专利名称：混凝土拱式架桥机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种架设桥梁的架桥机械，特别涉及一种混凝土拱式架桥机。
背景技术：
现有技术中，所有架桥机的承重部件均采用贝雷片或钢桁架梁组装而成的钢桁架无预应力梁结构，虽说可以满足桥梁架设的要求，但是，这种结构的架桥机用钢量较多，重量大，造价比较高。比如，40米跨度的传统架桥机，仅仅是桁架梁所用的钢桁片总量就约100-130吨，桁架梁造价至少在80-100万元，导致架桥机的制造成本过高。由于材料强度以及架桥机体积问题，业内还没有采用其他材料来代替钢材料的先例，因此，需要一种结构简单、体积不大并且能够大幅度节约制造成本的架桥机。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种混凝土拱式架桥机，本发明的架桥机承重构件采用混凝土浇注，大幅度地节约了制造成本，本体采用拉索和拱形梁结构，结构简单，使用方便。
本发明所述的混凝土拱式架桥机，包括液压系统、机电系统、系梁、横梁、撑杆、压重、钢轨、架梁小车、支腿、行走钢轮，还包括拱肋、吊杆、立柱、拉索，所述拱肋两端与系梁连接组成拱形梁，拱肋与系梁之间通过吊杆进行连接，所述撑杆和拱形梁分别设置在立柱两侧并与立柱底部连接，拱形梁与撑杆远离立柱的一端通过拉索与立柱顶端连接，所述拱肋、系梁、横梁、立柱和撑杆为钢筋混凝土浇注构件，所述钢轨设置在系梁底部。
进一步，所述系梁、立柱和撑杆均为两组，两组系梁、立柱和撑杆分别通过横梁进行连接，所述拱肋为两组，两组拱肋通过横撑进行连接，所述横梁和横撑为钢筋混凝土浇注构件；进一步，所述拱肋、系梁、立柱、撑杆采用分段预制；进一步，所述系梁、吊杆以及拉索安装时施加预应力；进一步，所述拱形梁和撑杆的一端与立柱底部采用一体浇注的方式呈倒T字形垂直连接；进一步，所述撑杆为中空浇注。
本发明的有益效果本发明所述的预应力混凝土拱式架桥机的主要承重部件都是由钢筋混凝土浇注而成，可以大幅度节约制造成本，例如，可架单孔跨度为40米桥梁的本发明架桥机，架梁总重量为200吨，含机电及液压系统造价不到50万，相对于现有技术的架桥机从制造和施工成本上都明显降低，采用拱形梁结构使整个架桥机结构简单、体积不大，部分构件在满足受力条件的基础上可以中空浇注，使整机重量减轻并节约材料。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明所述的预应力混凝土拱式架桥机结构示意图；图2为本发明所述的预应力混凝土拱式架桥机结构俯视图；图3为图1沿I-I向示意图；图4为图3所示A部位放大图；
图5为本发明所述横梁的横截面示意图；图6为本发明所述横撑的横截面示意图；图7为本发明所述系梁的横截面示意图；图8为本发明所述拱肋的横截面示意图；图9为本发明所述撑杆的横截面示意图；图10为本发明所述立柱的横截面示意图。
具体实施例方式
本实施例适用于跨度为35米、验算重量为140吨以下的架桥施工作业。
图1为本发明所述的预应力混凝土拱式架桥机主视图，如图所示，混凝土拱式架桥机包括拱肋1、系梁2、吊杆3、横梁4、横撑5、立柱6、拉索7、撑杆8、压重9、钢轨10、小车11、三组支腿12、支腿下部安装的行走钢轮13。拱肋1、系梁2、立柱6、撑杆8均为两组，两组拱肋1通过横撑5进行连接，两组系梁2、立柱6、撑杆8分别通过横梁4进行连接。拱肋1、系梁2、横梁4、横撑5、立柱6、撑杆8为钢筋混凝土浇注构件，吊杆采用的预应力钢绞线规格为1Φ15.2预应力钢绞线，拉索的规格为规格为6Φ15.2预应力钢绞线。拱肋1为抛物线形，使拱肋1受力情况较好，每组拱肋1两端与系梁2连接组成拱形梁，拱肋1与系梁2中部通过12根吊杆3进行连接。