專利名稱：拱橋加固型組合拱圈的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種拱橋主體結構，特別涉及一種用于支撐拱橋的拱圈結構。
背景技術：
拱橋指的是在豎直平面內以拱圈作為上部結構主要承重構件的橋梁。拱圈作為橋梁的主要承重部件，受力特點較為復雜，長時間使用后會出現老化，或者，設計標準不能適應于現階段的負荷，達不到長周期使用標準，則需要對拱圈進行加固。在拱橋加固改造工程中，改善主拱圈(拱肋)受力性能的方法主要有增大主拱圈截面、增強拱肋、加強拱肋橫向聯系、減輕拱上建筑重量等幾種基本方法及其結合。現有技術中，采用在拱橋主拱圈底面設置“預壓應力鋼拱承托加固法”加固拱橋，即在拱橋原主拱圈底面緊貼安置曲線形鋼拱圈， 再對鋼拱圈拱腳施加軸向預壓應力，使原主拱圈與鋼拱圈接觸面產生法向預壓應力，從而達到對原主拱圈卸載和加固的目的；還有“拱橋預壓應力結構”(專利號200410(^6151. 0) 的發明專利，即在拱橋的舊拱肋之下安裝新拱肋，舊拱肋與新拱肋之間在垂直方向上有一間隙，且在舊拱肋與新拱肋之間設有預壓應力加載器，通過預壓應力加載器在拱橋的新舊拱肋之間施加預壓應力，對拱橋的舊拱肋起到減負和加固的作用。上述結構均能對拱橋主拱圈加固起到一定的效果，但存在下述問題1、在“預壓應力鋼拱承托加固法”中，原主拱圈與鋼拱圈之間界面的實際接觸和脫離的分布情況非常復雜，與理想的光滑密切接觸狀態相差較大，因此在鋼拱圈拱腳施加軸向預壓應力時，原主拱圈與鋼拱圈接觸界面上的實際法向預壓應力的大小和分布難以準確估計，而原主拱圈內力狀態受到該界面上的法向預壓應力的大小和分布的直接影響，因而該法加固原主拱圈的效果難以確切地進行量化分析。2、在“預壓應力鋼拱承托加固法”中，鋼拱圈需與原主拱圈在全長范圍內接觸，因而法向預壓應力也會在原主拱圈底面全長范圍內分布，而事實上根據拱橋主拱圈的受力特點，在已有橋梁恒載作用下原主拱圈各截面的恒載彎矩可能有正有負，在原主拱圈底面全長范圍內分布的預壓應力可能對一些截面的內力調整有利，也可能對另一些截面的內力調整不利，導致無法確定應力分布，甚至會起到負面作用。3、在“拱橋預壓應力結構”中，舊拱肋與新拱肋通過多點設置預壓應力加載器相連接，構成高次超靜定結構，使得加固設計時計算合理的預加力大小較為困難，也使得通過預壓應力加載器施加預壓應力時，預壓應力加載器之間的相互耦合效應難以估計，預壓應力施加過程難以準確控制，最后可能無法達到合理的舊拱肋與新拱肋預壓應力分布。4、在“拱橋預壓應力結構”中，需要在除了拱腳的多個部位設置預壓應力加載器， 給預壓應力加載操作帶來較大難度和不便。5、前述技術需采用與原主拱圈(拱肋)底邊線形相適應的整體曲線形鋼拱圈或新拱肋，其曲線形式對施工放樣、加工制造及安裝就位均造成較大難度。因此，需要對拱橋主拱圈的加固方式進行改進，具有針對性的對拱圈進行加固，對主拱圈進行合理的內力調整，能夠對主拱圈的受力狀態及加固效果進行準確的分析，避免出現高次超靜定結構導致的預壓應力施工耦合效應，加固后的結構力學模式簡單、施工方便、加固效果明確。
