园林拱桥拱圈饰面石连接结构及其施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种园林拱桥拱圈饰面石连接结构及其施工方法，涉及园林桥梁施工领域，包括钢筋混凝土拱圈、建筑荷载、人群荷载和饰面石等，并将饰面石设为“「”形，该“「”形一横下部内底面与钢筋混凝土拱圈的顶部内水平面相贴连以承受饰面石的内水平面支承力，从而改善受力特性；再用密封型膨胀螺栓组件代替植筋或标准型膨胀螺栓，其具有带十字型凹槽的垫圈，可方便拱圈混凝土水泥浆渗入封闭密封型膨胀螺栓组件与饰面石内的空隙；同时，还通过力学分析，提出饰面石的计算公式，改变目前采用经验估计饰面石连接构件受力的缺点，改进后的饰面石连接结构及其施工方法还具有构造简单、施工方便、依据科学、受力安全可靠、镶嵌质量好等优点。
【专利说明】园林拱桥拱圈饰面石连接结构及其施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种园林桥梁施工领域，尤其是指园林拱桥拱圈饰面石连接结构及其施工方法。
【背景技术】
[0002]现代文明给建筑领域带来了单调乏味、枯燥压抑的钢筋混凝土丛林，人们更向往与大自然接地气的建筑；因此，近郊游玩和消遣的选择中，园林属于首选去处之一。“有园皆有桥，无桥不成园”，是中国传统园林艺术中一种独特的元素。木桥、竹桥、藤桥和石桥，是园林桥梁的主要型式，但用这些传统材料建成的桥梁需经常维修、更新，耐久性差，特别是石拱桥，由于城市地基承载力低，不适宜建造。为了克服这个缺点，用钢筋混凝土建筑隐蔽的承重部分，出露部分采用石料镶嵌或建造，也能达到逼真的效果。
[0003]园林石拱桥的钢筋混凝土拱圈是桥梁的主要上部结构，一般在钢筋混凝土拱圈外镶嵌花岗岩等饰面石，墩台和栏杆等上部结构也采用石料建造或镶嵌饰面石。目前，在钢筋混凝土拱圈上镶嵌花岗岩等类饰面石常用两种方法:一是钢筋混凝土拱圈浇筑完成后，再用环氧树脂胶泥和铆钉锚固外贴，这种方法镶嵌工艺复杂，质量难以保证，桥梁使用过程中容易脱落，修补费工费时，又影响美观；二是饰面石与钢筋混凝土拱圈一起浇筑，首先在饰面石内侧面钻孔，用植筋胶植入钢筋，再将钢筋与混凝土内的拱圈钢筋骨架电焊，最后浇筑拱圈混凝土，这种在饰面石内用植筋胶植入钢筋的方法有三个缺陷:其一，植筋胶植入钢筋孔内定位困难，难以做到植入的钢筋周边胶体粘结均匀，其二，电焊时高温会导致植入钢筋与结构物之间的粘结材料强度降低，影响锚固力，其三，植入钢筋的直径和深度按经验估计，缺乏理论依据，往往锚固力过于保守而浪费材料或锚固力不足影响饰面石镶嵌质量。同时，现在所用的饰面石均为直板型，受力效果欠佳、支承力较差。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷而提供一种构造简单、施工方便、受力安全可靠、镶嵌质量好的园林拱桥拱圈饰面石连接结构及其施工方法。
[0005]本发明的技术问题通过以下技术方案实现:
一种园林拱桥拱圈饰面石连接结构，包括作为园林拱桥上部出露部分的钢筋混凝土拱圈及钢筋混凝土拱圈上的建筑荷载和人群荷载，所述的钢筋混凝土拱圈横向两端的顶部内水平面和端部外垂直面上分别镶嵌多块饰面石，所述的每块饰面石的横截面均呈“「”形，该“「”形饰面石顶部一横的内底面相贴连在所述钢筋混凝土拱圈的顶部内水平面上，“「”形饰面石一竖的内侧面相贴连在所述钢筋混凝土拱圈的端部外垂直面上；所述的“「”形饰面石顶部一横的内侧面和“「”形饰面石一竖的内侧面上分别设有多根嵌装固定的密封型膨胀螺栓组件，每根密封型膨胀螺栓组件的外端部均伸入并固定在钢筋混凝土拱圈内。