撑杆8和拱形梁分布在立柱6两侧与立柱6采用一体浇注的方式呈倒T字形垂直连接，撑杆8和拱形梁与立柱6的连接方式也可以是采用焊接或螺栓连接、公母榫连接、预应力钢绞线连接、铰接，并且不要求严格垂直。立柱6顶端设置有拉索7，拱形梁与撑杆8远离立柱6的一端通过拉索7与立柱6顶端连接，拉索7可以连接在拱形梁的拱肋1或系梁2上，图1所示的本实施例连接在系梁2上，在撑杆8末端还设置有压重9。架梁时，梁的重量由架梁小车11传给钢轨10，再由钢轨10传给由系梁2，再由系梁2通过吊杆3传给的拱肋1，由架梁小车11、钢轨10、系梁2、吊杆3、拱肋1共同组成的体系承担梁的重量。图示的系梁2、吊杆3、拉索7在安装时施加预应力，吊杆3和拉索7均采用单端张拉，吊杆张拉力为50KN，拉索张拉力为950KN，系梁张拉力为585.9KN，施加了预应力的承重构件，受力后不发生或发生很小的弹性变形，使整机受力状态良好，预应力的大小并不局限以上数值，可以根据施工需要和本发明所述架桥机规格的不同适当改变。当然，立柱6上的拉索7可以不与系梁2末端连接而和拱肋1进行连接，或者通过多根拉索7与整个拱形梁连接，并对系梁2施力，得到相同的施工效果；吊杆3并不局限于12根，单纯的吊杆3数量增加而减小直径，也可以起到相同的施工效果。拱肋1、系梁2也可以做成每段长5-12米的钢筋混凝土预制件，接头处可采用公母榫，现场拼装时可在公母榫接好后再在接头处加以足够数量的高强螺栓或φ15.24预应力钢绞线予以连接或采用高强螺栓直接连接；撑杆8、立柱6也可以做成每段长3-12米的钢筋混凝土预制件，接头处采用高强螺栓连接；拱肋1也不局限于抛物线形，也可以是圆弧形或渐开线等可以和系梁2组成拱形的其它形状，但抛物线形更有利于拱形梁受力，所以实践中多采取抛物线形。
如图2所示，所述拱肋1、系梁2、吊杆3、立柱6、拉索7、撑杆8均为并列安装的两组，两组拱肋1通过横撑5连接，两组系梁2、立柱6、撑杆8通过横梁4进行连接。当然，实践中也可以采用一组拱肋1、立柱6、撑杆8并安装于两组系梁中间的形式，这种情况下，两组吊杆呈人字形分布，分别与两组系梁进行连接，也起到相同的使用效果。
如图3、图4所示，在系梁2内预埋有钢轨10，钢轨10用来承载架梁小车11。钢轨10也可以通过螺栓等其他连接方式连接在系梁2上，起到相同的连接效果。
如图5所示，为本发明所述横梁的横截面示意图，横梁4起到连接两根系梁2、两根立柱6以及两根撑杆8的作用，其横截面为60厘米×70厘米的长方形，安装时长方形的长边竖直安装。横梁4钢筋混凝土浇注而成，混凝土标号为C40，主筋14采用规格为φ28的钢筋共22根均布于长方形周边，箍筋15采用规格为φ12的钢筋，在主筋的垂直方向平均每20厘米分布一根箍筋。当然，横梁4的横截面并不局限于60厘米×70厘米的长方形，而根据架桥施工时不同的要求，也可以是其它数值的长方形、正方形甚至可以是椭圆形、圆形，混凝土的标号以及钢筋的规格、数量及分布都可以和本实施例不同，也可以起到施工所需的受力效果。
如图6所示，为本发明所述横撑的横截面示意图，横撑5起到连接两根拱肋1的作用，其横截面为40厘米×40厘米的正方形。横撑5钢筋混凝土浇注而成，混凝土标号为C40，主筋17采用规格为φ20的钢筋共12根均布于正方形周边，箍筋16规格为φ12的钢筋，在主筋17的垂直方向平均每20厘米分布一根箍筋。当然，横撑5的横截面并不局限于40厘米×40厘米的正方形，而根据架桥施工时不同的要求，也可以是其它数值的长方形、正方形甚至可以是椭圆形、圆形，混凝土的标号以及钢筋的规格、数量及分布都可以和本实施例不同，也可以起到施工所需的受力效果。