發明內容
有鑒于此，本發明的目的提供一種拱橋加固型組合拱圈，具有針對性的對拱圈進行加固，對主拱圈進行合理的內力調整，能夠對主拱圈的受力狀態及加固效果進行準確的分析，避免出現高次超靜定結構導致的預壓應力施工耦合效應，加固后的結構力學模式簡單、施工方便、加固效果明確。本發明的拱橋加固型組合拱圈，包括主拱圈和位于主拱圈下部的折線形鉸接拱， 所述折線形鉸接拱由依次鉸接的承力桿形成，相鄰鉸接的承力桿鉸接于一承力件，位于折線形鉸接拱兩端部的承力桿被施加預壓應力，所述承力件分布于主拱圈下部并在預壓應力的作用下緊頂主拱圈承受正彎矩部位的下表面，且承力件與主拱圈承受正彎矩部位的下表面自然分離。進一步，所述承力件設有承力面，該承力面頂住主拱圈承受正彎矩部位的下表進一步，所述主拱圈承受正彎矩部位的下表面局部粘貼有鋼板，所述承力件的承力面通過鋼板緊頂主拱圈承受正彎矩部位的下表面；進一步，所述承力件為矩形塊，所述承力桿通過沿主拱圈寬度方向且穿過承力件的鉸接軸直接鉸接于承力件；進一步，位于折線形鉸接拱兩端部的承力桿分別對應被支撐于主拱圈的兩個拱座上，位于折線形鉸接拱兩端部的承力桿下端部與對應的拱座之間通過千斤頂施加預壓應力并墊有預壓應力錨固墊塊；進一步，所述鋼板沿主拱圈寬度方向覆蓋主拱圈承受正彎矩部位的下表面，沿主拱圈縱向的尺寸大于承力件的承力面沿主拱圈縱向的尺寸；進一步，所述承力件設有鉸接槽，相鄰鉸接的承力桿的鉸接端部嵌入鉸接槽并通過穿過鉸接槽兩側壁的鉸接軸鉸接于鉸接槽內，相鄰鉸接的承力桿其中之一鉸接端部為由鉸接軸穿過兩側壁的叉形口，另一承力桿鉸接端部嵌入叉形口并由鉸接軸鉸接。本發明的有益效果本發明的拱橋加固型組合拱圈，利用折線形鉸接拱對主拱圈根據主拱圈內力分布進行有針對性的支撐，利用鉸接點的承力件進行支撐，相鄰承力件在鉸接點的合力即為支撐力，構件形式簡單、輕便，加工、運輸及安裝快捷，且僅需在鉸接拱的兩端部施加預壓應力，施工過程對拱橋橋面交通運行無干擾，對原主拱圈結構無損傷；折線形鉸接拱在施加預壓應力時通過鉸接點與原主拱圈拱底面自然分離式接觸形成靜定結構， 其預壓應力力學模型簡單，位于鉸接點的各承力件預加力大小、方向明確，且折線分段數量 (接觸點數量)和鉸接點位置(接觸點位置)可根據需要靈活調整，可在不增加原結構荷載的前提下有效改善原主拱圈的恒載內力分布，對主拱圈進行合理的內力調整，能很好地適應主拱圈不同截面內力調整的特定需求，避免由于支撐不當產生的負面作用；并且，預壓應力折線形鉸接拱的組成構件在使用期間具有可檢測、可維修和可更換的特性，為拱橋在使用期的維護管理提供了技術便利，可有效提高拱橋的耐久性、延長拱橋使用壽命；避免了現有技術中無法對主拱圈的受力狀態及加固效果進行準確的分析以及出現高次超靜定結構導致的預壓應力施工耦合效應等缺點；本發明同樣適用于新建拱橋使用，可節約主拱圈用料，并起到較好的承力效果。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述。圖1為本發明結構示意圖；圖2為圖1沿A向視圖。
