意圖。附圖9.充壓軟管支架平面示意圖。附圖10.輕便組合起動支架架設第五施工步驟示意圖。附圖11.實施例一施工示意圖。附圖12.實施例一壓力輸配與自動控制系統(tǒng)示意圖。附圖13.實施例一邊拱座(6-2)E-E剖面示意圖。附圖14.實施例雙曲拱式底模與硬質(zhì)充壓薄壁管絡骨架連接示意圖。附圖15.實施例雙曲拱式底模與上層充壓軟管支架連接示意圖。附圖16.實施例雙曲拱式底模結構示意圖。附圖17.實施例硬質(zhì)薄壁管絡骨架示意圖。附圖18.實施例二施工示意圖。附圖19.實施例三施工示意圖。本發(fā)明最佳施工方案可由下述拱例詳細說明一.拱例資料<一>.拱結構尺寸本拱例為等截面懸鏈線混凝土拱拱跨L＝500m，拱矢高f＝50m，拱軸系數(shù)m＝1.347，矢跨比f/L＝1/10，寬跨比B/L＝0.08，混凝土容重r1＝2.4(t/m)。<二>.軟管規(guī)格軟管材質(zhì)為尼侖1010，尼侖的比重r2＝1.09，抗拉強度為5.1～5.4×104kPα查(《建筑材料手冊》湖南科技出版社1986年版)，軟管的外徑D1＝2m，內(nèi)徑D2＝1.95m，壁心距D＝1.975m，管壁厚t＝0.025m。<三>.模板規(guī)格模板材質(zhì)選用聚丙烯塑料，比重r3＝0.91，抗拉強度2.94～3.82×104kPα(查《建材手冊》)，底模的弧面座板和面板厚度δ1＝0.025m，側模厚度δ2＝0.01m，斜、直撐板厚度δ3＝0.04m。<四>.硬質(zhì)薄壁管規(guī)格硬質(zhì)薄壁管材質(zhì)為普通建筑鋼，比重r4＝7.85，弦管(3-1)外徑Φ1為0.25m，管壁厚δ1為0.004m，其余系管和撐管(3-2)、(3-3)、(3-4)和(3-5)的管徑Φ2為0.125m，管壁厚δ2為0.003m。二.每根軟管單位長度總荷載計算<一>.尼侖軟管單位長度自重考慮肋拱圈結構拱，設拱圈理論寬度為B(見附圖11)，寬跨比B/L＝0.08，則B＝0.08L＝0.08×500＝40m。為了便于架設拱圈兩邊上層充壓軟管支架和增強充壓軟管支架的橫向穩(wěn)定性及盡可能增大充壓軟管支架的支承力，將軟管橫向平行密布作為施工的初始起動支架，兩邊再各超寬6米，則支架總寬度實際為40+2×6＝52m，軟管總根數(shù)為n＝52÷2＝26根。本例設有5條拱肋，設拱肋(10)寬4.76m，肋間間距(11)寬4.05m，則單元寬度(12)為4.76+4.05＝8.81m。每個計算單元寬內(nèi)有軟管8.81÷2＝4.405根。在拱肋肋間間距(11)內(nèi)分兩層，每層設置2根上層軟管，其作用一是用作拱肋側模(2′)的支架，二是增大組合起動支架的承載力。因此，在每個計算單元寬度內(nèi)再加四根上層軟管，則單元寬度內(nèi)軟管根數(shù)為8.405根。軟管拱軸長度S＝(1/V1)L(參見《拱橋設計計算手冊》交通部公路設計院編，人民交通出版社1971年版，P319)，查前述手冊P450表7得1/V1＝1.0266，即S＝1.0266×500＝513.3(m)。軟管截面積F0＝π(D21-D22)/4＝π(22-1.952)/4＝0.155(m2)每條軟管全長自重P0＝r2·F0·S＝1.09×0.155×513.3＝86.722(t)每條軟管單位長度自重P1＝P0/S＝86.722/513.3＝0.169(t/m)<二>.底模單位長度載荷(見附圖10、11及16)底模(2)采用聚丙烯塑料制作。它由沿軟管頂面通長鋪設的面板(2-2)、弧面座板(2-1)和沿軟管間隔2/3m鋪設寬度為1/3m的直撐板(2-3)、斜撐板(2-4)組成，每一根軟管上的底?？偨孛娣eW由面板、直撐板、斜撐板和弧面座板的截面積組成，面板的計算寬度與軟管外徑D1一致，即為2m。