如图7所示，为本发明所述系梁2的横截面示意图，系梁2为施工时直接受力部件，其横截面为40厘米×50厘米的长方形，安装时长方形的长边竖直安装。系梁2由钢筋混凝土浇注而成，浇注过程中在系梁2下部预埋钢轨10，系梁2的上下缘各配置一束3Φ15.2预应力钢绞线21，对系梁2施加预应力。混凝土标号为C40，主筋19采用规格为φ20的钢筋共6根均布于长方形箍筋内，规格为φ32的钢筋20共16根每边8根分两行每行4根均布于长方形两短边，也可以全部使用规格为φ32的钢筋，并且承重能力更好，但是部分使用φ20钢筋可以减轻系梁2重量节约成本并可以起到所需的施工作业效果，箍筋18采用规格为φ12的钢筋，在主筋的垂直方向平均每20厘米分布一根箍筋。当然，系梁2的横截面并不局限于40厘米×50厘米的长方形，而根据架桥施工时不同的要求，也可以是其它数值的长方形、正方形甚至可以是椭圆形、圆形，混凝土的标号以及钢筋的规格、数量及分布都可以和本实施例不同，也可以起到施工所需的受力效果。
如图8所示，为本发明所述拱肋的横截面示意图，拱肋1通过吊杆3与系梁2连接，其横截面为30厘米×50厘米的长方形，安装时长方形的长边竖直安装。拱肋1由钢筋混凝土浇注，混凝土标号为C40，主筋23采用规格为φ20的钢筋共6根均布于长方形的两长边，规格为φ32的钢筋24共12根每边6根分两行每行3根均布于长方形的两短边，也可以全部使用规格为φ32的钢筋，并且承重能力更好，但是部分使用φ20钢筋可以减轻拱肋1的重量节约成本并可以起到所需的施工作业效果，箍筋22采用规格为φ12的钢筋，在主筋的垂直方向平均每20厘米分布一根箍筋22。当然，拱肋1的横截面并不局限于30厘米×50厘米的长方形，而根据架桥施工时不同的要求，也可以是其它数值的长方形、正方形甚至可以是椭圆形、圆形，混凝土的标号以及钢筋的规格、数量及分布都可以和本实施例不同，也可以起到施工所需的受力效果。
如图9所示，为本发明所述撑杆8的横截面示意图，撑杆8起到连接两根拱肋1的作用，其横截面为60厘米×80厘米的长方形，安装时长方形的长边竖直安装。撑杆8由钢筋混凝土浇注而成，验算后在满足平衡受力效果的情况下，撑杆8的浇注为中空设计，起到受力作用的同时可以减轻自身重量并节约材料。混凝土标号为C40，主筋26采用规格为φ32的钢筋共24根均布于长方形周边，箍筋25采用规格为φ12的钢筋，在主筋的垂直方向平均每20厘米分布一根箍筋。当然，撑杆8的横截面并不局限于60厘米×80厘米的长方形，而根据架桥施工时不同的要求，也可以是其它数值的长方形、正方形甚至可以是椭圆形、圆形，或不设计成中空方式，混凝土的标号以及钢筋的规格、数量及分布都可以和本实施例不同，也可以起到施工所需的受力效果。
如图10所示，为本发明所述立柱的横截面示意图，立柱6通过拉索7与系梁2和撑杆8进行连接，施工时起到对系梁2和撑杆8的拉扯作用，其横截面为60厘米×80厘米的长方形，安装时长方形的长边平行于拉索7所在平面进行安装，使立柱能达到较好的受力效果。立柱6由钢筋混凝土浇注而成，混凝土标号为C40，主筋29采用规格为φ32的钢筋共24根均布于长方形周边，箍筋28采用规格为φ12的钢筋，在主筋的垂直方向平均每20厘米分布一根箍筋。当然，立柱6的横截面并不局限于60厘米×80厘米的长方形，而根据架桥施工时不同的要求，也可以是其它数值的长方形、正方形甚至可以是椭圆形、圆形，混凝土的配比以及钢筋的规格、数量及分布都可以和本实施例不同，而是其它的数值，也可以起到施工所需的受力效果。
本发明所述的钢筋混凝土构件在适应不同的工况而采用不同的横截面积时，在满足施工需要的情况下，可以采取中空浇注，在减轻重量的同时节约材料。
本实施例适用于跨度为35米、验算重量为140吨以下的架桥施工作业，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)相应规范要求，采用“桥梁博士3.0”软件验算得出，各构件在架装140吨梁受力情况如下表所示