[0006]所述的钢筋混凝土拱圈是由拱圈钢筋骨架和拱圈混凝土构成，所述的每根密封型膨胀螺栓组件的外端部均与拱圈钢筋骨架作电焊固定，再由拱圈混凝土浇筑成一体。
[0007]所述的每根密封型膨胀螺栓组件除垫圈外均为标准紧固连接件，包括膨胀套管、螺栓、螺母、垫圈和弹片，所述螺栓的膨胀端配套安装在膨胀套管内，螺栓的螺纹端伸入钢筋混凝土拱圈内，并与拱圈钢筋骨架作电焊固定。
[0008]所述的“「”形饰面石顶部一横内侧面和“「”形饰面石一竖内侧面分别设有多个预留孔，所述的每根密封型膨胀螺栓组件的膨胀套管均对应嵌装固定在每个预留孔内，该预留孔的深度大于膨胀套管的高度为5?10mm，每根密封型膨胀螺栓组件的螺栓均与每个预留孔的孔壁之间留有空隙。
[0009]所述的垫圈是圆环形钢质薄片，其厚度比标准的垫圈厚一倍，与饰面石空隙相贴的端面上设有呈十字型分布的凹槽，该凹槽的深度为垫圈厚度的一半，每个凹槽均与所述空隙相连通。
[0010]所述的钢筋混凝土拱圈上的建筑荷载和人群荷载分别为钢筋混凝土拱圈上的建筑重量和拱桥建成后的人群活动荷载。
[0011]所述的“ Γ”形饰面石顶部一横的内底面具有内水平面支承力，该内水平面支承力是在钢筋混凝土拱圈上的建筑荷载和人群荷载作用下与所述内底面相贴连的钢筋混凝土拱圈顶部内水平面上的反力，该内水平面支承力的计算需符合如下公式:
公式一、
Nz = bq3，
公式二、
d (aqx + acj2 — bcj,) — nYj N1 = O
公式二、
f=l
由公式二可得公式四:
公式四、
3
bdq% = Ctdiql
1=1
公式五、
3
Odicjl ^q1) ^nYjNi
?I— I
式中，巧——饰面石的内水平面支承力(《V)；
?——单块“「”形饰面石顶部一横的平均长度(■); b—单块“「”形饰面石顶部一横减去一竖水平宽度的平均长度(爾)； d—单块“「”形饰面石的平均宽度(w); c——钢筋混凝土拱圈的横向宽度(_ )；
"——每块饰面石中每层密封型膨胀螺栓组件的数量；
——饰面石上所受的建筑荷载(JW/iw2 )；
g2—饰面石上所受的人群荷载(jw/i?2 )；
9%——饰面石内水平面支承力的平均分布强度(ttr/m2 )；
= i，23)—每块饰面石中每层密封型膨胀螺栓组件所受的垂直力(Mf)；
ij(i = l,23)—每块饰面石中每层密封型膨胀螺栓组件所受的水平力(w)；
以上公式是以饰面石中设置3层、每层《根密封型膨胀螺栓组件为例的，如饰面石中设置B?层时，将以上公式中的即可。同时，在公式四、公式五中，
a、当每块饰面石中每层密封型膨胀螺栓组件所受的垂直力#大于螺栓的屈服剪切强度JVc时，即Nt(i = 1,2,3) >- Nc，或钢筋混凝土拱圈的拱圈钢筋骨架达到屈服剪切强度时，密封型膨胀螺栓组件不再受力，即％(i = 123) = O，密封型膨胀螺栓组件的螺栓与饰面石的内水平面支承力Y最大，为公式六、
"I
K.= Wft 二 WX....................................................................................................................—----?ζ1- 二从 + q:)
公式七、
0 == ^3ι±--
Y3maxL
baο
b、当每块饰面石中每层密封型膨胀螺栓组件所受的垂直力i(刚达到螺栓的屈服剪切强度义时，即罵=，或拱圈钢筋骨架刚达到屈服剪切强度时，即
