一种三铰拱的制作方法

本发明涉及建筑施工领域，特别涉及一种三铰拱。

背景技术：

众所周知，在工程实践中，利用叠合施工工艺进行半拱施工时，预制部分大都采用三铰拱结构。现有技术中对于三铰拱的几个节点都采用铰接点的方式来连接，这种铰接装置在作为叠合结构的底模安装时难以调整间隙及位置，对于拱座底座的精度要求很高，同时拱的姿态调整困难，工作效率较低。

因此，需要一种便于安装同时位置可方便调节的三铰拱。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出一种三铰拱，以解决现有技术中铰接式连接节点在三铰拱拼装时的问题。

为了实现上述目的，本发明提出一种三铰拱，包括两个半拱、两个拱脚节点以及一个拱顶节点，其中一个所述半拱的一端与另一个所述半拱的一端通过所述拱顶节点连接，每个所述半拱的另一端均包括一个拱脚端面，每个所述半拱的拱脚端面分别通过一个所述拱脚节点与一拱座的拱座端面连接；

每个所述半拱包括半拱形的底板以及沿所述半拱的跨度方向在所述底板上通长布置的加强肋；

每个所述拱脚节点包括拱脚节点预埋件以及楔形止推支座；

所述拱脚节点预埋件包括拱座预埋件以及拱脚预埋件；

所述拱座预埋件设置在所述拱座端面上，所述拱脚预埋件设置在所述拱脚端面上；

所述拱座预埋件与所述拱脚预埋件之间通过所述楔形止推支座连接；

两个所述半拱连接的一端均包括一拱顶端面，所述拱顶节点包括定位组件以及若干个对拉固定装置，所述定位组件设置于两个所述半拱的两个拱顶端面之间，用于使两个所述拱顶端面定位匹配；

所述对拉固定装置用于使所述两个拱顶端面连接固定。

可选的，所述拱脚预埋件包括第一预埋钢板，所述第一预埋钢板埋设在所述拱脚端面，并且所述第一预埋钢板的外露表面与所述拱脚端面平齐；

所述拱座预埋件包括第二预埋钢板，所述第二预埋钢板埋设在所述拱座端面上，并且所述第二预埋钢板的外露表面与所述拱座端面平齐。

所述第一预埋钢板与所述第二预埋钢板之间通过所述楔形止推支座连接。

可选的，所述第一预埋钢板的数量为多个且与所述加强肋数量相等，所述第二预埋钢板的数量为多个且与所述加强肋的数量相等，所述楔形止推支座的数量为多个且与所述加强肋的数量相等。

可选的，所述楔形止推支座包括楔形上块和楔形下块，所述楔形上块与所述楔形下块均具有一个可以使所述楔形上块和楔形下块来回滑动的接触面；所述楔形上块与所述接触面相对的另一个面与所述第一预埋钢板连接；所述楔形下块与所述接触面相对的另一个面与所述第二预埋钢板连接；