上表中，因采用组合荷载计算的原则，对于撑杆、系梁、拱肋、立柱，只要极限抗力大于极限轴力即可，对于吊杆和拉索，只要“能承受的最大拉力”大于“最大拉力”即可，从表中可以看出，本实施例所述架桥机能满足跨度为35米、重量为140吨以下的架桥施工作业要求。
实践中，跨度或重量更大架桥施工作业需要根据具体的数值进行验算并按照本发明制造架桥机。
本实施例节约成本计算本实施例价格计算标准为所需材料2007年2月份市场价格。
1、C40混凝土计算(1)拱肋用C40(0.3m×0.5m×2)×39m＝11.7m3(2)纵向系梁用C40(0.4m×0.5m×2)×37m＝14.8m3(3)横梁用C40(0.6m×0.7m×4m)×3＝5.04m3(4)横撑用C40(0.4m×0.4m×4m)×5＝3.2m3(5)撑杆用C40(0.6m×0.8m-0.4m×0.2m)×2×25.5＝20.4m3(6)立柱用C40(0.6m×0.8m×2)×7.5m＝7.2m3扣除钢筋所占体积，混凝土总方量为(11.7+14.8+5.04+3.2+20.4+7.2)m3-29735Kg÷7900Kg/m3＝58.6m3混凝土成本为(已包括材料、模板、人工、机械的全部费用)58.6m3×1000元/m3＝58600元2、钢筋计算(1)拱肋用钢筋Φ32(6.31Kg/m.根×12根×2)×39m＝5906KgΦ20(2.466Kg/m.根×6根×2)×39m＝1154KgΦ12(1.6m/根×0.888Kg/m)×39m×2÷(0.2m/根)＝554Kg
(2)系梁用钢筋Φ32(6.31Kg/m.根×16根×2)×37m＝7471KgΦ20(2.466Kg/m.根×6根×2)×37m＝1095KgΦ12(1.8m/根×0.888Kg/m)×37m×2÷(0.2m/根)＝591Kg(3)杆用钢筋Φ32(6.31Kg/m.根×24根×2)×25.5m＝7723KgΦ12(2.8m/根×0.888Kg/m)×25.5m×2÷(0.2m/根)＝634Kga)横梁用钢筋Φ28(4.833Kg/m.根×22根×4m)×3＝1276KgΦ12(2.6m/根×0.888Kg/m)×4m×3÷(0.2m/根)＝139Kgb)横撑用钢筋Φ20(2.466Kg/m.根×12根×4m)×5＝592KgΦ12(1.6m/根×0.888Kg/m)×4m×5÷(0.2m/根)＝142Kgc)立柱用钢筋Φ32(6.31Kg/m.根×24根×2)×7.5m＝2272KgΦ12(2.8m/根×0.888Kg/m)×7.5m×2÷(0.2m/根)＝186Kg钢筋总量合计为5906+1154+554+7471+1095+591+7723+634+1276+139+592+142+2272+186＝29735Kg钢筋所需成本为(已含材料及加工费)29735Kg×5元/Kg＝148675元(4)钢绞线计算a)系梁钢绞线1.102Kg/m.根×6根×2×37m＝489Kgb)吊杆钢绞线1.102Kg/m×(2.87m+4.41m+5.19m)×2×2＝55.0Kg
c)拉索钢绞线1.102Kg/m×6根×((25.52+7.52)^0.5+(372+7.52)^0.5)×2＝851Kg钢绞线总量合计为489+55+851＝1395Kg钢绞线成本为(已包括锚具、夹片材料费及所有预应力张拉所需的人工、机械费用)1395Kg×12元/Kg＝16740元(5)配重可采用混凝土水箱或钢水箱配重，其成本为20000元。
3、机电及液压系统与现有架桥机相同，根据目前市场价格，机电及液压系统需20万元。
故本架桥机总成本为58600元+148675元+16740元+20000元+200000元＝444015元。