JVfCi = 1,2^) = JVe ,密封型膨胀螺栓组件的螺栓与饰面石的内水平面支承力Nz最小，为
公式八、: ^€h: W X —: Odiql + 夺:)-5wA;f 公式九、
ft — Cidjql +q2)-3nNc %min -。
[0012]所述的密封型膨胀螺栓组件在拉力i>作用下，饰面石上所受的剪切应力和正拉应力的计算需符合如下公式:
公式十、
P = Q Z=: Jp2 + P2
丨 _* γ ?U
公式1、
Pt.p
cos or
公式十二、
B—^wmmmmf'd
1.._ I i LA
式中
a——饰面石的扩散角(rarf )；
P—密封型膨胀螺栓组件的最大锚固力、即拉力(?Π ；
Pt——在密封型膨胀螺栓组件的最大拉力P作用下，饰面石所受的剪切力(JW);
K—在密封型膨胀螺栓组件的最大拉力作用下，饰面石所受的正拉应力(JW)； 根据上述公式十、公式十一、公式十二的计算，则饰面石所受的剪切应力τ和正拉应力cr分别由以下公式计算得出，即公式十三、
P
1T _
JiL{R + r)cosa
公式十四、
Ptva
CF —-------
Td^ll + r)
式中，CE——饰面石的扩散角(rarf);
P——密封型膨胀螺栓组件的最大锚固力、即拉力(MO ；
L—密封型膨胀螺栓组件嵌入饰面石内的有效长度(?); r—密封型膨胀螺栓组件嵌入饰面石内的末端有效直径(胃)；
Jt —密封型膨胀螺栓组件的锚固力经扩散后的饰面石表面的有效直径C? );
并且,饰面石的容许拉应力crS [σ]和容许剪应力r S [r], [cf]为饰面石的容许拉应力，[τ]为饰面石的容许剪应力，才不致因密封型膨胀螺栓组件的锚固力过大而引起损坏或直接损坏饰面石。
[0013]所述的饰面石的横截面受到密封型膨胀螺栓组件的预压力、饰面石的内水平面支承力、及钢筋混凝土拱圈上的建筑荷载和人群荷载的共同作用，其强度计算需符合如下公式:
公式十五、
N = Bxdxiq1、q2 q3) = Bdiq1 +? -%)
公式十六、
M =hyidxi{ql+q2 -^)x- = ^b>d{qx +<y2
根据上述公式十五、公式十六的计算，则饰面石的横截面正应力和剪应力分别为:
公式十七、
M nP 2办吻1nP Sh^djql +?-q立±6nP气
σ Wr ± Sdft,2± dhi
6
公式十八、
τ_ N _ +?2 — %) — +--2 — %)
碑— A — h
式中
M——饰面石横截面的弯矩(JW-1B);
N——饰面石横截面的剪力(iff)；
CF-饰面石横截面的正应力(MPa)；
T-饰面石横截面的剪应力(Affb)；
W——饰面石横截面的抗弯截面模量(W);
S—饰面石横截面的截面积(》2)；
b—单块“「”形饰面石顶部一横减去一竖水平宽度的平均长度(!H);d—单块“「”形饰面石的平均宽度〔Hf)饰面石上部宽度略大于下部宽度，多个饰面石相互拼接以形成拱形拱圈；
9l——饰面石上所受的建筑荷载(JW/IB2 ); ?2—饰面石上所受的人群荷载(JW/w2);
——饰面石内水平面支承力的平均分布强度(JWZiwj );
P—密封型膨胀螺栓组件的最大锚固力(MO ； n——每块饰面石中每层密封型膨胀螺栓组件的数量；
K— “「”形饰面石顶部一横的高度；
由公式十七、公式十八可知，当ft最小时，即叹3 — %論时，饰面石横截面的正应力、
剪应力可达到最大,要求饰面石横截面的正应力容许正应力和剪应力r S容许剪应力。
[0014]所述的园林拱桥拱圈饰面石的施工方法具体操作步骤如下:
步骤一、根据饰面石的力学计算数据加工“「”形饰面石，并将该“「”形饰面石与钢筋混凝土拱圈相贴接部位凿毛，以加强与钢筋混凝土拱圈的结合效果；
步骤二、利用冲击电钻将“「”形饰面石的顶部一横内侧面和一竖内侧面上分别钻出多个相应尺寸的预留孔，每个预留孔内均嵌装固定密封型膨胀螺栓组件的膨胀套管和螺栓，通过旋紧螺母即可使膨胀套管、螺母、弹片、垫圈与饰面石胀紧成一体；
步骤三、在预先搭设的拱架上，将带有多根嵌装固定好密封型膨胀螺栓组件的饰面石安放在钢筋混凝土拱圈横向两端的顶部内水平面和端部外垂直面位置上，并按照施工需要留出螺栓的合适长度，再将螺栓外端部与该拱圈钢筋骨架作电焊焊接固定；
步骤四、浇筑拱圈混凝土，并在密封型膨胀螺栓组件与拱圈钢筋骨架的连接处加强振荡，以使拱圈混凝土的水泥浆渗入封闭饰面石预留孔内的空隙，从而使饰面石与钢筋混凝土拱圈形成一体共同受力。
[0015]与现有技术相比，本发明主要是将镶嵌在钢筋混凝土拱圈上的饰面石设计为“「”形，该“「”形顶部一横下部的内底面与钢筋混凝土拱圈的顶部内水平面相贴连以承受饰面石的内水平面支承力，从而改善饰面石的受力特性；再用密封型膨胀螺栓组件代替植筋或标准型膨胀螺栓，该密封型膨胀螺栓组件具有一个带十字型凹槽的垫圈，且凹槽均与“「”形饰面石顶部一横的内侧面和“「”形饰面石一竖的内侧面上所预设的预留孔内空隙相连通，从而使拱圈混凝土的水泥浆能渗入而封闭密封型膨胀螺栓组件与饰面石内的空隙，起到保护密封型膨胀螺栓组件免受外界水汽进入，延长密封型膨胀螺栓组件的使用寿命；同时，还通过力学分析，提出一套饰面石的计算公式，改变目前一般采用经验估计饰面石连接构件受力的缺点，做到不过于保守而浪费材料或锚固力不足而影响饰面石的镶嵌质量，故改进后的饰面石连接结构及其施工方法具有构造简单、施工方便、依据科学、受力安全可靠、镶嵌质量好等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明的结构示意图。
[0017]图2为图1的B— B剖视图。
[0018]图3为钢筋混凝土拱圈的剖视结构示意图。
[0019]图4为饰面石的横截面结构示意图(安装有密封型膨胀螺栓组件)。
[0020]图5为密封型膨胀螺栓组件的结构示意图。
[0021]图6为垫圈的结构示意图。
[0022]图7为饰面石f/ic)弹性支承反力影响线图。
[0023]图8为饰面石受力计算示意图。
[0024]图9为图8的右视图。
[0025]图10为饰面石A— A截面受力计算示意图。
[0026]图11为图10的右视图。
[0027]图12为密封型膨胀螺栓组件在饰面石上锚固处的受力计算示意图。
[0028]图13为饰面石与钢筋混凝土拱圈的受力计算示意图。
[0029]图14为实施例1的结构示意图。
[0030]图15为图14的右视图。
[0031]图16为实施例2的结构示意图。
[0032]图17为图16的右视图。
【具体实施方式】
[0033]下面将按上述附图对本发明实施例再作详细说明。
[0034]如图广图17所示，1.钢筋混凝土拱圈、11.拱圈钢筋骨架、12.拱圈混凝土、13.端部外垂直面、14.顶部内水平面、2.饰面石、21.预留孔、22.内侧面、23.内底面、24.空隙、
3.密封型膨胀螺栓组件、31.膨胀套管、32.垫圈、321.凹槽、33.弹片、34.螺母、35.螺栓、
4.建筑荷载、5.人群荷载。
[0035]园林拱桥拱圈饰面石连接结构及其施工方法，如图1、图2所示,涉及一种园林桥梁施工领域，其基本构造主要包括钢筋混凝土拱圈1、及钢筋混凝土拱圈上的建筑荷载4和人群荷载5，该建筑荷载4和人群荷载5分别为钢筋混凝土拱圈I上的建筑重量和拱桥建成后的人群活动荷载。