具體實施例方式圖1為本發明結構示意圖，圖2為圖1沿A向視圖，如圖所示本實施例的拱橋加固型組合拱圈，包括主拱圈1和位于主拱圈1下部的折線形鉸接拱2，所述折線形鉸接拱2 由依次鉸接的承力桿形成，相鄰鉸接的承力桿(包括位于折線形鉸接拱中間的承力桿22和位于折線形鉸接拱兩端部的承力桿21)鉸接于一承力件23，如圖所示，折線形鉸接拱2通過首尾鉸接的承力桿形成；其中位于折線形鉸接拱兩端部的承力桿21被施加預壓應力，由于鉸接為直線方向的剛性連接，該預壓應力順序傳遞，貫通于整個鉸接拱；所述承力件23分布于主拱圈1下部并在預壓應力的作用下緊頂主拱圈1承受正彎矩部位的下表面，承受正彎矩部位是指主拱圈1承受正彎矩而需要支撐的部位，不同的主拱圈1結構具有不同的部位，本發明則根據主拱圈的受力分布特點，具有針對性的提供支撐力；且承力件23與主拱圈1承受正彎矩部位的下表面自然分離；自然分離所指為承力件23與主拱圈1承受正彎矩部位的下表面之間僅為緊頂接觸，并無其它連接關系，使主拱圈1與承力件23之間具有接觸面切向相對運動的自由度，以保證預壓應力貫通于鉸接拱傳遞，以保證預壓應力通過接觸面法向壓力直接作用于主拱圈，且避免發生干擾。本實施例中，所述承力件23設有承力面，該承力面頂住主拱圈1承受正彎矩部位的下表面；面接觸利于預壓應力的接觸面法向傳遞，避免出現局部應力突變，利于增加加固效果。本實施例中，所述主拱圈1承受正彎矩部位的下表面局部粘貼有鋼板5，所述承力件23的承力面通過鋼板5緊頂主拱圈承受正彎矩部位的下表面；通過鋼板5進行承力，利于保證主拱圈1與承力件23之間具有良好的接觸摩擦平面，避免發生運動干擾，使預壓應力傳遞過程中損失較小，保證受力的穩定性，同時，使主拱圈不受外力傷害，保證其使用壽命。本實施例中，所述承力件23為矩形塊，所述承力桿(包括承力桿21和承力桿22 的鉸接端部)通過沿主拱圈寬度方向且穿過承力件的鉸接軸M直接鉸接于承力件23 ；結構簡單，拆裝方便。本實施例中，位于折線形鉸接拱兩端部的承力桿21分別對應被支撐于主拱圈的兩個拱座3上，如圖所示，位于折線形鉸接拱兩端部的承力桿21為兩個，一一對應被支撐于主拱圈1的兩個拱座3上；位于折線形鉸接拱兩端部的承力桿21下端部與對應的拱座3之間通過千斤頂施加預壓應力后固定墊入預壓應力錨固墊塊4，千斤頂施加預壓應力屬于本領域技術人員所知道的，在此不再贅述；首先通過千斤頂施加預壓應力，達到設計預壓應力大小后，將預壓應力錨固墊塊放入并直接塞緊錨固于拱座，一次性施加預壓應力，并可根據需要施加不同的預壓應力，而采用不同的預壓應力錨固墊塊厚度，將預壓應力錨固墊塊與折線形鉸接拱兩端部的承力桿下端部焊接或者其他方式的固定連接，即施工完成。本實施例中，所述鋼板5沿主拱圈1寬度方向覆蓋主拱圈1承受正彎矩部位的下表面局部，沿主拱圈1縱向的尺寸大于承力件23的承力面沿主拱圈縱向的尺寸，實踐中，沿主拱圈1縱向的尺寸一般略大于承力件23的承力面沿主拱圈1縱向的尺寸，保證支撐加固效果，避免應力集中，同時具有一定的移動空間。