拱橋柔性鉸裝置以及拱橋的製作方法

2023-12-02 17:16:51

本發明涉及橋梁工程領域，具體而言，涉及一種拱橋柔性鉸裝置以及拱橋。

背景技術：

葵型拱橋拱上建築取消了立柱或斜撐，改而採用腹拱橫跨主墩直接連接兩邊主拱，大拱上面疊小拱，使得橋梁立面富有層次感，並因其橋型輕盈、通透，造型像葵花瓣而得名。葵型拱橋既有拱橋傳統的厚重美，又因其線型而顯現代的靈動美，具有突出的美學效果。由於墩頂腹拱連接兩側主拱，對主拱產生一水平推力作用，使得主拱承受集中力的作用，增加了結構的受力複雜程度，而主腹拱結合部位受力尤為複雜。

主腹拱結合部位在施工荷載作用下，會產生局部附加應力，該區域是混凝土裂紋出現高頻區。

發明人在研究中發現，傳統的主腹拱橋結構在施工過程中至少存在如下缺點：

傳統的主腹拱橋結構在施工完成後主拱與腹拱的連接位置處易出現裂縫，進而影響橋體的整體質量以及降低了橋體的使用安全性。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種拱橋柔性鉸裝置，以改善傳統的主腹拱橋在施工過程中主拱和腹拱的連接位置處後澆築混凝土時混凝土與鋼筋結構粘結牢固性差、澆築完成後易開裂導致橋體結構穩定性差、安全性差的問題。

本發明的目的在於提供一種拱橋，以改善傳統的主腹拱橋在施工過程中主拱和腹拱的連接位置處後澆築混凝土時混凝土與鋼筋結構粘結牢固性差、澆築完成後易開裂導致橋體結構穩定性差、安全性差的問題。

本發明的實施例是這樣實現的：

基於上述第一目的，本發明提供了一種拱橋柔性鉸裝置，包括至少一個鉸單元以及連接件，至少一個所述鉸單元包括有主筋以及輔助筋，所述主筋包括兩個相對設置的安裝槽，每個所述安裝槽的槽底設置有所述輔助筋，所述輔助筋的一端與所述主筋連接，其另一端朝向所述安裝槽的槽口延伸；相鄰所述主筋通過所述連接件連接。

在本發明較佳的實施例中，所述主筋設置為工字鋼，所述主筋包括有兩個翼板以及位於兩個所述翼板之間的腹板，所述翼板與所述腹板固定連接，每個所述翼板上設置有所述輔助筋，所述腹板的兩個板面上分別設置有所述輔助筋。

在本發明較佳的實施例中，每個所述鉸單元還包括封板，所述主筋的兩端分別安裝有一個所述封板，所述封板的遠離所述主筋的板面上設置有所述輔助筋。

在本發明較佳的實施例中，所述鉸單元還包括有加固件，所述加固件位於所述安裝槽內，且所述加固件與兩個所述翼板連接。

在本發明較佳的實施例中，所述主筋設置有灌注口，所述灌注口連通所述安裝槽。

在本發明較佳的實施例中，所述鉸單元還包括引導件，所述引導件位於所述灌注口內，所述引導件轉動連接在所述主筋上，所述引導件相對於所述主筋轉動過程中，所述引導件能夠打開或者關閉所述灌注口。

在本發明較佳的實施例中，所述引導件為板狀，所述引導件包括位於所述引導件與所述主筋的轉動軸線兩側的第一板部以及第二板部，所述第一板部上設置有限位件，所述限位件位於所述安裝槽內，所述限位件用於限制所述第一板部繞所述轉動軸線沿遠離所述安裝槽的方向轉動至所述灌注口外；所述第二板部與所述主筋之間設置有彈性件，所述彈性件令所述限位件抵緊在所述安裝槽的內壁上。

在本發明較佳的實施例中，所述第一板部的一板面設置為第一斜面，所述第一斜面位於所述安裝槽外；所述第二板部的一板面設置為第二斜面，所述第二斜面位於所述安裝槽內。

在本發明較佳的實施例中，所述限位件包括導向板以及多根限位條，所述導向板的一板面設置為第三斜面，多根所述限位條的一端安裝在所述第一板部上，多根所述限位條的另一端安裝在所述導向板上，多根所述限位條沿著所述轉動軸線的長度方向間隔排布，所述第三斜面朝向所述安裝槽的槽壁設置；所述第一板部繞所述轉動軸線沿遠離所述安裝槽的方向轉動相對於所述主筋轉動時所述限位條抵緊在所述安裝槽的槽壁上。