[0036]所述的钢筋混凝土拱圈I是拱桥上部的主要结构，它作为园林拱桥上部的出露部分，由图3所示的拱圈钢筋骨架11和浇筑一体的拱圈混凝土 12构成，在钢筋混凝土拱圈I横向延伸并外露的两端分别设有顶部内水平面14和端部外垂直面13，且顶部内水平面14和端部外垂直面13上将分别镶嵌多块以花岗岩类石材制成的饰面石2，相邻两块饰面石之间相互断开不连续，块与块之间的缝隙填抹环氧树脂胶泥，通过饰面石2的镶嵌能起整个拱桥与周边环境协调和美观的作用。
[0037]所述的每块饰面石2均是按照拱桥的力学数据加工成如图4所示横截面呈“「”形，该“「”形饰面石的高度，即如图9、图11所示的h，“「”形饰面石的顶部一横高度，即如图9、图11所示的Ill ;所述的“「”形饰面石顶部一横的内底面23相贴连在钢筋混凝土拱圈I的顶部内水平面14上，“「”形饰面石一竖的内侧面22相贴连在钢筋混凝土拱圈I的端部外垂直面13上，“「”形饰面石2相贴连接触的表面凿毛，以加强与钢筋混凝土拱圈I的结合效果；同时，饰面石2的内侧面22上还需预设多层密封型膨胀螺栓组件3，每层多根密封型膨胀螺栓组件3，每根密封型膨胀螺栓组件3的外端部均与拱圈钢筋骨架11作电焊固定，再由拱圈混凝土 12浇筑成一体以共同形成拱桥的钢筋混凝土拱圈I。
[0038]为易于图示和说明起见，本实施例简化为饰面石2的内侧面22上预设三层密封型膨胀螺栓组件3，每层设三根密封型膨胀螺栓组件3。
[0039]所述的“ r”形饰面石2顶部一横的内底面23具有内水平面支承力，该内水平面支承力是在钢筋混凝土拱圈I上的建筑荷载4和人群荷载5作用下与内底面相贴连的钢筋混凝土拱圈I顶部内水平面14上的反力，它能改善饰面石2的受力特性，即相当于饰面石的牛腿，支承在钢筋混凝土拱圈I的顶部内水平面14上，在饰面石2受力时不易脱落，增加牢固度。
[0040]如图1、图5?图9所示，饰面石2的内水平面支承力计算过程如下:
第一，先计算饰面石2和钢筋混凝土拱圈I荷载横向分布系数，如图7为饰面石的
弹性支承反力影响线图，其中q2为均布荷载，即人群荷载。
[0041]饰面石2和钢筋混凝土拱圈I荷载横向分布系数简化计算模型为:
?成块状的饰面石2镶嵌在钢筋混凝土拱圈I横向的两端外侧，块与块之间相互断开不连续，钢筋混凝土拱圈I整体纵向受力时，不计饰面石2的受力。
[0042]6、每块饰面石2上的密封型膨胀螺栓组件3与钢筋混凝土拱圈I的拱圈钢筋骨架11电焊连接，钢筋混凝土拱圈I的横向局部受力计算时，以钢筋混凝土拱圈I的横向宽度、每块饰面石2的厚度和高度分别作为弹性支承梁的长度、宽度和高度，饰面石2与钢筋混凝土拱圈I之间为铰接。
[0043]c、利用杠杆原理法计算荷载横向分布系数
(O建筑荷载:按照饰面石2占钢筋混凝土拱圈I宽度比例平均分摊。
[0044](2)汽车荷载横向分布系数:饰面石2的厚度一般小于50 ,汽车轮胎最小距饰面石外边缘50 --布载，杠杆原理法计算的汽车荷载横向分布系数为O。
[0045](3)人群荷载标准值和横向分布系数
孔径小于50 m ,人群荷载3.0 JW/M3 ;桥梁计算跨径等于或大于150 m时,人群荷载标准值为2.5 iN/m7 ;桥梁计算跨径在大于50 w小于150 I?时可由线性内插得到人群荷载标准值；跨径不等的连续结构采用最大计算跨径的人群荷载标准值；城镇郊区行人密集地区的公路桥梁人群荷载标准值为上述标准值1.15倍；专用人行桥梁人群荷载标准值为3.5 IsNim7。
