一種適用於橋梁的變直徑拱肋的製作方法

2023-10-10 03:48:14 1

本實用新型涉及橋梁技術領域，具體涉及一種適用於橋梁的變直徑拱肋。

背景技術：

拱橋是指以拱肋作為結構主要承重構件的橋梁。目前，鋼管混凝土拱橋、混凝土拱橋和鋼拱橋是中國拱橋領域的三大主要橋型，其中數量以鋼管混凝土拱橋為最，鋼管混凝土拱橋的拱肋由鋼管和鋼管內填充的混凝土組合而成。由於鋼管的徑向約束限制了受壓混凝土的膨脹，使混凝土處於三向受壓狀態，從而顯著提高了混凝土的抗壓強度。

已建鋼管混凝土拱橋的拱肋均採用了等直徑鋼管混凝土結構，雖然該結構已經得到了廣泛應用，但其仍存在一些局限性，主要表現為：

1、內力調節範圍太小，不能完全適應拱肋不同位置受力變化的需要。拱橋荷載的傳遞途徑為：拱肋跨中區域荷載和內力先全部傳遞至拱腳處，再由拱腳傳遞至地基。因此，越靠近拱腳，拱肋截面承擔的內力越大，拱肋跨度越大，拱肋跨中和拱腳截面的內力差值越大。目前設計普遍採用調整鋼管壁厚的方法，但僅能小範圍的部分解決拱肋不同位置受力差異的問題，對於大跨度的鋼管混凝土拱橋，即使採用變壁厚的鋼管，拱肋跨中和拱腳截面內力仍然相差巨大，如主跨430m的鋼管混凝土拱橋的拱腳截面內力為其跨中截面的3.89倍，由於調整壁厚的方法受限於鋼管截面，因此其能夠調節的內力範圍較小，僅採用調整鋼管壁厚的方法無法滿足設計需求。

2、因為構造原因而導致拱肋結構材料的浪費。對於大跨度鋼管混凝土拱橋，拱腳受力很大需採用大直徑鋼管，若拱肋採用等直徑鋼管混凝土結構，因拱肋跨中區域受力很小，採用很薄壁厚可滿足受力要求。但從構造上來說，鋼管壁厚和其管徑需匹配才能充分發揮鋼管混凝土結構的受力性能，即拱肋跨中區域的鋼管壁厚只能減小至構造壁厚，從而導致跨中區域拱肋材料的浪費。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於：針對目前鋼管混凝土拱橋拱肋不能完全適應拱肋不同位置受力變化的需要、跨中區域材料浪費的問題，提供一種適用於橋梁的變直徑拱肋,能夠克服上述問題。

為了實現上述目的，本實用新型採用的技術方案為：

一種適用於橋梁的變直徑拱肋, 所述拱肋為包括鋼管和混凝土的鋼管混凝土結構,所述拱肋的鋼管位於拱頂部分的外徑小於位於拱腳部分的外徑。

作為優選，所述鋼管由至少三個管段對接而成，位於拱頂部分的管段外徑小於位於拱腳部分的管段外徑。

作為優選，相鄰兩個不同外徑的管段之間還設置有過渡段,所述過渡段用於連接相鄰兩個外徑不同的所述管段，過渡段一端的外徑和與該端連接的管段外徑相等，另一端的外徑和與該另一端連接的管段外徑相等，從而使得整體美觀，便於製造加工，更具體的，過渡段以及與該過渡段連接的兩管段為一體式結構，能具有更好的受力強度，當然，為了節約製造成本，過渡段和與其連接的兩管段也可以是其他固定連接結構，比如可以是焊接或螺紋連接。

作為優選，所述過渡段為一端直徑較大，另一端直徑較小的中空圓臺狀，由此，能夠避免連接處的應力集中，能夠改善鋼管混凝土結構的受力情況，使連接處不易損壞。

作為優選，至少一個所述管段是等壁厚的，由此，便於加工製造，同時能夠避免非等壁厚管段出現的應力集中情況。

作為優選，至少兩個所述管段的壁厚互不相等，由此, 能夠進一步提高第一管段的抗彎、受壓和抗拉強度,當然，並不是一定要依次變化，相鄰的兩管段的壁厚也可以相等，可以按設計需要進行布置。