則面板截面積W1＝δ1×D1＝0.025×2＝0.05(m2)弧面座板的弧長即相當于軟管的一個半圓弧長即弧面座板截面積W2＝｛π〔(D1+δ1)2-D21〕/4｝/2＝〔π(0.0252-22)/4〕/2＝0.0395(m2)斜撐板截面積W3=2((R1+δ1)2+R12-R1)δ3/3]]>=2×((1+0.025)2+12-1)×0.04/3=0.0115(m2)]]>直撐板截面積W4＝R1·δ2/3＝1×0.04/3＝0.0133(m2)另外側模(2′)截面積W0＝2(2·D1·δ2)/8.375＝0.0096(m2)則W＝W1+W2+W3+W4+W0＝0.05+0.0395+0.0115+0.0133+0.0096＝0.1239(m2)每條軟管單位長度承受底模和側模的載荷P2＝r3·W·1＝0.91×0.1239×1＝0.1127(t/m)<三>.每根軟管單位長度承受硬質(zhì)薄壁管絡骨架(3)載荷的計算(見附圖10、11及17)每條弦管自重G1＝πr4〔Φ21-(Φ1-2δ1)2〕/4＝π×7.85×〔0.252-(0.25-2×0.004)2〕/4＝0.0243(t/m)6根弦管自重分配到計算單元8.75米內(nèi)，由8.405條軟管平均分擔后，每根軟管每米承受弦管(3-1)的荷載為G11＝0.0243×6/8.405＝0.0173(t/m)每米系管(3-4)或撐管(3-2)、(3-3)、(3-5)自重G22＝πr4〔Φ22-(Φ2-δ2)2〕/4＝π×7.85×〔0.1252-(0.125-2×0.003)2〕/4＝0.009(t/m)拱肋(10)的深度即為2根上層充壓軟管管徑之和，即4m，硬質(zhì)薄壁管絡骨架高度3.6m，肋寬4.7m，骨架寬4.3m，管(3-2)、(3-3)、(3-4)、(3-5)的長度分別為L2、L3、L4、L5L2＝3.6×3＝10.8(m)L3=3×3.62+3.62=15.27(m)]]>L4=(4.3/2)×4=8.6(m)]]>L5=2×3.62+2.152=8.3863(m)]]>因在縱向上每間隔3.6米由系管和撐管與弦管組成一節(jié)骨架，因此將系管和撐管總長度折算到縱向單位長度1米時需除3.6米，即(L2+L3+L4+L5)÷3.6＝11.9601(m)再將此單元寬度內(nèi)的系管、撐管總長折算到一根軟管上為L1＝11.9601/8.405＝1.4229(m)從而可得每條軟管每米長度承受系管和撐管的荷載為G33＝L1·G22＝1.4229×0.009＝0.0128(t/m)每條軟管每米長度承受硬質(zhì)薄壁管絡骨架的總荷載為P3＝G11+G33＝0.0173+0.0128＝0.0301(t/m)<四>.施工荷載設為P4＝0.2(t/m)<五>.設“胎拱”(5-1)澆筑厚度為0.2m，其荷載為0.2×r1＝0.2×2.4＝0.48(t/m)，將其分配到每條軟管上為P5＝0.48/8.405＝0.0571(t/m)<六>.每條軟管單位長度承受的荷載及自重總計為P0＝P1+P2+P3+P4+P5＝0.5685(t/m)考慮安全需要，設安全系數(shù)K＝1.1958，則每條軟管單位長度內(nèi)所承受的總荷載為P＝P0·K＝0.5685×1.1958＝0.6798(t/m)三.軟管支承能力計算綜上所述，每條軟管承受均布恒載為0.6798(t/m)，其拱頂(23)和拱腳(24)的荷載集度均為P＝0.6798(t/m)<一>.在P＝0.6798(t/m)均布恒載作用下的內(nèi)力計算(見附圖6)先假定軟管為實心園桿，按拱計算原理計算各截面內(nèi)力1.水平推力Hg＝0.132PL2/f＝0.132×0.6798×5002/50＝449(t)2.豎直反力Vg＝0.566PL＝0.566×0.6798×500＝192.4(t)(參見《拱橋設計計算手冊》P103并查P385的附錄Ⅱ表5即可得)3.彈性中心Ys(查上述手冊P102、P439附錄Ⅲ表可得)α＝0.3284，故Ys＝αf＝0.3284×50＝16.42(m)4.彈性壓縮系數(shù)μ1(參見上述手冊P104)任意拱截面，拱的彈性壓縮系數(shù)按下式計算μ1=LE·V1·F·∫sY2·dsE·I]]>式中∫sY2·dsE·I]]>可查上述手冊P439附錄Ⅲ表5得∫sY2·dsE·I=0.0983×2×f2E·I]]>進一步查手冊P450附錄Ⅲ表7得1/V1＝1.0266，又因拱橫截面積F＝πD21/4截面積慣性矩I＝πD41/64，則I/F＝D21/16＝0.25因而5.