基於上述第二目的，本發明提供了一種拱橋，包括主拱、腹拱以及所述的拱橋柔性鉸裝置，所述主拱與所述腹拱通過拱橋柔性鉸裝置連接。

本發明實施例的有益效果是：

綜上所述，本發明實施例提供了一種拱橋柔性鉸接裝置，其結構簡單合理，便於製造加工，安裝與使用方便，同時，該拱橋柔性鉸裝置能夠保證主拱和腹拱結合段後澆築混凝土施工質量，並且可以有效釋放施工過程中產生的附加應力，有效避免了主拱和腹拱結合段混凝土的局部開裂，提高了澆築質量，提高了橋體的牢固性和安全性。具體如下：

本實施例提供的拱橋柔性鉸裝置，包括至少一個鉸單元，每個鉸單元包括有主筋以及輔助筋，主筋包括有兩個相對設置的安裝槽，在安裝槽內安裝有輔助筋，輔助筋的一端與安裝槽的槽底連接，另一端朝向安裝槽的槽口延伸，相鄰的主筋通過連接件連接。在實際施工時，將鉸單元排布呈排狀，相鄰鉸單元的主筋通過連接件連接起來構成類似鋼筋網架的結構。在進行主拱圈澆築時，將拱橋柔性鉸裝置的一側預埋在主拱圈內，待拱橋體系轉換完成後，再進行主拱和腹拱結合段的澆築，將露在外面的拱橋柔性鉸裝置包裹在混凝土內。在進行混凝土澆築時，混凝土與主筋和輔助筋的結合牢固可靠，便於混凝土振搗密實，同時，通過拱橋柔性鉸裝置能夠釋放施工過程中產生的集中應力，避免腹拱和主拱結合部位混凝土開裂，提高了施工的質量和橋體的安全性。

本實施例提供的拱橋包括上述的拱橋柔性鉸裝置，具有上述拱橋柔性鉸裝置的所有優點。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對範圍的限定，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1為本發明實施例的拱橋柔性鉸裝置的結構示意圖；

圖2為本發明實施例的拱橋柔性鉸裝置的鉸單元的一視角示意圖；

圖3為本發明實施例的拱橋柔性鉸裝置的鉸單元的另一視角示意圖；

圖4為本發明實施例的拱橋柔性鉸裝置的主筋與引導件、限位件的安裝結構的示意圖；

圖5為本圖4中的局部放大示意圖；

圖6為本發明實施例的拱橋柔性鉸裝置的主筋與引導件、限位件的安裝結構的應用狀態示意圖；

圖7為本發明實施例的拱橋柔性鉸裝置的應用狀態示意圖。

圖標：1－拱橋柔性鉸裝置；10－鉸單元；11－主筋；111－翼板；112－腹板；113－安裝槽；114－灌注口；12－輔助筋；20－連接件；30－加固件；40－封板；50－引導件；51－第一板部；511－第一斜面；52－第二板部；521－第二斜面；60－限位件；61－限位條；62－導向板；621－第三斜面；622－楔形間隙；70－彈性件；80－轉軸；100－主拱；200－腹拱後澆段。

具體實施方式

鋼筋混凝土拱橋是常見的一種橋梁形式，在跨越河流、峽谷中大量採用。拱橋拱圈通常包含主拱圈和腹拱圈組成，考慮在恆載+降溫+腹拱拱腳活載最不利作用下，腹拱拱腳上緣最大拉應力可能超過混凝土的拉應力極限，腹拱的拱腳以及荷載加載區極可能導致開開裂。通常在腹拱在拱腳處設鉸(不完全鉸)，鉸處為砼實體段，將拱腳截面的頂底面開槽，分兩次澆築，在與主拱交接處採用普通鋼筋連接，施工主拱時預埋腹拱拱腳鋼筋，待施工完橋面系後，拆除腹拱支架，進行腹拱封鉸，形成無鉸拱。根據常見的設計工序施工，由於主拱相交位置鋼筋密集，在主拱頂板內單排布置密集主筋，幾乎形成鋼板狀結構，無法保證混凝土下料及振搗密實。施工中腹拱封鉸難度大，難以確保該區域混凝土施工質量。