现有技术中，购买同样跨径架设能力的架桥机约100万元。本发明所节约的制造成本为55.5985万元。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
实践中，各承重受力部件横截面形状的改变，钢筋、钢绞线数量的增减和型号的改变，以及各部件连接方式的变化，比如现场整体浇筑刚性连接改为焊接或螺栓连接、公母榫连接、预应力钢绞线连接、铰接等，都落入本发明的保护范围。并且，本发明在验算过程中使各受力构件都有较大余量，因此各受力构件内钢筋数量以及横截面积减小有限数值也可以起到相同施工效果，当然，这种情况落入本发明保护范围之内。
权利要求
1.一种混凝土拱式架桥机，包括液压系统、机电系统、系梁(2)、横梁(4)、撑杆(8)、压重(9)、钢轨(10)、架梁小车(11)、支腿(12)、行走钢轮(13)，其特征在于还包括拱肋(1)、吊杆(3)、立柱(6)、拉索(7)，所述拱肋(1)两端与系梁(2)连接构成拱形梁，拱肋(1)与系梁(2)之间通过吊杆(3)进行连接，所述撑杆(8)和拱形梁分别设置在立柱(6)两侧并与立柱(6)底部连接，拱形梁与撑杆(8)远离立柱(6)的一端通过拉索(7)与立柱(6)顶端连接，所述拱肋(1)、系梁(2)、横梁(4)、立柱(6)和撑杆(8)为钢筋混凝土浇注构件，所述钢轨(10)设置在系梁(2)底部。
2.根据权利要求1或2所述的混凝土拱式架桥机，其特征在于所述系梁(2)、立柱(6)和撑杆(8)均为两组，两组系梁(2)、立柱(6)和撑杆(8)分别通过横梁(4)进行连接，所述拱肋(1)为两组，两组拱肋(1)通过横撑(5)进行连接，所述横梁(4)和横撑(5)为钢筋混凝土浇注构件。
3.根据权利要求1或2所述的混凝土拱式架桥机，其特征在于所述拱肋(1)、系梁(2)、立柱(6)、撑杆(8)采用分段预制。
4.根据权利要求1或2所述的混凝土拱式架桥机，其特征在于所述系梁(2)、吊杆(3)以及拉索(7)安装时施加预应力。
5.根据权利要求3所述的混凝土拱式架桥机，其特征在于所述系梁(2)、吊杆(3)以及拉索(7)安装时施加预应力。
6.根据1、2、5任一权利要求所述的混凝土拱式架桥机，其特征在于所述拱形梁和撑杆(8)的一端与立柱(6)底部采用一体浇注的方式呈倒T字形垂直连接。
7.根据权利要求3所述的混凝土拱式架桥机，其特征在于所述拱形梁和撑杆(8)的一端与立柱(6)底部采用一体浇注的方式呈倒T字形垂直连接。
8.根据权利要求4所述的混凝土拱式架桥机，其特征在于所述拱形梁和撑杆(8)的一端与立柱(6)底部采用一体浇注的方式呈倒T字形垂直连接。
9.根据1、2、5、7、8任一权利要求所述的混凝土拱式架桥机，其特征在于所述撑杆(8)为中空浇注。
10.根据权利要求3所述的混凝土拱式架桥机，其特征在于所述撑杆(8)为中空浇注。
11.根据权利要求4所述的混凝土拱式架桥机，其特征在于所述撑杆(8)为中空浇注。
12.根据权利要求6所述的混凝土拱式架桥机，其特征在于所述撑杆(8)为中空浇注。
全文摘要
本发明公开了一种混凝土拱式架桥机，包括液压系统、机电系统、系梁、横梁、撑杆、压重、钢轨、架梁小车、支腿、行走钢轮，还包括拱肋、吊杆、立柱、拉索，拱肋两端与系梁刚性连接构成拱形梁，拱肋与系梁之间通过吊杆进行连接，撑杆和拱形梁分别设置在立柱两侧并与立柱底部连接，拱形梁与撑杆远离立柱的一端通过拉索与立柱顶端连接，拱肋、系梁、横梁、立柱和撑杆为钢筋混凝土浇注构件，所述钢轨设置在系梁底部。本发明的混凝土拱式架桥机整机结构简单，能大幅度节约制造和施工成本。
文档编号E01D21/00GK101041946SQ20071007959
公开日2007年9月26日 申请日期2007年3月5日 优先权日2007年1月19日
发明者李一鹏, 王成树 申请人:李一鹏, 王成树