所述楔形上块与楔形下块的接触面的形状和尺寸均相等。

可选的，所述楔形上块沿垂直于所述第一预埋钢板方向的投影落入所述第一预埋钢板上；

所述楔形下块沿垂直于所述第二预埋钢板方向的投影落入所述第二预埋钢板上。

可选的，所述加强肋数量为多个，两个所述拱顶端面之间设置一个定位组件，所述加强肋的数量是所述定位组件的两倍，所述定位组件的数量等于所述加强肋的数量；

所述对拉固定装置的数量是所述加强肋的数量的两倍，并且所述对拉固定装置关于所述定位组件对称设置在所述加强肋的两侧。

可选的，所述定位组件包括两个第三预埋钢板、多个预埋销件和销轴；

所述第三预埋钢板中心处设置有多个圆孔，所述拱顶端面向内凹陷形成一第一盲孔，每个所述第一盲孔内分别设置一预埋销件，所述圆孔数量与所述第一盲孔数量相等；

两个所述第三预埋钢板埋设在相对的两个所述拱顶端面上，并且每个所述圆孔与每个所述第一盲孔同心对齐放置形成第二盲孔，所述圆孔的直径大于所述第一盲孔的直径；

所述预埋销件为管状，所述预埋销件一端封闭，另一端留有开口，所述预埋销件开口的一端与第三预埋钢板的圆孔对齐连接在一起，所述预埋销件封闭的一端放置在所述第二盲孔内；

所述销轴设置于所述预埋销件中。

可选的，所述第三预埋钢板具有两条中心线，其中一条与所述半拱的弯曲中心线重合，另一条与所述半拱加强肋的竖向中心线重合。

可选的，每个所述拱顶端面均设置有多个第三预埋钢板，且所述第三预埋钢板数量与所述加强肋的数量相等。

可选的，所述对拉固定装置包括一个对拉螺栓、两个锁定螺母及两个锚固支座；

所述两个半拱上相对的两个所述加强肋上各设置一个所述锚固支座，且两个所述锚固支座对称设置；

两个所述锚固支座上沿所述加强肋延伸方向上均设置有一通孔；

所述对拉螺栓穿过所述两个通孔，且所述对拉螺栓的两端通过两个所述锁定螺母固定，以使两个所述锚固支座之间连接固定。

本发明提供的一种三铰拱，是用作叠合半拱的预制部分，三铰拱的节点包括左右两个拱脚节点和一个拱顶节点，三铰拱的两个半拱的尺寸相同，半拱可利用工厂预制的方式制作。通过使用楔形止推支座作为拱脚与拱座之间的定位传力装置，拱顶则利用预埋钢板作为传力装置，销轴作为定位和抗剪装置。本发明提供的结构可使得工程应用时三铰拱的结构类型简单，安装效率高，容差能力强，在现场组装时快捷迅速。

附图说明

图1为三铰拱结构示意图；

图2为一般铰接构造示意图；

图3为半拱的截面示意图；

图4为拱脚节点的构造主视示意图；

图5为图4拱脚节点构造的俯视示意图；

图6为楔形止推支座；

图7为拱顶节点构造主视图；

图8为图7拱顶节点构造的俯视示意图；

图9为对拉螺栓的结构示意图；

1-拱脚节点，2-预制半拱，3-拱顶节点，4-拱座，5-销孔座，6-拱脚，7-销轴，8-底板，9-底板锚筋，10-加强肋，11-钢筋，12-拱座内的上部钢筋，13-拱座内的上部预埋钢筋接驳器，14-拱座端面，15-第二预埋钢板，16-楔形止推支座，17-加强肋倒角，18-第一预埋钢板，19-拱脚端面，20-拱座内的下部预留接驳器，21-拱座内的下部钢筋，22-定位销轴，23-第三预埋钢板，24-拱顶端面预埋套管，25-拱顶端面模板卡槽，26-拱顶端面缝隙模板，27-拱顶端面，28-对拉固定装置，29-对拉螺栓底座，30-垫圈，31-锁定螺母，32-对拉螺栓，33-挡板，34-楔形上块，35-楔形下块。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种三铰拱作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图1所示，本发明提出的三铰拱结构是用作叠合半拱的预制部分，包括两个半拱、两个拱脚节点1以及一个拱顶节点3，其中一个所述半拱的一端与另一个所述半拱的一端通过所述拱顶节点3连接，每个所述半拱的另一端均包括一个拱脚端面19，每个所述半拱的拱脚端面19分别通过一个所述拱脚节点1与一拱座的拱座端面14连接。

每个所述半拱包括半拱形的底板8以及沿所述半拱的跨度方向在所述底板8上通长布置的加强肋10，每个所述拱脚节点1包括拱脚节点预埋件以及楔形止推支座16，所述拱脚节点预埋件包括拱座预埋件以及拱脚预埋件。

所述拱座预埋件设置在所述拱座端面14上，所述拱脚预埋件设置在所述拱脚端面19上，所述拱座预埋件与所述拱脚预埋件之间通过所述楔形止推支座16连接。

两个所述半拱连接的一端均包括一拱顶端面27，所述拱顶节点包括定位组件以及若干个对拉固定装置28，所述定位组件设置于两个所述半拱的两个拱顶端面27之间，用于使两个所述拱顶端面27定位匹配。所述对拉固定装置28用于使所述两个拱顶端面27连接固定。