鑑於此，發明人設計了一種拱橋柔性鉸裝置以及拱橋，拱橋柔性鉸裝置1包括多根間隔設置的主筋11和安裝在主筋11上的輔助筋12，主筋11之間間隔設置且通過連接件20連接為整體，在施工主拱100時將柔性鉸裝置預埋在主拱100圈內，待腹拱支架拆除後，在腹拱和主拱100處澆築混凝土連接，由於柔性鉸裝置具有空隙，便於混凝土的流動，提高混凝土與柔性鉸裝置的結合牢固性。

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。

因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本發明的範圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語「上」、「下」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，或者是該發明產品使用時慣常擺放的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」等僅用於區分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「設置」、「安裝」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

需要說明的是，在不衝突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。

拱橋柔性鉸裝置實施例

請參閱圖1，本實施例提供了一種拱橋柔性鉸裝置1，包括有至少一個鉸單元10、連接件20、加固件30、封板40、引導件50、限位件60、彈性件70以及轉軸80。

請參閱圖2－圖6，鉸單元10包括有主筋11以及輔助筋12，主筋11設置為工字鋼，主筋11包括有兩個相對設置的翼板111以及包括位於兩個翼板111之間的腹板112，翼板111為矩形板狀，腹板112為矩形板狀，腹板112的板面垂直於兩個翼板111的板面。腹板112和兩個翼板111構成了具有兩個安裝槽113的主筋11。在一個翼板111上設置有兩排灌注口114，兩排灌注口114位於腹板112的板面的兩側，位於同一排的多個灌注口114沿著翼板111的長度方向間隔排布。每個灌注口114為矩形開口。在翼板111的遠離腹板112的板面上焊接有多根輔助筋12，輔助筋12垂直於翼板111的板面設置；在腹板112的兩個板面(安裝槽113的槽底壁)上分別設置有多根輔助筋12，每根輔助筋12的一端安裝在腹板112上，另一端朝向安裝槽113的槽口延伸，進一步的，輔助筋12垂直於腹板112的板面設置。

連接件20用於連接相鄰鉸單元10，連接件20可以是鋼板、鋼筋等鋼結構，結構簡單，便於製造加工，取材方便，節省製造成本。

加固件30為鋼筋或者鋼板，用於安裝在安裝槽113內，起到支撐兩個翼板111的作用。本實施例中，加固件30為鋼筋，加固件30的兩端分別焊接在兩個翼板111上，加固件30垂直於翼板111的板面設置。加固件30的數量按需設置，在此不進行具體限定。

封板40為鋼板，在每根主筋11的兩端分別焊接一個封板40，封板40分別與腹板112和兩個翼板111進行焊接固定。在封板40上焊接多根輔助筋12，輔助筋12垂直於封板40設置，輔助筋12位於封板40的遠離主筋11的板面上。

引導件50設計為矩形板狀，引導件50設置有轉動孔，轉動孔的軸線與引導件50的長度方向的中線重合，引導件50具有位於轉動孔的軸線兩側的第一板部51和第二板部52，第一板部51的一板面上設置有第一斜面511，所述第二板部52的一板面上設置有第二斜面521，第一斜面511和第二斜面521位於引導件50的板面的兩側。

限位件60包括有導向板62以及多根限位條61，導向板62的一板面設置為第三斜面621，限位條61為矩形條，限位條61的一端用於安裝在第一板部51上，限位條61的另一端與導向板62連接。多根限位條61間隔設置，平鋪在導向板62上。