[0046]人群荷载横向分布系数:Wcr = = I。
[0047]第二，计算饰面石2的内水平面支承力:
如图8、图9所示，每块饰面石2在建筑荷载4和人群荷载5作用下，每块饰面石2中设置的三层密封型膨胀螺栓组件3与拱圈钢筋骨架11连接处的水平拉(压)力、垂直力分别为
Pr JV13Pr N2' N3，饰面石2的内水平面支承力为JVz ,该内水平面支承力的计算需符合如下公式:
公式一、
Nz = bq3
公式二、
3
d(aqi +%: 0
I= I
公式二、
E = O
jCmmi
;=I
由公式二可得公式四:
公式四、
3
bdq5 = ad{qx 十(:卜)一--y^ N1
1=1
公式五、
od(q} + f2)-
★?O? I
?Γ'? WBmrnm崖立.化—.......................................................................................................................M......................................................................................................................式中，JV2——饰面石的内水平面支承力(JW)；
0.—单块“「”形饰面石顶部一横的平均长度(Bi); b—单块“「”形饰面石顶部一横减去一竖水平宽度的平均长度(《I ); d—单块“「”形饰面石的平均宽度(爾)，饰面石上部宽度大于下部宽度； c——钢筋混凝土拱圈的横向宽度(》? )
H——每块饰面石中每层密封型膨胀螺栓组件的数量； ft——饰面石上所受的建筑荷载(JW7in2 );
f3—饰面石上所受的人群荷载，即外荷载(iW/l?3 ); ffi——饰面石内水平面支承力的平均分布强度(JW/m2 );
= 1,23)—每块饰面石中每层密封型膨胀螺栓组件所受的垂直力(W)；
i?(i = I,23)——每块饰面石中每层密封型膨胀螺栓组件所受的水平力(w)；
以上公式是以饰面石中设置3层、每层η根密封型膨胀螺栓组件为例的，如饰面石中设置《层时，将以上公式中的1- = Bt即可。同时，在公式四、公式五中，
a、当每块饰面石2中每层密封型膨胀螺栓组件3所受的垂直力大于螺栓的屈服剪切强度JVc时，即NiQ = 1,2,3) >- Ne，或钢筋混凝土拱圈I的拱圈钢筋骨架11达到屈服剪切强度时，密封型膨胀螺栓组件3不再受力，即N/i = 1,2,3) = O,密封型膨胀螺栓组件3的螺栓35与饰面石2的内水平面支承力&最大，为公式六、
3
义瞧== ad(q, + q,)
公式七、
Λ — W&i+t) —_免+1)
t a...............f~m— '
I jimxf ff
bd h
b、当每块饰面石2中每层密封型膨胀螺栓组件3所受的垂直力Ni刚达到螺栓35的屈月艮剪切强度K时,即罵(i = 1,23) ，或拱圈钢筋骨架11刚达到屈服剪切强度时，即
N^i = 1,23) = Nc ,密封型膨胀螺栓组件3的螺栓35与饰面石2的内水平面支承力Nz
最小，为
公式八、
AU = Mqi = M X ctd^—土..............=.......3|1^......= Cidiql + Ch) — 3 我.M
公式九、
Qd1i + 分、)一3wA.....................'』iAbt —
Jjynmxj -§
bd