考慮彈性壓縮后的拱內(nèi)壓力計算為K=1n(m+m2-1)=1n(1.347+1.3472-1)=0.8106840]]>參數(shù)η＝(2Kf)/((m-1)L)＝(2×0.81068401×50)/((1.347-1)×500)＝0.467253035因Y1＝(f)/(m-1)(chkζ-1)，tgΦ＝η·shkζ，而ξ=XL/2=X250,shkξ=ekξ-e-kξ2,chkξ=ekξ+e-kξ2]]>故內(nèi)力為M＝μ1·Hg·(Ys-Y1)N＝Hg(1-μ1)/cosΦQ＝μ1·Hg·sinΦ設荷載組合內(nèi)力為N和M，則最大應力為δ＝(N)/(F)±(M)/(W)(見手冊P311)將截面積F＝πD21/4＝π(D+t)2/4(見附圖7)和截面模量W=πD1332=π32(D+t)]]>代入上式得δ=Nπ/4(D+t)2±Mπ/32(D+t)3=4π(D+t)2(N±8MD+t)......(1)]]>(t為軟管壁厚，D為軟管壁心距，D1為軟管外徑)取半拱上的五個點X1，X2，X3，X4，X5，列表計算內(nèi)力如下表。充壓尼侖軟管拱在恒載0.6798t/m作用下內(nèi)力表</tables>從上表分析可知，充氣軟管拱的最大內(nèi)力發(fā)生在拱腳(24)處，為Mmax＝15.746(t-m)＝157.46×104(Kg-cm)Nmax＝487.456(t)＝487456(kg)根據(jù)式(1)得管壁應力即δmax＝1718(kPα)6.軟管強度理論推導及強度驗算通過上述計算說明，當每條軟管拱單位長度內(nèi)承受0.6798(t/m)的均布恒載時，其拱腳截面處將產(chǎn)生最大壓應力δmax＝1718(kPα)。但上述計算是把空心軟管假設為實心園桿進行的，對實際上是空心的軟管而言，它的承載方式，即應力傳遞與分布情況如何以及它是否能安全運行，需進一步說明如下見附圖7，軟管的承載能力來源于管空(14)內(nèi)的預施壓力P0，取決于管壁(13)材料的抗拉強度，為說明簡便起見，假設軟管處于軸心受壓狀態(tài)。軟管的承載機理是向管空預施內(nèi)壓P0，使管壁(13)產(chǎn)生預儲拉應力δt，用以抵抗荷載作用下產(chǎn)生的最大壓應力δmax。顯然管空內(nèi)壓P0因受管壁材料抗拉強度〔δ〕的約束，而軟管受外荷作用產(chǎn)生的最大壓應力δmax必須小于P0作用下產(chǎn)生的管壁縱向拉應力δt。已知軟管外半徑為R1，內(nèi)半徑為R2，壁厚為t，壁心距為D，預施內(nèi)壓為P0，n＝t/D根據(jù)《材料力學》(〔日〕西田正孝著，高等教育出版社1985年版)P267薄壁園筒理論，管壁縱向預儲拉應力為δt=(D)/(4t)P0=(P0)/(4n)………(2)管壁環(huán)向預儲拉應力為δθ＝2δt=(P0)/(4n)……(3)如上所述，假設軟管在外載作用下的內(nèi)力僅有Nmax，并由管空預施壓力P0及其由它使管壁產(chǎn)生的縱向拉應力所平衡。設軟管總截面積為F，管壁截面積為Ft，管空截面積為Fo，顯然由圖可見F＝Ft+F0，根據(jù)力學迭加原理，Nmax＝Nt+N0，設軟管在外荷載作用下產(chǎn)生的折算應力為〔δ1〕，則Nmax＝F〔δ1〕又因Nt＝Ft·δt，N0＝F0·P0，故有F〔δ1〕＝Ft·δt+F0·P0，即〔δ1〕=(F1·δt+F0·P0)/(F)……(4)而F＝πR21，F(xiàn)t＝π(R21-R22)，F(xiàn)0＝πR22將F、Ft、F0及式(2)代入式(4)得[δ1]=(R12-R22)P0/(4n)+R22·P0R12]]>=1/4n[1-(1-4n)(R2/R1)2]·P0........(5)]]>設R2/R1＝m，則R2＝mR1，又因t＝R2-R1，D＝R1+R2，故n=t/D=(R1-R2)/(R1+R2)=(R1-mR1)/(R1+mR1)=(1-m)/(1+m)，即m＝(1-n)/(1+n)……(6)式(6)代入式(5)得軟管在外荷載作用下的折算應力為[δ1]＝1/4n[1-(1-4n)((1-n)/(1+n))2]×P0＝[1-(1-4n)((1-n)/(1+n))2]·δt……(7)很明顯，軟管的折算應力與實心園桿在同一外荷載作用下產(chǎn)生的應力是等價的，故稱式(7)為等價方程。