彈性件70設置為彈簧；轉軸80為圓柱形軸。

請參閱圖7，本實施例提供的拱橋柔性鉸裝置1，將多個鉸單元10通過連接件20連接，多個鉸單元10的多根主筋11並排間隔設置，即多根主筋11位於同一平面內且多根主筋11平行設置。每根主筋11的腹板112的兩個板面上分別焊接間隔排布的多根輔助筋12，輔助筋12垂直於腹板112設置，在翼板111的外側板面上分別垂直焊接多根輔助筋12。將限位條61焊接在第一板部51上，多根限位條61沿著轉動孔的軸線間隔排布，限位條61與第一斜面511位於第一板部51的兩側，導向板62上的第三斜面621朝向第一板部51設置，然後利用引導件50的轉動孔將引導件50穿設在轉軸80上。將穿設有引導件50的轉軸80焊接在翼板111上，轉軸80位於灌注口114處，轉軸80的兩端分別焊接在灌注口114的相對的兩個側壁上，轉軸80垂直於腹板112的板面設置，轉軸80將灌注口114分隔形成兩個通孔。焊接完成後，引導件50位於灌注口114內，限位條61和導向板62位於安裝槽113內，導向板62的第三斜面621朝向灌注口114設置，第三斜面621與翼板111的內側壁形成楔形間隙622。同時，引導件50繞著轉軸80相對於主筋11轉動，由於限位條61和導向板62的結構設計，引導件50在相對於主筋11轉動過程中，限位條61和導向板62能夠抵緊在翼板111上，進而限制了引導件50的一個方向的轉動，設定引導件50封蓋在灌注口114(引導件50的板面與灌注口114所在的平面平行)時為初始狀態，第一板部51朝向安裝槽113內轉動為順時針轉動，第二板部52朝向安裝槽113內轉動為逆時針轉動，限位條61和限位板的結構設計能夠限制引導件50在逆時針方向上的轉動趨勢，即引導件50沿著逆時針方向轉動至限位件60抵緊在翼板111的內側壁時，引導件50不能夠繼續轉動。為了進一步限制住引導件50的轉動，在第二板部52與未設置灌注口114的翼板111之間設置有彈性件70，彈性件70呈拉伸狀態，使得限位件60保持抵緊在翼板111上的狀態。

在施工過程中，多個鉸單元10通過連接件20連接形成一個整體結構，將鉸裝置傾斜設置，將鉸裝置的一側預埋在主拱100圈內，主筋11上的灌注口114朝向混凝土澆築側，即朝向上方，且同一灌注口114處的第一板部51的位置低於第二板部52的位置，由於彈性件70的作用，引導件50封蓋在灌注口114處，在進行混凝土澆築時，混凝土流動到灌注口114處時，驅使引導件50順時針轉動，打開灌注口114，混凝土便於進入到安裝槽113內，便於與安裝槽113內的加固件30、輔助筋12結合，同時，從底部進入到安裝槽113內的混凝土先進入到楔形間隙622內，同樣能夠實現引導件50的順時針轉動開啟灌注口114，混凝土便於從灌注口114進入到安裝槽113內。進一步的，在引導件50的兩個板面分別設置有第一斜面511和第二斜面521，混凝土在接觸到第一斜面511和第二斜面521時，引導件50具有導向作用，能夠順利進入到安裝槽113內，澆築過程中，混凝土與鉸裝置結合牢固可靠。

本實施例提供的拱橋柔性鉸裝置1，各個部件採用焊接固定，加工製造簡單，具有至少如下優點：

適應性好：本發明可根據需要，適應不同寬度、不同矢跨比的葵花形拱橋要求。既適於拱圈寬度大的拱橋，也適於拱圈寬度小的拱橋；既適於矢跨比大的拱橋，也適於矢跨比大的拱橋；

結構簡單：本發明結構包括主筋11、連接件20、加固件30、輔助筋12，封板40等結構通過焊接固定；

製作便捷：本發明採用的主筋11由工字鋼製成，輔助筋12由鋼釘製成，可根據需要型號直接採購；連接件20和加固件30由鋼材料製成，經過簡單加工即可完成結構物的製造；

經濟性好：本發明施工方便，提高施工工效，可有效降低項目成本；

運用前景好：本發明對於葵花形拱橋施工期間意義重大，可保證主腹拱結合段後澆混凝土施工質量，並且可以效釋放施工過程中產生的附加應力，避免該區域混凝土局部開裂。

本實施例提供的拱橋柔性鉸裝置1，採用鋼材焊接製成，整個鉸裝置呈具有多個通孔的板狀結構，整個鉸裝置在混凝土澆築過程中具有一定的形變能力，即呈柔性，在澆築過程中能夠有效釋放施工過程中產生的附加應力。

拱橋實施例

本實施例提供了一種拱橋，包括主拱100、腹拱以及上述實施例所述的拱橋柔性鉸裝置1，主拱100與腹拱通過拱橋柔性鉸裝置1連接。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。