作為優選，至少一個所述管段由至少兩個鋼管節段對接形成，至少一個所述管段中的至少兩個所述鋼管節段的壁厚不相同，由此，在使用時，壁厚較厚的節段設置在靠近拱腳的位置，也就是設置在受力較大的位置，由於壁厚越厚，鋼管的抗壓、抗彎和抗拉強度均更好，由此，拱肋的強度更好，拱肋更加穩定可靠。

作為優選，所述管段為一體式結構，能具有更好的受力強度。

作為優選，所述過渡段與所述管段之間平滑過渡，能避免連接處的應力集中。

作為優選，所述過渡段的錐度為0.05～0.2。

綜上所述，由於採用了上述技術方案，本申請的有益效果是：

1、應力調節範圍大，能滿足設計需求：採用外徑較小的鋼管作為拱肋的跨中部分或靠近跨中區部分的結構，由此，當拱肋受載時，拱肋的中跨區域受力小於拱肋拱腳受力，由於拱肋拱腳截面面積大於跨中區域截面面積，拱肋跨中區域的最大承受應力與拱腳最大承受應力相比相差不會太大，如果合計合理，在某一受力情況下，理論上能夠使得跨中區域最大承受應力與拱腳最大承受應力相等；並且，由於採用的是變外徑的方式，而鋼管外徑能夠隨需要而增加，隨著鋼管外徑的增加，能夠使得鋼管混凝土結構的截面面積得以增大，相比於僅調節壁厚的方式而言，本方案能夠調節的應力更大，理論上能夠獲得無限大的調節範圍，從而能夠使得大跨度鋼管混凝土拱橋的拱肋各截面能夠承受的最大應力相差不大，能夠滿足大跨度拱橋設計需求；

2、節省跨中區域材料：由於跨中區域的鋼管外徑可以不與拱腳處的鋼管外徑相等，能夠按照受力需求去設計，因此，能夠採用小外徑薄壁厚的鋼管，由此，能夠節省鋼管材料，同時節省混凝土材料；

3、縮短施工時間：跨中區域的鋼管直徑較小，灌入該區域的混凝土量較少，由此，能夠縮短灌注混凝土的時間，從而縮短施工周期。

附圖說明

圖1為一種現有鋼管混凝土拱橋的示意圖；

圖2為本申請鋼管混凝土結構的示意圖；

圖3為本申請區別於圖2的另一種鋼管混凝土結構示意圖；

圖4為本申請區別於圖3的另一種鋼管混凝土結構示意圖；

圖中標記：1-主梁，2-拱上立柱，3-拱肋，31-拱肋跨中區域，32-拱腳，5-過渡段，6-管段，61-鋼管節段。

具體實施方式

下面結合附圖，對本實用新型作詳細的說明。

為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。

本申請中使用的「跨中」即是指拱肋的對此中心，「跨中區域」即指跨中附近的區域。

實施例1

如圖2所示，一種橋梁變直徑鋼管混凝土結構,拱肋為包括鋼管和混凝土的鋼管混凝土結構, 拱肋的鋼管位於拱頂部分的外徑小於位於拱腳部分的外徑，即在靠近拱腳最近的部分採用外徑較大的鋼管，而在靠近跨中最近的部分採用小直徑鋼管，由此，當拱肋受載時，拱肋的跨中區域受力小於拱肋拱腳受力，由於拱肋拱腳截面面積大於跨中區域截面面積，拱肋跨中區域的應力與拱腳應力相比相差不會太大，特別的，在某一受力情況下，理論上能夠使得跨中區域應力與拱腳應力相等；並且，由於採用的是變外徑的方式，而鋼管外徑能夠隨需要而增加，隨著鋼管外徑的增加，能夠使得鋼管混凝土結構的截面面積得以增大，相比於僅調節壁厚的方式而言，本方案能夠調節的應力範圍更大，理論上能夠獲得無限大的調節範圍，使拱腳區域的鋼管混凝土結構應力越小，從而能夠使得大跨度鋼管混凝土拱橋的拱肋各截面的最大應力相差不大；由於跨中區域的鋼管外徑可以不與拱腳處的鋼管外徑相等，能夠按照受力需求去設計，因此，能夠採用小外徑薄壁厚的鋼管，由此，能夠節省鋼管材料，同時節省混凝土材料。