對于任意實際軟管承載時的驗算，都應首先將管空(14)預施內(nèi)壓P0控制在軟管材料許容應力〔δ〕的25%以內(nèi)，即滿足強度條件P0≤K1〔δ〕，(K1≤0.25);然后將實心園桿在外荷載作用下產(chǎn)生的最大應力δmax控制在軟管內(nèi)預施內(nèi)壓P0作用產(chǎn)生的管壁(13)縱向應力δt的50%以內(nèi)，即滿足穩(wěn)定條件δmax≤K2·δt(K2≤0.50)，最后按等價方程式(7)計算設計內(nèi)壓P0或壁厚t。從提高材料強度利用率和預防爆炸等經(jīng)濟和安全因素考慮，對任意實際工程的K1和K2都應經(jīng)過充分論證。對于本實施例，當尼侖軟管中充入氣體后，將產(chǎn)生一定內(nèi)壓，設內(nèi)壓P0＝981(kPα)，查《建筑材料手冊》(湖南科技出版社1986年版)知，尼侖的許容抗拉強度〔δ〕＝49033(kPα)顯然有P0/[δ]＝981/49033＝0.02即P0＝0.02〔δ〕＜0.25〔δ〕，K1＜0.25，滿足強度條件要求。已知軟管外徑D1＝200cm，設軟管壁厚為t，則壁心距D＝D1-t，于是按薄壁園筒環(huán)向應力公式計算t，即t=(P0·D)/(2［δ］)=(P0(200-t))/(2［δ］)，解出t得t=(200P0)/(2［δ］+P0)=(200×981)/(2×49033+981)=1.981(cm)則管壁縱向應力為δt＝(D)/(4t)P0＝((200-1.981)×981)/(4×1.981)＝24516(kPa)因δmax＝1817kPα，故δmax≤K2·δt(K2＝0.0741＜0.5)滿足穩(wěn)定要求，現(xiàn)按等價方程驗算等價的折算應力〔δ1〕是否與實心園桿在外荷載作用下產(chǎn)生的應力δmax一致。計算時允許偏大4%以內(nèi)。因n＝(t)/(D)＝(t)/(200-t)＝1.981/(200-1.981)＝0.01，故[δ1]＝[1-(1-4n)((1-n)/(1+n))2]·δt＝[1-(1-4×0.01)×((1-0.01)/(1+0.01))2]·δt＝[1-(1-4×0.01)×((1-0.01)/(1+0.01))2]×24516＝1904.15(kPa)顯然〔δ1〕＝1904.15kPa比δmax＝1817kPα偏大超過4%，需重新計算。設t＝2.5cm，則D＝200-2.5＝197.5cm，按上述相同程序計算。δt＝D/4t·P0＝197.5/(4×2.5)×981＝19374.75(kPa)滿足δmax＜K2·δt要求(K2＝0.0938＜0.5)n＝(t)/(D)＝2.5/197.5＝0.012658228[δ1]＝[1-(1-4n)((1-n)/(1+n))2]·δt＝[1-(1-4×0.013)×((1-0.013)/(1+0.013))2]×19374.75＝1889.19(kPα)〔δ1〕＝1889kPα比δmax＝1817kPα偏大3.97%小于4%。上述說明，每條軟管拱在0.6798(t/m)的均布恒載作用下，使用壁心距D＝1.975m，壁厚t＝0.025m的尼侖軟管，向管內(nèi)充入P0＝981(kPα)的內(nèi)壓，即可保證施工安全。換句話說，這條軟管拱具有安全支承均布恒載為0.6798(t/m)的能力，而由所有這些軟管組成的整個充壓軟管支架也就具有施工支承力。上述可見，僅僅由充壓軟管支架就能支承底模(2)、硬質(zhì)薄壁管絡骨架(3)及拱體胎拱(5-1)混凝土澆注。為了簡化，這里并未計算底模和硬質(zhì)薄壁管絡骨架的支承力，無疑對輕便組合起動支架施工支承的安全性更有利。設置輕便組合起動支架后開始澆注拱體(5)混凝土。前面說過，整個拱體混凝土澆注分為“胎拱”(5-1)和i(i＝1、2、3、……)期“雛拱”進行，每次新增澆注量都必須根據(jù)計算確定。下面就計算理論作簡要說明。附圖6為本實施例混凝土拱示意圖。X為拱軸縱座標，Y1為豎座標，Z為橫座標，O為座標原點(拱頂)(23)。附圖2為拱體A-A剖面澆注期序示意圖。