可选地，所述拱脚预埋件包括第一预埋钢板18，所述第一预埋钢板18埋设在所述拱脚端面19，并且所述第一预埋钢板18的外露表面与所述拱脚端面19平齐；

所述拱座预埋件包括第二预埋钢板15，所述第二预埋钢板15埋设在所述拱座端面14上，并且所述第二预埋钢板15的外露表面与所述拱座端面14平齐。

所述第一预埋钢板18与所述第二预埋钢板15之间通过所述楔形止推支座16连接。

可选地，所述第一预埋钢板18的数量为多个且与所述加强肋10数量相等，所述第二预埋钢板15的数量为多个且与所述加强肋10的数量相等，所述楔形止推支座16的数量为多个且与所述加强肋10的数量相等。

可选地，所述楔形止推支座16包括楔形上块34和楔形下块35，所述楔形上块34与所述楔形下块35均具有一个可以使所述楔形上块34和楔形下块35来回滑动的接触面。所述楔形上块34与所述接触面相对的另一个面与所述第一预埋钢板18连接；所述楔形下块35与所述接触面相对的另一个面与所述第二预埋钢板15连接。所述楔形上块34与楔形下块35的接触面的形状和尺寸均相等。

可选地，所述楔形上块34沿垂直于所述第一预埋钢板18方向的投影落入所述第一预埋钢板18上，所述楔形下块35沿垂直于所述第二预埋钢板15方向的投影落入所述第二预埋钢板15上。

可选地，所述加强肋10数量为多个，两个所述拱顶端面27之间设置一个定位组件，所述加强肋10的数量是所述定位组件的两倍，所述定位组件的数量等于所述加强肋10的数量。

所述对拉固定装置28的数量是所述加强肋10的数量的两倍，并且所述对拉固定装置28关于所述定位组件对称设置在所述加强肋10的两侧。

可选地，所述定位组件包括两个第三预埋钢板23、多个预埋销件和销轴7，所述第三预埋钢板23中心处设置有多个圆孔，所述拱顶端面27向内凹陷形成一第一盲孔，每个所述第一盲孔内分别设置一预埋销件，所述圆孔数量与所述第一盲孔数量相等。

两个所述第三预埋钢板23埋设在相对的两个所述拱顶端面27上，并且每个所述圆孔与每个所述第一盲孔同心对齐放置形成第二盲孔，所述圆孔的直径大于所述第一盲孔的直径。

所述预埋销件为管状，所述预埋销件一端封闭，另一端留有开口，所述预埋销件开口的一端与第三预埋钢板23的圆孔对齐连接在一起，所述预埋销件封闭的一端放置在所述第二盲孔内。所述销轴7设置于所述预埋销件中。

可选地，所述第三预埋钢板23具有两条中心线，其中一条与所述半拱的弯曲中心线重合，另一条与所述半拱加强肋10的竖向中心线重合。

可选地，每个所述拱顶端面27均设置有多个第三预埋钢板23，且所述第三预埋钢板23数量与所述加强肋10的数量相等。

可选地，所述对拉固定装置28包括一个对拉螺栓、两个锁定螺母31及两个锚固支座，所述两个半拱上相对的两个所述加强肋10上各设置一个所述锚固支座，且两个所述锚固支座对称设置。

两个所述锚固支座上沿所述加强肋10延伸方向上均设置有一通孔，所述对拉螺栓32穿过所述两个通孔，且所述对拉螺栓32的两端通过两个所述锁定螺母31固定，以使两个所述锚固支座之间连接固定。

本实施例中三铰拱的两个所述半拱尺寸相同，这两个所述半拱可以用工厂预制的方式制作，可保证两个所述半拱的形状和尺寸的精确性。如图3所示为所述半拱的截面示意图，所述半拱的底板8的截面呈矩形，所述半拱的加强肋10的截面呈矩形，所述底板8和加强肋10的上方均分布有锚筋9，在所述底板8的内部布置有半拱的下部钢筋11。所述加强肋10沿半拱的跨度方向通长布置，所述加强肋10的起点位于拱脚端面，终点位于拱顶端面。

本实施例中拱脚6与拱座4之间使用楔形止推支座作为定位传力装置，拱顶则利用预埋钢板作为传力装置，销轴7作为定位和抗剪装置。

图4为拱脚节点构造的主视示意图，图5为图4的俯视示意图。所述拱脚节点由拱脚耦合面、预埋件和楔形止推支座16构成。所述拱脚耦合面由拱座端面14和拱脚端面19组成，所述拱座端面14和拱脚端面19在空间位置上互相平行，并且拱的轴线垂直于上述两个端面。本实例中所述拱座端面与拱脚端面之间的间隙设置为60mm。所述拱座端面14可以利用现场制模和现场浇筑混凝土等方式制作，所述拱脚端面19可采用工厂预制等方式制作，在此不对两个端面的制作方式作限定。