本實施例中，所述承力件23設有鉸接槽23a，相鄰鉸接的承力桿(包括承力桿21 和承力桿22的鉸接端部)的鉸接端部嵌入鉸接槽23a并通過穿過鉸接槽23a兩側壁的鉸接軸M鉸接于鉸接槽23a內，相鄰鉸接的承力桿其中之一鉸接端部為由鉸接軸穿過兩側壁的叉形口 22a，另一承力桿鉸接端部嵌入叉形口 2 并由鉸接軸M鉸接；本結構拆裝方便簡單，并使整個折線形鉸接拱受力平衡穩定，避免受偏心力矩，從而保證主拱圈1的受力狀況。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種拱橋加固型組合拱圈，其特征在于包括主拱圈和位于主拱圈下部的折線形鉸接拱，所述折線形鉸接拱由依次鉸接的承力桿形成，相鄰鉸接的承力桿鉸接于一承力件，位于折線形鉸接拱兩端部的承力桿被施加預壓應力，所述承力件分布于主拱圈下部并在預壓應力的作用下緊頂主拱圈承受正彎矩部位的下表面，且承力件與主拱圈承受正彎矩部位的下表面自然分離。
2.根據權利要求1所述的拱橋加固型組合拱圈，其特征在于所述承力件設有承力面， 該承力面頂住主拱圈承受正彎矩部位的下表面。
3.根據權利要求2所述的拱橋加固型組合拱圈，其特征在于所述主拱圈承受正彎矩部位的下表面局部粘貼有鋼板，所述承力件的承力面通過鋼板緊頂主拱圈承受正彎矩部位的下表面。
4.根據權利要求3所述的拱橋加固型組合拱圈，其特征在于所述承力件為矩形塊，相鄰鉸接的承力桿通過同一沿主拱圈寬度方向且穿過承力件的鉸接軸直接鉸接于承力件。
5.根據權利要求4所述的拱橋加固型組合拱圈，其特征在于位于折線形鉸接拱兩端部的承力桿分別對應被支撐于主拱圈的兩個拱座上，位于折線形鉸接拱兩端部的承力桿下端部與對應的拱座之間通過千斤頂施加預壓應力并墊有預壓應力錨固墊塊。
6.根據權利要求5所述的拱橋加固型組合拱圈，其特征在于所述鋼板沿主拱圈寬度方向覆蓋主拱圈承受正彎矩部位的下表面，沿主拱圈縱向的尺寸大于承力件的承力面沿主拱圈縱向的尺寸。
7.根據權利要求6所述的拱橋加固型組合拱圈，其特征在于所述承力件設有鉸接槽， 相鄰鉸接的承力桿的鉸接端部嵌入鉸接槽并通過穿過鉸接槽兩側壁的鉸接軸鉸接于鉸接槽內，相鄰鉸接的承力桿其中之一鉸接端部為由鉸接軸穿過兩側壁的叉形口，另一承力桿鉸接端部嵌入叉形口并由鉸接軸鉸接。
全文摘要
本發明公開了一種拱橋加固型組合拱圈，包括主拱圈和位于主拱圈下部的折線形鉸接拱，相鄰鉸接的承力桿鉸接于一承力件，位于折線形鉸接拱兩端部的承力桿被施加預壓應力，承力件分布于主拱圈下部緊頂主拱圈承受正彎矩部位的下表面且自然分離；本發明結構簡單，便于安裝和運輸，位于鉸接點的各承力件對主拱圈的預加力大小、方向明確，可根據需要靈活調整，在不增加原結構荷載的前提下有效改善原主拱圈的恒載內力分布，能很好地適應主拱圈不同截面內力調整的特定需求，預壓應力折線形鉸接拱的組成構件在使用期間具有可檢測、可維修和可更換的特性，為拱橋在使用期的維護管理提供了技術便利，可有效提高拱橋的耐久性、延長拱橋使用壽命。
文檔編號E01D4/00GK102425103SQ20111024165
公開日2012年4月25日 申請日期2011年8月22日 優先權日2011年8月22日
發明者彭凱, 徐基平, 程浩, 魏文財 申請人:彭凱