設fx為拱體A-A剖面在裸拱自重作用下的應力系數(shù)，混凝土的容重為r1，安全系數(shù)為K，B為拱體(5)的截面寬度，N為A-A剖面混凝土單位面積的承載力，i為澆注期序，i＝1、2、3、……m，拱體“胎拱”的期序i＝1。拱體成拱的最末一次澆注期序i＝m，拱體“雛拱”期序1＜i＜m〔i＝2、3、4、……(m-1)〕，h為拱體設計總高度(即成拱高度)，△hi為i期“雛拱”的新增澆注厚度，hi為i+1期“雛拱”澆注前的已成拱體即i期“雛拱”的總厚度，T為混凝土澆注的齡期，Ti為i期“雛拱”的總齡期，△Ti為i期“雛拱”頂層最末一期混凝土的齡期，Ta、Tb分別為混凝土預知的兩個齡期，Ni為混凝土齡期為Ti的抗壓強度，Na、Nb分別為混凝土預知齡期的預知抗壓強度，那么第i+1期“雛拱”澆注之前的整個拱體(5-2)(含“胎拱”的i期“雛拱”)對i+1期“雛拱”新增澆注荷重的支承力為A=B·N1·Δh1+B·N2·Δh2+......+B*NiΔhi=B·Σi=1mNiΔhi]]>(m＝1、2、3、……)第i+1期“雛拱”之前的拱體(5-2)(含“胎拱”的i期“雛拱”)所承受的荷重為D=r1·B·fxΣi=1mΔhi+1]]>(m＝1、2、3、……)為保證第i+1期“雛拱”(5-3)的施工安全，應使第i+1期之前的拱體有足夠的支承力，以承擔其自重和第i+1期“雛拱”新增澆注混凝土荷重以及施工荷載，則有A≥K·D(K≥1)即BΣi=1mNiΔhi≥K·r1·B·fxΣi=1mΔhi+]]>(m＝1、2、3、……)……(8)根據(jù)附圖2可知Σi=1mΔhi+1=Σi=1mΔhi+Δhi+1(m=1,2,3,.......)......(9)]]>將式(9)代入式(8)得Δhi+1≤1K·r1·fxΣi=1mN1Δhi-hi(m=1,2,3,......)......(10)]]>根據(jù)《建筑材料》(王國欣主編，中國工業(yè)出版社1964年版)P100的混凝土抗壓強度計算公式可計算出累計齡期為STi的每層混凝土的抗壓強度為Ni=Na+(lg(1+lgSTi)-lg(1+lgTa))/(lg(1+lgTb)-lg(1+lgTa))·(Nb-Na)……(11)i期“雛拱”的各層混凝土的累計齡期可按下述方法推求見附圖2，i期“雛拱”Ti時各層混凝土的累計齡期是自下而上逐漸迭減的?！疤ス啊被炷?5-1)的累計齡期最長，為Ti;最末一期澆注的頂層混凝土累計齡期最短，為△Ti。令△T0＝0，則“胎拱”層混凝土的累計齡期為ST1＝Ti-△T0＝Ti第一層混凝土的累計齡期為ST2＝Ti-△T0-△T1＝Ti-△T1第二層混凝土的累計齡期為ST3＝Ti-△T0-△T1-△T2＝Ti-△T1-△T2第三層混凝土的累計齡期為ST4＝Ti-△T0-△T1-△T2-△T3＝Ti-△T1-△T2-△T3以此類推第i層混凝土的累計齡期為(m＝1、2、3、……)……(12)實際計算時，先按式(12)計算出STi值，然后將其代入式(11)計算Ni，再將Ni值代入式(10)即可，其綜合算式為自胎拱起的整個拱體混凝土澆注的每次新增澆注量都按式(13)計算確定。由上述計算可知，每一期新增澆注混凝土都在前期混凝土支承下澆注。從理論上講，當“胎拱”達到一定齡期后，充壓軟管支架和底模即可拆除，完全依靠“胎拱”和“雛拱”混凝土結硬過程中的早期強度積累自動支承施工。若充分考慮由充壓軟管支架、底模和硬質(zhì)充壓薄壁管絡骨架組成的輕便組合起動支架的支承作用，將大大提高拱體混凝土澆注的進度與施工的安全可靠性。下面按肋拱圈、板拱圈和箱形拱圈三種不同的拱圈結構形式，分三個實施例對本發(fā)明的具體施工步驟敘述如下。實施例一，肋拱圈施工如附圖1，首先進行基礎基處理，在澆注邊墩(6-1)、中墩(6′-1)時，根據(jù)設計軟管和硬質(zhì)薄壁管的數(shù)量及其分布，如附圖13，在拱座中及其附近依次安裝總管、總閘、預埋軟管輸壓管分管(7-1)和支管(7-2)以及硬質(zhì)管輸壓管分管(7′-1)和支管(7′-2)，同時安裝軟管輸壓管閘閥(8-1)、(8-2)和(8-3)以及硬質(zhì)管輸壓管閘閥(8′-1)、(8′-2)和(8′-3)，裝配監(jiān)測儀表(26)，設置計算機程序控制(27)及各閘的自動控制機構(28)，并將其連通形成有自動功能的控制系統(tǒng)。