所述预埋件包括拱脚节点预埋件和拱脚预埋件。所述拱脚节点预埋件包括第二预埋钢板15和拱座预埋钢筋接驳器，拱脚预埋件仅包含第一预埋钢板18。本实施例中第二预埋钢板14的厚度设置为20mm，所述预埋钢板14的正方形钢板，其外露表面和拱座端面14平齐，其水平中心线和半拱的弯曲中心线重合，其竖向中心线与半拱的加强肋10的竖向中心线重合。所述第二预埋钢板15的数量跟半拱的加强肋10数量相等。本实施例中拱座预埋钢筋接驳器分为上组接驳器13和下组接驳器20，所述上组接驳器13主要负责连接半拱现浇部分的钢筋，所述下部接驳器20主要负责连接拱壳机构预制部分的钢筋11。所述上组接驳器13的数量和半拱现浇部分的钢筋数量相等；所述下组接驳器20的数量与拱壳预制部分的钢筋11数量相等。所述第一预埋钢板18的厚度为20mm，所述第一预埋钢板为正方形的钢板，其外露表面跟拱脚端面19平齐，其水平中心线与半拱的弯曲中心线重合，其竖向中心线与半拱的加强肋10的竖向中心线重合。所述第一预埋钢板18的数量和半拱的加强肋10数量相等。所述第一预埋钢板18的尺寸和第二预埋钢板15的尺寸可以完全相等。

如图6所示，图6为本实施例中拱脚节点的楔形止推支座16的示意图。所述楔形止推支座16由一对可以相互滑动的楔形上块34和楔形下块35组成，所述楔形上块34和楔形下块35相互滑动的方向为自上而下且垂直于拱的轴线。所述楔形上块34和楔形下块35可利用钢块机加工成型，其斜角一般不超过3°。所述楔形止推支座16设置于所述拱座端面14和拱脚端面19之间的间隙中，所述楔形上块34与第二预埋钢板15接触，所述楔形下块35与第一预埋钢板18接触。所述楔形上块34和楔形下块35的底面均为正方形且尺寸相等，各自的边长至少小于其接触的预埋钢板的边长10mm。需要注意的是所述楔形止推支座16的数量和半拱的加强肋10的数量相等。

本实施例中加强肋10在拱脚端面和拱顶端面均留出倒角，倒角角度为45°，倒角的最低点位置比预埋钢板的上边高20mm。加强肋10的数量可根据半拱的宽度通过计算得出。拱脚节点的安装空间由拱座端面14和拱脚端面19之间的间隙及拱脚附近加强肋10的倒角17构成。

可选地，如图7所示，图7为拱顶节点的示意图。可以看出所述拱顶节点由拱顶耦合面、拱顶端面预埋件、定位销轴22、对拉固定装置28、安装槽25和缝隙模板26组成。所述拱顶耦合面由两侧所述半拱的拱顶端面27组成，两个所述拱顶端面27互相平行，并且拱的轴线垂直于上述两个端面。所述两个拱顶端面之间的间隙可设置为20mm。所述拱顶端面预埋件包括第三预埋钢板23和预埋销件24。本实施例中所述第三预埋钢板23的厚度设置为20mm，其外露表面与拱顶端面27平行并且高出拱顶端面10mm，其水平中心线和半拱的弯曲中心线重合，其竖向中心线和半拱的加强肋10的竖向中心线重合。所述第三预埋钢板23为中心处开有圆孔的正方形钢板，所述圆孔直径比销轴直径大1mm。另外，第三预埋钢板23的数量与半拱的加强肋10数量相等。所述预埋销件24位于第三预埋钢板23后方，由钢制成管状，其一端封闭一端留有开口，所述预埋销件24的开口端与第三预埋钢板的埋入面相连，其封闭端埋入混凝土中。本实施例中预埋销件24的内径与第三预埋钢板23上的中心孔相同，并且预埋销件24中心与第三预埋钢板23上的中心孔同心。需要注意的是所述第三预埋钢板23和预埋销件24在预埋前就已经完成焊接，然后在工厂浇筑混凝土前同时放入模具内。所述预埋销件24的数量与半拱的加强肋1-0数量相等。