[0048]所述的三层密封型膨胀螺栓组件3在饰面石2内侧面22上的设置结构为:“「”形饰面石2顶部一横的内侧面22上设置一层密封型膨胀螺栓组件3，“「”形饰面石2 —竖的内侧面22上设置两层密封型膨胀螺栓组件3，每层均为水平设置三根密封型膨胀螺栓组件
3;因此，还需在“「”形饰面石2的内侧面22上分别对应每根密封型膨胀螺栓组件3进行嵌装固定的位置以冲击电钻钻出相应尺寸的预留孔21。
[0049]所述的每根密封型膨胀螺栓组件3均为钢质紧固件，其包括膨胀套管31、螺栓35、螺母34、垫圈32和弹片33 ;其中，膨胀套管31、螺栓35、螺母34和弹片33均为标准的膨胀螺栓部件，即螺栓35的膨胀端配套安装在膨胀套管31内，螺栓35的螺纹端外露并连接螺母34和弹片33 ;所述的带有螺栓膨胀端的膨胀套管31嵌装在“「”形饰面石2的预留孔21内，该预留孔的深度需大于膨胀套管31的长度为5?10_，故螺栓35与预留孔21的孔壁之间就会形成空隙24。
[0050]所述的垫圈32为密封型膨胀螺栓组件3中特制的增设零件，它采用圆环形钢质薄片，厚度比标准的垫圈厚一倍，与饰面石2空隙24相贴的端面上开有十字型交叉的凹槽321，凹槽为圆弧形槽，凹槽321的深度为垫圈32厚度的一半，每个凹槽321均与预留孔21内的空隙24相连通，故能使拱圈混凝土 12的水泥浆渗入而封闭螺栓35与预留孔21之间的空隙24，起到保护密封型膨胀螺栓组件3免受外界水汽进入，延长密封型膨胀螺栓组件3的使用寿命。
[0051]所述的螺栓35螺纹端需伸入钢筋混凝土拱圈I内，螺栓35在外预留的合适长度需按照施工需要进行选取，并将螺栓35外端部与钢筋混凝土拱圈I的拱圈钢筋骨架11作电焊焊接固定，然后通过拱圈混凝土 12实现饰面石2与刚劲混凝土拱圈I的浇筑一体。
[0052]所述的密封型膨胀螺栓组件3在拉力P、即最大锚固力作用下，饰面石2上所受的剪切应力和正拉应力的计算需如图12所示符合如下公式:
公式十、
P = O= JP; +P1
公式十一、
P
P -
COS Cf
公式十二、
P _ UfrY /v
Fmmmm JT I 4 I
HO
式中
α-饰面石的扩散角(raaf )；
P—密封型膨胀螺栓组件的最大锚固力、即拉力(Wf)；
Pt——在密封型膨胀螺栓组件的最大拉力P作用下，饰面石所受的剪切力(JW)
K—在密封型膨胀螺栓组件的最大拉力P作用下，饰面石所受的正拉应力(m)； 根据上述公式十、公式十一、公式十二的计算，则饰面石所受的剪切应力τ和正拉应力cr分别由以下公式计算得出，即公式十三、
P
成(J? + r)cos<2
公式十四、
CT- Ptga
7iL{R + r)
式中，——饰面石的扩散角);
P——密封型膨胀螺栓组件的最大锚固力、即拉力(iftO ;
L—密封型膨胀螺栓组件嵌入饰面石内的有效长度(w )； r—密封型膨胀螺栓组件嵌入饰面石内的末端有效直径(胃)；
R —密封型膨胀螺栓组件的锚固力经扩散后的饰面石表面的有效直径)；
并且，饰面石的容许拉应力CTg |σ|和容许剪应力r S为饰面石的容许拉应力，[Γ]为饰面石的容许剪应力，才不致因密封型膨胀螺栓组件的锚固力过大而引起损坏或直接损坏饰面石。
[0053]所述的饰面石强度，以饰面石的横截面，即图10?图13所示A—A截面是受力最不利截面，该A—A截面受到密封型膨胀螺栓组件3的预压力、饰面石2的内水平面支承力、及钢筋混凝土拱圈I上的建筑荷载4和人群荷载5的共同作用，其强度计算需符合如下公式:公式十五、
^A-A = bx+^2-^) = bdi% +?-?)