之后，澆注上部孔墩立柱(6-3)和(6′-3)，在其上架設臨時支架(6-4)和(6′-4)，將預先委托廠家按設計拱軸線要求制作的尼侖軟管(1-1)搬到拱座(6-2)和(6′-2)相應位置(或利用河水漂運到位)，將其逐根與由閘閥(8-2)控制的軟管接口(7-3)密閉連接，如附圖3、12、及13。然后用孔墩立柱(6-3)和(6′-3)上臨時支架(6-4)和(6′-4)的輔助吊繩(15)將所有無壓尼侖軟管(1-1)如附圖4所示懸掛起來(不采用輔助繩懸掛亦可)，開啟閘閥用現(xiàn)場加壓站(25)向軟管中緩緩充入壓縮氣體，由于氣壓力學特性，無壓軟管會自動恢復拱形原狀，并因氣壓作用而使尼侖軟管自動成為具有一定強度和穩(wěn)定性的彈性軟管拱，如附圖5。隨后用尼侖帶箍(1-3)將所有軟管拱縱向等距捆束起來形成充壓軟管支架(1)，見附圖8、9。然后再充氣調(diào)整軟管內(nèi)壓使其達到設計值后，根據(jù)當?shù)氐匦?、氣象等條件，在充壓軟管支架兩側設置風纜以增強其穩(wěn)定性。架設充壓軟管支架(1)后，按附圖1、10及11，在充壓軟管支架(1)上沿縱向通長鋪設弧面座板(2-1)和面板(2-2)，如附圖16?；∶孀搴兔姘逯g沿縱向每隔2/3米鋪設寬度為1/3米的直撐板(2-3)和斜撐板(2-4)，用以加強弧面座板與面板之間的聯(lián)結。上述各板均采用聚丙烯塑料，并預先委托廠家制作為設計拱軸線所需構件后現(xiàn)場組裝，即構成雙曲拱式底模。該底模兩端直接安裝在拱座(6-2)與(6′-2)上成為一個完整的雙曲拱式結構，具有的一定承載力，如附圖10。在底模頂面的拱肋間距內(nèi)架設六組上層軟管，每組兩排，每排上下各一根重迭起來，共四根，均使用與充壓軟管相同規(guī)格的軟管。將各組上層軟管與拱座上相應的軟管接口密閉連接后充氣，用尼侖帶(1′-3)將其拴結在面板的倒鉤(17)上，如附圖15。成為與底模緊密相連的六組上層充壓軟管支架，可分擔底模所受菏載。然后在各上層充壓軟管支架兩側(兩邊肋僅內(nèi)側)縱向通長豎立側模(2′)，以各側模為柱，在上面搭設工作平臺(16)。如附圖11，在側模(2′)和面板(2-2)所界定的空間內(nèi)架設硬質(zhì)薄壁管絡骨架(3)。該骨架如附圖17，先由縱向弦管(3-1)、豎向撐管(3-2)和斜向撐管(3-3)組成平面拱式桁架，然后再用橫向系管(3-4)及橫向撐管(3-5)組成空間拱式桁架。上述各管均采用高強、輕質(zhì)、耐銹蝕的合金鋼薄壁管，并由廠家按設計拱軸線要求制作為管件，現(xiàn)場焊接。豎向撐管沿弦管縱向間隔3.6米設立。將各弦管與拱座上相應硬質(zhì)管接口焊接充壓至設計值，即形成具有一定強度和剛度的充壓硬質(zhì)薄壁管絡骨架，實際上是一個完整的鋼拱架。為發(fā)揮充壓硬質(zhì)薄壁管絡骨架的施工支承作用，在所有下弦管節(jié)點下再焊接上具有管心嵌固螺帽(18)的開敞式連接管(19)，通過螺帽螺絲(22)用螺栓(20)與面板上的螺孔(21)相連。見附圖14。如附圖2，按算式(13)計算并進行拱體“胎拱”混凝土澆注。澆注中，可向硬質(zhì)薄壁管絡骨架內(nèi)輸入一種連續(xù)振動波，使管壁作受迫振動，從而使管周一定范圍內(nèi)混凝土被振搗密實。為節(jié)省振動能量，將“胎拱”混凝土所對應的那部分硬質(zhì)充壓薄壁管絡骨架閉封，不與其它硬質(zhì)充壓薄壁管絡相通。同時，利用現(xiàn)場加壓站和壓力輸配與自動調(diào)控系統(tǒng)，隨時對氣壓、支架及其已成拱體的應力和應變情況進行準確的監(jiān)測和調(diào)控，使各管中壓力值始終保持在管壁材料許容抗拉應力的25%以內(nèi)。“胎拱”混凝土結硬并達到預定強度后，將“胎拱”以上混凝土按算式(13)計算分為多期“雛拱”循序澆注，利用i(i＝1、2、3、……)期“雛拱”混凝土結硬過程中早期強度積累支承i+1期“雛拱”混凝土澆注，直至完成整個肋拱圈施工。施工完成后或施工中需拆除充壓軟管支架和模板時按以下方法實施拱圈底面以上所有上層充壓軟管支架和各種模板及工平臺均可在充壓軟管支架(1)和底模(2)上很方便地被拆除;拱圈底面以下的充壓軟管支架(1)及其底模(2)，只要先降低軟管中氣壓使底模與已成拱圈的底面脫模形成足夠空隙，即可在業(yè)已降低的充壓軟管支架(1)上很方便地拆除底模。