专利名称：拱桥加固型组合拱圈的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种拱桥主体结构，特别涉及一种用于支撑拱桥的拱圈结构。
背景技术：
拱桥指的是在竖直平面内以拱圈作为上部结构主要承重构件的桥梁。拱圈作为桥梁的主要承重部件，受力特点较为复杂，长时间使用后会出现老化，或者，设计标准不能适应于现阶段的负荷，达不到长周期使用标准，则需要对拱圈进行加固。在拱桥加固改造工程中，改善主拱圈(拱肋)受力性能的方法主要有增大主拱圈截面、增强拱肋、加强拱肋横向联系、减轻拱上建筑重量等几种基本方法及其结合。现有技术中，采用在拱桥主拱圈底面设置“预压应力钢拱承托加固法”加固拱桥，即在拱桥原主拱圈底面紧贴安置曲线形钢拱圈， 再对钢拱圈拱脚施加轴向预压应力，使原主拱圈与钢拱圈接触面产生法向预压应力，从而达到对原主拱圈卸载和加固的目的；还有“拱桥预压应力结构”(专利号200410(^6151. 0) 的发明专利，即在拱桥的旧拱肋之下安装新拱肋，旧拱肋与新拱肋之间在垂直方向上有一间隙，且在旧拱肋与新拱肋之间设有预压应力加载器，通过预压应力加载器在拱桥的新旧拱肋之间施加预压应力，对拱桥的旧拱肋起到减负和加固的作用。上述结构均能对拱桥主拱圈加固起到一定的效果，但存在下述问题1、在“预压应力钢拱承托加固法”中，原主拱圈与钢拱圈之间界面的实际接触和脱离的分布情况非常复杂，与理想的光滑密切接触状态相差较大，因此在钢拱圈拱脚施加轴向预压应力时，原主拱圈与钢拱圈接触界面上的实际法向预压应力的大小和分布难以准确估计，而原主拱圈内力状态受到该界面上的法向预压应力的大小和分布的直接影响，因而该法加固原主拱圈的效果难以确切地进行量化分析。2、在“预压应力钢拱承托加固法”中，钢拱圈需与原主拱圈在全长范围内接触，因而法向预压应力也会在原主拱圈底面全长范围内分布，而事实上根据拱桥主拱圈的受力特点，在已有桥梁恒载作用下原主拱圈各截面的恒载弯矩可能有正有负，在原主拱圈底面全长范围内分布的预压应力可能对一些截面的内力调整有利，也可能对另一些截面的内力调整不利，导致无法确定应力分布，甚至会起到负面作用。3、在“拱桥预压应力结构”中，旧拱肋与新拱肋通过多点设置预压应力加载器相连接，构成高次超静定结构，使得加固设计时计算合理的预加力大小较为困难，也使得通过预压应力加载器施加预压应力时，预压应力加载器之间的相互耦合效应难以估计，预压应力施加过程难以准确控制，最后可能无法达到合理的旧拱肋与新拱肋预压应力分布。4、在“拱桥预压应力结构”中，需要在除了拱脚的多个部位设置预压应力加载器， 给预压应力加载操作带来较大难度和不便。5、前述技术需采用与原主拱圈(拱肋)底边线形相适应的整体曲线形钢拱圈或新拱肋，其曲线形式对施工放样、加工制造及安装就位均造成较大难度。因此，需要对拱桥主拱圈的加固方式进行改进，具有针对性的对拱圈进行加固，对主拱圈进行合理的内力调整，能够对主拱圈的受力状态及加固效果进行准确的分析，避免出现高次超静定结构导致的预压应力施工耦合效应，加固后的结构力学模式简单、施工方便、加固效果明确。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的提供一种拱桥加固型组合拱圈，具有针对性的对拱圈进行加固，对主拱圈进行合理的内力调整，能够对主拱圈的受力状态及加固效果进行准确的分析，避免出现高次超静定结构导致的预压应力施工耦合效应，加固后的结构力学模式简单、施工方便、加固效果明确。本发明的拱桥加固型组合拱圈，包括主拱圈和位于主拱圈下部的折线形铰接拱， 所述折线形铰接拱由依次铰接的承力杆形成，相邻铰接的承力杆铰接于一承力件，位于折线形铰接拱两端部的承力杆被施加预压应力，所述承力件分布于主拱圈下部并在预压应力的作用下紧顶主拱圈承受正弯矩部位的下表面，且承力件与主拱圈承受正弯矩部位的下表面自然分离。