進一步的，鋼管由至少三個管段6對接而成，位於拱頂部分的管段6外徑小於位於拱腳部分的管段6外徑，至少兩個管段6的外徑不相同，距離跨中最近的管段6的外徑小於距離拱腳最近的管段6的外徑，由此，當為三個管段6時，跨中區域作為一個管段6，兩個拱腳附近作為其他兩個管段6，相比於僅調節壁厚的方式而言，本方案能夠調節的應力更大，理論上能夠獲得無限大的調節範圍，從而能夠使得大跨度鋼管混凝土拱橋的拱肋各截面的最大應力相差不大，能夠滿足大跨度拱橋設計需求，並且由於跨中可以採用管徑較小的鋼管，可以節省跨中區域管段6的鋼材和混凝土材料，同時，能夠縮短施工時間。

進一步的，相鄰兩個不同外徑的管段之間還設置有過渡段5,過渡段5用於連接相鄰兩個外徑不同的管段6，過渡段5一端的外徑和與該端連接的管段6外徑相等，另一端的外徑和與該另一端連接的管段6外徑相等，從而使得整體美觀，便於製造加工，更具體的，過渡段5以及與該過渡段5連接的兩管段6為一體式結構，能具有更好的受力強度，當然，為了節約製造成本，過渡段5和與其連接的兩管段6也可以是其他固定連接結構，比如可以是焊接或螺紋連接。

更具體的，過渡段5為一端直徑較大，另一端直徑較小的中空圓臺狀，大頭端與外徑較大的管段6連接，小頭端與外徑較小的連接，並且過渡段5與管段6之間平滑過渡，由此，能夠避免連接處的應力集中，能夠改善鋼管混凝土結構的受力情況，使連接處不易損壞，更具體的，過渡段5外形呈錐形，過渡段5與管段6通過圓角過度，加工方便，製造成本低。

進一步的，至少一個管段6是等壁厚的管段6，即該管段6沿軸線任意位置的壁厚均為定值，由此，便於加工製造，同時能夠避免非等壁厚管段6出現的應力集中情況，更特殊的，所有管段6均是等壁厚管段6，如此，能夠進一步降低加工成本，

實施例2

如圖3所示，區別於實施例1中的所有管段6的壁厚均為同一壁厚，本實施例中的至少兩個管段6的壁厚互不相等，由拱腳至跨中，管段6的壁厚逐漸減小，即越靠近拱腳位置，管段6壁厚越厚，由此, 能夠進一步提高第一管段6的抗彎、受壓和抗拉強度,當然，並不是一定要依次變化，相鄰的兩管段6的壁厚也可以相等，可以按設計需要進行布置。

實施例3

如圖4所示，區別於實施例1中的等壁厚管段6，本實施例中的至少一個管段由至少兩個鋼管節段61 1對接形成，至少一個管段中的至少兩個鋼管節段61的壁厚不相同，鋼管節段61形成的管段6可以是一體式結構，也可以是焊接或螺紋連接形成的固定連接結構。本實施例中的部分或全部管段6由採用壁厚不同的節段連接而成，即部分或全部管段6不是等壁厚管段6，由此，在使用時，壁厚較厚的節段設置在靠近拱腳的位置，也就是設置在受力較大的位置，由於壁厚越厚，鋼管的抗壓、抗彎和抗拉強度均更好，由此，拱肋的強度更好，拱肋更加穩定可靠。

進一步的，過渡段5的錐度為0.05～0.2，過渡段5外形為圓錐形，該圓錐的錐度為0.05～0.2，本申請的錐度是指圓錐的底面直徑與錐體高度之比，如當過渡段5的錐度為0.05時，過渡段5很長，跨度較大，能夠節省製造成本和施工成本；當然，過渡段5的錐度為也可以為0.2，此時過渡段5長度較小，跨度短，能夠適應設計，使鋼管混凝土結構各區域的應力相差不大，節省材料成本；或者，過渡段5的錐度為0.075或0.1或0.125時，此時長度適中，跨度適中，在製造成本和施工成本較低的情況下，材料成本較少，並且，鋼管混凝土結構各區域的應力相差也不大。

凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。