之后，從拱頂(23)向拱腳(24)對稱依次拆除尼侖帶箍(1-3)。接著橫向從外至內(nèi)依次逐根慢慢放掉軟管中氣壓使其在自重作用下緩緩倒懸。然后在一個拱座上將軟管一端用懸索掛在拱圈底面上預埋的吊耳上，拆除接頭(7-3)，放松懸索緩緩地把軟管放到地面上(或河中)，最后拆除另一拱座上軟管接頭，即可把軟管完全拆除搬到需用的地方去。實施例二，板拱圈施工若對板拱圈橫向全斷面澆注其“胎拱”荷載過大時，可先按實施例一的方法架設充壓軟管支架(1)和鋪設底模(2)，隨后，如附圖11和18，將板拱圈橫向分為幾條寬度相同、間距相等的“胎拱肋”，并采用與肋拱圈相同的方法鋪設側模(2′)和架設硬質(zhì)充壓薄壁管絡骨架(3)，澆注“胎拱”至i期“雛拱”混凝土，即形成“胎拱肋”。然后拆除中間的上層充壓軟管支架及側模(2′)，并架設硬質(zhì)充壓薄壁管絡骨架(3)，澆注“肋拱”至i期“雛拱”混凝土與“胎拱肋”齊平，形成整個板拱圈的全斷面“胎拱”(5-1)。最后加高兩邊上層充壓軟管支架并達到設計板拱圈頂面，架設硬質(zhì)充壓薄壁管絡骨架，按算式(13)計算，分期澆注i(i＝1、2、3、……)期“雛拱”，直至完成整個板拱圈施工。施工完成后或施工中需拆除充壓軟管支架和模板時按以下方法施工拱圈底面以上所有上層充壓軟管支架和各種模板以及工作平臺，均可在已成拱圈上很方便地被拆除;拱圈底面以下的充壓軟管支架(1)和底模(2)，可用拆除肋拱圈充壓軟管支架和底模相同的方法拆除。實施例三，箱形拱圈施工如附圖19，先采用肋拱圈的方法架設充壓軟管支架(1)和鋪設底模(2)，再采用板拱圈的方法澆注箱形拱底板(9-1)。隨后在底板(9-1)上，根據(jù)箱形拱圈邊墻(9-2)與縱向隔墻(9-3)的高度、數(shù)量以及布置要求，又采用與肋拱圈相同的方法，加高邊墻外側的上層充壓軟管支架，架設隔墻間距內(nèi)的上層充壓軟管支架，然后鋪設各充壓軟管支架的側模(2′)和各隔墻的硬質(zhì)充壓薄壁管絡骨架(3)，并澆注邊墻(9-2)及隔墻(9-3)。接著再加高邊墻外側的上層充壓軟管支架至箱形拱圈設計頂面，同時在各隔墻間距內(nèi)的上層充壓軟管支架頂面用與前述底模架設相同的方法鋪設箱形拱圈頂板(9-4)的底模，并架設箱形拱圈頂板(9-4)的硬質(zhì)充壓薄壁管絡骨架，澆注混凝土，最終完成整個箱形拱圈的施工。施工完成后或施工中需拆除充壓軟管支架和模板的方法是拱圈底面以上所有上層充壓軟管支架和各種模板以及工作平臺可在已成拱圈上很方便地被拆除;拱圈底面以下的充壓軟管支架(1)和底模(2)可用拆除板拱圈充壓軟管支架和底模相同的方法拆除。當拱圈施工完成后，拱上建筑可采用現(xiàn)行方法施工。拱圈正常運用后，以混凝土和作為其內(nèi)部加強筋的硬質(zhì)薄壁管絡骨架(3)的共同作用，便足以保證安全，因而可將其充壓薄壁管絡骨架中的內(nèi)壓卸除。在拱圈非常運用(如遇強臺風或強地震預報)時，可利用固定式或移動式加壓設備向硬質(zhì)薄壁管絡中充入流體壓力、如水壓，利用拱體內(nèi)連通水體的隔震或減震效應，可顯著提高拱體抗強臺風或強地震的能力。此外，在運用過程中也需對流體壓力、拱體應力和應變進行準確監(jiān)側和調(diào)控。附件標號表一覽(一共23個標號)權利要求1.一種混凝土拱(5)由混凝土及其內(nèi)部加強筋構成，其特征在于內(nèi)部加強筋為硬質(zhì)充壓薄壁管絡骨架(3)，該骨架由硬質(zhì)薄壁管構成管絡整體連通的空間拱式桁架后充入流體壓力而成。2.