进一步，所述承力件设有承力面，该承力面顶住主拱圈承受正弯矩部位的下表进一步，所述主拱圈承受正弯矩部位的下表面局部粘贴有钢板，所述承力件的承力面通过钢板紧顶主拱圈承受正弯矩部位的下表面；进一步，所述承力件为矩形块，所述承力杆通过沿主拱圈宽度方向且穿过承力件的铰接轴直接铰接于承力件；进一步，位于折线形铰接拱两端部的承力杆分别对应被支撑于主拱圈的两个拱座上，位于折线形铰接拱两端部的承力杆下端部与对应的拱座之间通过千斤顶施加预压应力并垫有预压应力锚固垫块；进一步，所述钢板沿主拱圈宽度方向覆盖主拱圈承受正弯矩部位的下表面，沿主拱圈纵向的尺寸大于承力件的承力面沿主拱圈纵向的尺寸；进一步，所述承力件设有铰接槽，相邻铰接的承力杆的铰接端部嵌入铰接槽并通过穿过铰接槽两侧壁的铰接轴铰接于铰接槽内，相邻铰接的承力杆其中之一铰接端部为由铰接轴穿过两侧壁的叉形口，另一承力杆铰接端部嵌入叉形口并由铰接轴铰接。本发明的有益效果本发明的拱桥加固型组合拱圈，利用折线形铰接拱对主拱圈根据主拱圈内力分布进行有针对性的支撑，利用铰接点的承力件进行支撑，相邻承力件在铰接点的合力即为支撑力，构件形式简单、轻便，加工、运输及安装快捷，且仅需在铰接拱的两端部施加预压应力，施工过程对拱桥桥面交通运行无干扰，对原主拱圈结构无损伤；折线形铰接拱在施加预压应力时通过铰接点与原主拱圈拱底面自然分离式接触形成静定结构， 其预压应力力学模型简单，位于铰接点的各承力件预加力大小、方向明确，且折线分段数量 (接触点数量)和铰接点位置(接触点位置)可根据需要灵活调整，可在不增加原结构荷载的前提下有效改善原主拱圈的恒载内力分布，对主拱圈进行合理的内力调整，能很好地适应主拱圈不同截面内力调整的特定需求，避免由于支撑不当产生的负面作用；并且，预压应力折线形铰接拱的组成构件在使用期间具有可检测、可维修和可更换的特性，为拱桥在使用期的维护管理提供了技术便利，可有效提高拱桥的耐久性、延长拱桥使用寿命；避免了现有技术中无法对主拱圈的受力状态及加固效果进行准确的分析以及出现高次超静定结构导致的预压应力施工耦合效应等缺点；本发明同样适用于新建拱桥使用，可节约主拱圈用料，并起到较好的承力效果。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。图1为本发明结构示意图；图2为图1沿A向视图。
具体实施例方式图1为本发明结构示意图，图2为图1沿A向视图，如图所示本实施例的拱桥加固型组合拱圈，包括主拱圈1和位于主拱圈1下部的折线形铰接拱2，所述折线形铰接拱2 由依次铰接的承力杆形成，相邻铰接的承力杆(包括位于折线形铰接拱中间的承力杆22和位于折线形铰接拱两端部的承力杆21)铰接于一承力件23，如图所示，折线形铰接拱2通过首尾铰接的承力杆形成；其中位于折线形铰接拱两端部的承力杆21被施加预压应力，由于铰接为直线方向的刚性连接，该预压应力顺序传递，贯通于整个铰接拱；所述承力件23分布于主拱圈1下部并在预压应力的作用下紧顶主拱圈1承受正弯矩部位的下表面，承受正弯矩部位是指主拱圈1承受正弯矩而需要支撑的部位，不同的主拱圈1结构具有不同的部位，本发明则根据主拱圈的受力分布特点，具有针对性的提供支撑力；且承力件23与主拱圈1承受正弯矩部位的下表面自然分离；自然分离所指为承力件23与主拱圈1承受正弯矩部位的下表面之间仅为紧顶接触，并无其它连接关系，使主拱圈1与承力件23之间具有接触面切向相对运动的自由度，以保证预压应力贯通于铰接拱传递，以保证预压应力通过接触面法向压力直接作用于主拱圈，且避免发生干扰。本实施例中，所述承力件23设有承力面，该承力面顶住主拱圈1承受正弯矩部位的下表面；面接触利于预压应力的接触面法向传递，避免出现局部应力突变，利于增加加固效果。本实施例中，所述主拱圈1承受正弯矩部位的下表面局部粘贴有钢板5，所述承力件23的承力面通过钢板5紧顶主拱圈承受正弯矩部位的下表面；通过钢板5进行承力，利于保证主拱圈1与承力件23之间具有良好的接触摩擦平面，避免发生运动干扰，使预压应力传递过程中损失较小，保证受力的稳定性，同时，使主拱圈不受外力伤害，保证其使用寿命。本实施例中，所述承力件23为矩形块，所述承力杆(包括承力杆21和承力杆22 的铰接端部)通过沿主拱圈宽度方向且穿过承力件的铰接轴M直接铰接于承力件23 ；结构简单，拆装方便。