所述拱顶节点的定位销轴22可由钢制成，由机器加工完成，其两个端面均有倒角，其数量与半拱的加强肋的数量相等。需要注意的是定位销轴22的长度只有第三预埋钢板23的厚度的一半，具有定位和抗剪功能。在本实施例中所述拱顶端面的预留钢筋可以只有下组钢筋11。

所述拱顶端面的对拉固定装置28包括一个对拉螺栓32、两个锁定螺母31、两个垫片30和两个锚固支座33，所述对拉固定装置设置于加强肋10的侧边，所述对拉固定装置28的中心线与定位销轴22的中心线重合。所述对拉固定装置28的两个锚固支座33分别设置在在拱顶节点左右加强肋10的同侧部位，其中锚固支座33固定在所述加强肋10上，其边缘距加强肋端面的距离为10mm。在左右两个拱顶端面的下部分别设置一个安装槽，上述两个安装槽设置于同一高度，缝隙模板安装在所述安装槽内；所述拱顶节点的安装空间由两侧拱顶端面之间的间隙和拱顶附近加强肋10的倒角组成。应用此种结构的三铰拱，克服了传统销孔轴式铰接点在大跨度拱结构拼装中存在的弊端，安装效率高，容差能力强，在现场组装时快捷迅速。

上述结构中的拱顶节点以及拱脚节点的安装工艺如下所述：

s1:在组装区安装拱顶节点，所述组装区是指两个半拱组装成整个拱的区域；

s2:在拼装区安装拱脚节点，所述拼装区是指将整个拱安装在拱座上的区域。

具体的，所述s1步骤包括：

s11:在组装区内完成所述左边半拱的定位和临时固定后，在所述左边半拱的第三预埋钢板内安装销轴；

s12:组装所述右边半拱；

s13:连接左边半拱与右边半拱的下部钢筋；

s14:在所述锚固支座上安装所述对拉螺栓；

s15:最后对安装完成的整个拱进行横向固定。

具体的，所述s2步骤包括：

s21:将所述两个半拱的拱脚间隙调整到设计值后，在所述两个拱脚节点的端面缝隙内安装楔形止推支座；

s22:将整个拱接触运输车辆的横向临时固定装置，同时给与竖向支撑；

s23:利用一全站仪对整个拱的位置进行精确调整，保持整个拱的安装误差在设计范围内；

s24:使用小型楔块顶紧楔形上块与拱脚之间的缝隙；

s25:拆除运输车辆的竖向支撑，将整个拱落在预设的位置上。

进一步地，所述s21步骤包括：

s211:放置所述楔形下块，使得所述楔形下块与所述第一预埋钢板的中心对齐，将楔形下块焊接在所述第一预埋钢板上；

s212:在所述左边半拱和右边半拱的侧边同时从上往下放置所述楔形上块，让所述楔形上块与楔形下块的摩擦面时刻保持贴合，在全站仪的指导下，在所述左边半拱和右边半拱的侧边同时顶紧楔形上块的底面与拱脚端面；

s213:利用全站仪对整个拱的位置进行调整。

上述s12步骤中组装右边半拱具体包括：将所述销轴插入所述右边半拱的对应的销孔内，然后将所述左边半拱的第三预埋钢板与所述右边半拱的第三预埋钢板靠紧。

上述s213步骤中利用全站仪对拱的位置进行调整具体的来说主要是：如果发现整个拱的水平位置出现右偏，放松左侧拱脚节点楔形上块的顶紧程度，加大右侧拱脚节点楔形上块的顶紧程度，直至右偏在安装误差中值附近。如果发现整个拱的水平位置出现左偏，放松右侧拱脚节点楔形上块的顶紧程度，加大左侧拱脚节点楔形上块的顶紧程度，直至右偏在安装误差中值附近。

综上所述，本发明提供的一种三铰拱，是用作叠合半拱的预制部分，三铰拱的节点包括左右两个拱脚节点和一个拱顶节点，三铰拱的两个半拱的尺寸相同，半拱可利用工厂预制的方式制作。通过使用楔形止推支座作为拱脚与拱座之间的定位传力装置，拱顶则利用预埋钢板作为传力装置，销轴作为定位和抗剪装置。本发明提供的结构可使得工程应用时三铰拱的结构类型简单，安装效率高，容差能力强，在现场组装时快捷迅速。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。