根據(jù)權利要求1所述混凝土拱的施工方法，是采用輕便組合起動支架和混凝土分層澆注，其特征在于輕便組合起動支架由充壓軟管支架(1)、底模(2)和硬質(zhì)充壓薄壁管絡骨架(3)組成，施工時先架設充壓軟管支架(1)，接著在充壓軟管支架(1)上并由它支承鋪設底模(2)，又在底模(2)上由充壓軟管支架(1)和底模(2)的共同作用支承架設硬質(zhì)充壓薄壁管絡骨架(3)，再在由充壓軟管支架(1)、底模(2)和硬質(zhì)充壓薄壁管絡骨架(3)構成的輕便組合起動支架支承下澆注拱體“胎拱”(5-1)混凝土，然后將“胎拱”(i＝1)以上拱體混凝土分為i(i＝2、3、4……)期“雛拱”循序逐層澆注，用i(i＝1、2、3、……)期“雛拱”混凝土結硬過程中早期強度積累自動支承完成整個拱體施工，同時澆注第i+1期“雛拱”(5-3)時的新增澆注拱體(5-4)的澆注厚度△hi+1應滿足一定的取值范圍，并可用下式計算確定Δhi+1≤1K·r1·f2Σi=1m[Na+lg(1+lgSTi)-lg(1+lgTa)lg(1+lgTb)·lg(1+lgTa)·(Nb-Na)]Δhi-hi]]>(m=1,2,3,......;STi=Ti-Σi=0i-1ΔTi)]]>3.根據(jù)權利要求2所述施工法，其特征在于(1)，在拱座(6-2)、(6′-2)中及其附近設置壓力輸配與自動控制系統(tǒng)，將每根無壓軟管(1-1)與壓力輸配系統(tǒng)中的軟管接頭(7-3)密閉連接并充氣(對特大跨徑拱可充入氫氣、氦氣等輕質(zhì)氣體)，使每根無壓軟管(1-1)充氣后自動成為充壓軟管拱(1-2)，將所有的軟管拱(1-2)用管箍(1-3)捆束形成充壓軟管支架(1)，并設置風纜;(2)，在充壓軟管支架(1)上鋪設弧面座板(2-1)和面板(2-2)，弧面座板與面板之間用間隔設置的支撐板(2-3)和斜撐板(2-4)聯(lián)結構成雙曲拱式底模(2);(3)，在雙曲拱式底模(2)上，先由縱向弦管(3-1)、豎向撐管(3-2)和斜向撐管(3-3)聯(lián)結成平面拱式桁架，再將各平面拱式桁架用橫向系管(3-4)和橫向撐管(3-5)連接成空間拱式桁架，然后將弦管(3-1)同壓力輸配系統(tǒng)中的硬質(zhì)管接口(7′-3)密閉連接并充氣(空氣、氫氣或氦氣等)形成硬質(zhì)充壓薄壁管絡骨架(3)。4.根據(jù)權利要求2所述施工法，其特征在于軟管采用輕質(zhì)、高強、抗老化尼侖、橡膠或其它彈性(或復合)材料，按設計拱軸線要求預先制作成拱形。5.根據(jù)權利要求2所述施工法，其特征在于底模(2)和側模(2′)等所有模板均采用輕質(zhì)、高強、抗老化的工程塑料或輕質(zhì)、高強、抗銹蝕合金等其他輕質(zhì)、高強材料或復合材料，按設計拱軸線要求制作成組合裝配構件。6.根據(jù)權利要求2所述施工法，其特征在于硬質(zhì)薄壁管絡骨架(3)采用輕質(zhì)、高強、抗銹蝕金屬管或合金管或其他復合材料管，按設計拱軸線要求制作成組合裝配管件。7.根據(jù)權利要求2所述施工法，其特征在于各管中流體壓力用現(xiàn)場設置的固定式加壓站或移動式加壓設備(25)提供，其壓力值被控制在管壁材料許容抗拉應力的25%以內(nèi)。8.根據(jù)權利要求2所述施工法，其特征在于混凝土澆注時，可向硬質(zhì)充壓薄壁管絡骨架(3)中輸入使管壁作受迫振動，從而使管周一定范圍內(nèi)的混凝土被振搗密實的連續(xù)振動波。9.根據(jù)權利要求1所述混凝土拱的運用，其特征在于正常運用時，可卸除其內(nèi)壓;而非常運用、如強臺風或強地震預報時，可向拱體硬質(zhì)薄壁管絡骨架(3)的管絡中輸入具有隔震或減震效應的流體壓力，如水壓，能顯著提高拱體抗震能力。10.根據(jù)權利要求1所述混凝土拱，其特征在于其施工和運用中，均用壓力輸配與自動控制系統(tǒng)對流體壓力、支架或拱體的應力與應變進行自動控制。全文摘要本發(fā)明涉及一種混凝土拱及其施工和運用方法。本拱采用混凝土澆注硬質(zhì)充壓薄壁管而成，由有壓流體、薄壁管和混凝土共同承載，是一種空心充壓的承重結構，具有結構輕巧、變位能力大、跨越能力強的特征。本拱以氣壓為起動力，利用氣壓傳動原理和軟管彈性自動架設軟管支架支承″胎拱″澆注，之后在″胎拱″和i(i＝2、3、4、……)期″雛拱″混凝土結硬過程中早期強度積累的自動支承下完成整個拱體施工。竣工后拱內(nèi)壓力可任意調(diào)整，若充水壓，可顯著提高其抗震能力。采用本方法可使拱體施工跨徑達六百米，降低工程造價三成以上。文檔編號E01D21/00GK1051772SQ9010938公開日1991年5月29日申請日期1990年11月18日優(yōu)先權日1990年11月18日發(fā)明者黃國才申請人:黃國才