本实施例中，位于折线形铰接拱两端部的承力杆21分别对应被支撑于主拱圈的两个拱座3上，如图所示，位于折线形铰接拱两端部的承力杆21为两个，一一对应被支撑于主拱圈1的两个拱座3上；位于折线形铰接拱两端部的承力杆21下端部与对应的拱座3之间通过千斤顶施加预压应力后固定垫入预压应力锚固垫块4，千斤顶施加预压应力属于本领域技术人员所知道的，在此不再赘述；首先通过千斤顶施加预压应力，达到设计预压应力大小后，将预压应力锚固垫块放入并直接塞紧锚固于拱座，一次性施加预压应力，并可根据需要施加不同的预压应力，而采用不同的预压应力锚固垫块厚度，将预压应力锚固垫块与折线形铰接拱两端部的承力杆下端部焊接或者其他方式的固定连接，即施工完成。本实施例中，所述钢板5沿主拱圈1宽度方向覆盖主拱圈1承受正弯矩部位的下表面局部，沿主拱圈1纵向的尺寸大于承力件23的承力面沿主拱圈纵向的尺寸，实践中，沿主拱圈1纵向的尺寸一般略大于承力件23的承力面沿主拱圈1纵向的尺寸，保证支撑加固效果，避免应力集中，同时具有一定的移动空间。本实施例中，所述承力件23设有铰接槽23a，相邻铰接的承力杆(包括承力杆21 和承力杆22的铰接端部)的铰接端部嵌入铰接槽23a并通过穿过铰接槽23a两侧壁的铰接轴M铰接于铰接槽23a内，相邻铰接的承力杆其中之一铰接端部为由铰接轴穿过两侧壁的叉形口 22a，另一承力杆铰接端部嵌入叉形口 2 并由铰接轴M铰接；本结构拆装方便简单，并使整个折线形铰接拱受力平衡稳定，避免受偏心力矩，从而保证主拱圈1的受力状况。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宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种拱桥加固型组合拱圈，其特征在于包括主拱圈和位于主拱圈下部的折线形铰接拱，所述折线形铰接拱由依次铰接的承力杆形成，相邻铰接的承力杆铰接于一承力件，位于折线形铰接拱两端部的承力杆被施加预压应力，所述承力件分布于主拱圈下部并在预压应力的作用下紧顶主拱圈承受正弯矩部位的下表面，且承力件与主拱圈承受正弯矩部位的下表面自然分离。
2.根据权利要求1所述的拱桥加固型组合拱圈，其特征在于所述承力件设有承力面， 该承力面顶住主拱圈承受正弯矩部位的下表面。
3.根据权利要求2所述的拱桥加固型组合拱圈，其特征在于所述主拱圈承受正弯矩部位的下表面局部粘贴有钢板，所述承力件的承力面通过钢板紧顶主拱圈承受正弯矩部位的下表面。
4.根据权利要求3所述的拱桥加固型组合拱圈，其特征在于所述承力件为矩形块，相邻铰接的承力杆通过同一沿主拱圈宽度方向且穿过承力件的铰接轴直接铰接于承力件。
5.根据权利要求4所述的拱桥加固型组合拱圈，其特征在于位于折线形铰接拱两端部的承力杆分别对应被支撑于主拱圈的两个拱座上，位于折线形铰接拱两端部的承力杆下端部与对应的拱座之间通过千斤顶施加预压应力并垫有预压应力锚固垫块。
6.根据权利要求5所述的拱桥加固型组合拱圈，其特征在于所述钢板沿主拱圈宽度方向覆盖主拱圈承受正弯矩部位的下表面，沿主拱圈纵向的尺寸大于承力件的承力面沿主拱圈纵向的尺寸。
7.根据权利要求6所述的拱桥加固型组合拱圈，其特征在于所述承力件设有铰接槽， 相邻铰接的承力杆的铰接端部嵌入铰接槽并通过穿过铰接槽两侧壁的铰接轴铰接于铰接槽内，相邻铰接的承力杆其中之一铰接端部为由铰接轴穿过两侧壁的叉形口，另一承力杆铰接端部嵌入叉形口并由铰接轴铰接。
全文摘要
本发明公开了一种拱桥加固型组合拱圈，包括主拱圈和位于主拱圈下部的折线形铰接拱，相邻铰接的承力杆铰接于一承力件，位于折线形铰接拱两端部的承力杆被施加预压应力，承力件分布于主拱圈下部紧顶主拱圈承受正弯矩部位的下表面且自然分离；本发明结构简单，便于安装和运输，位于铰接点的各承力件对主拱圈的预加力大小、方向明确，可根据需要灵活调整，在不增加原结构荷载的前提下有效改善原主拱圈的恒载内力分布，能很好地适应主拱圈不同截面内力调整的特定需求，预压应力折线形铰接拱的组成构件在使用期间具有可检测、可维修和可更换的特性，为拱桥在使用期的维护管理提供了技术便利，可有效提高拱桥的耐久性、延长拱桥使用寿命。
文档编号E01D4/00GK102425103SQ20111024165
公开日2012年4月25日 申请日期2011年8月22日 优先权日2011年8月22日
发明者彭凯, 徐基平, 程浩, 魏文财 申请人:彭凯