公式十六、
MA_A 二 b乂 d 咖 +g2?)
根据上述公式十五、公式十六的计算，则饰面石2的A— A截面正应力和剪应力分别为:
公式十七、
? Μλ.....λ , nP 产⑷ 4 ^ f nP 5b2d{qiOnPhl
€Γ, , =--X-=-1-X-■=-1-
S^aOidhdh:
6
公式十八、
τ — h 二 +?1-f3) 二 Kqi +? -%)
A f df\ dl\ \
式中
Μα_λ-饰面石横截面的弯矩(iW-JH )；
na—a—饰面石横截面的剪力(_)； crA-A——饰面石横截面的正应力(MFa)；
TA~A-饰面石横截面的剪应力(MPa);
wA_A—饰面石横截面的抗弯截面模量(?/)；
^A-A-饰面石横截面的截面积(》3 );
b—单块“「”形饰面石顶部一横减去一竖水平宽度的平均长度C?);d——单块“「”形饰面石的平均宽度〔1? )，饰面石上部宽度略大于下部宽度，多个饰面石相互拼接以形成拱形拱圈；
——饰面石上所受的建筑荷载(JW/iw2 ); g2—饰面石上所受的人群荷载(iw/ι^); fs——饰面石内水平面支承力的平均分布强度(jBT/iw2 )；
P—密封型膨胀螺栓组件的最大锚固力、即拉力(JW)； n——每块饰面石中每层密封型膨胀螺栓组件的数量；
K— “「”形饰面石顶部一横的高度；
由公式十七、公式十八可知，当分3最小时，即穿3 ~ ?3π*ι时，饰面石A—A截面的正应力、剪应力可达到最大，要求饰面A— A截面的正应力^.....Α <[σ]容许正应力和剪应力Ta a S [Γ】容许剪应力。
[0054]所述的园林拱桥拱圈饰面石的施工方法，其具体操作步骤如下:
步骤一、根据饰面石的力学计算数据加工“「”形饰面石2，并将该“「”形饰面石2与钢筋混凝土拱圈I相贴接部位凿毛，以加强与钢筋混凝土拱圈I的结合效果；
步骤二、利用冲击电钻将“「”形饰面石2的顶部一横内侧面22和一竖内侧面22上分别钻出多个相应尺寸的预留孔21，每个预留孔内均嵌装固定密封型膨胀螺栓组件3的膨胀套管31和螺栓35，通过旋紧螺母34即可使膨胀套管31、螺母34、弹片33、垫圈32与饰面石2胀紧成一体；
步骤三、在预先搭设的拱架上，将带有多根嵌装固定好密封型膨胀螺栓组件3的饰面石2安放在钢筋混凝土拱圈I横向两端的顶部内水平面14和端部外垂直面13位置上，并按照施工需要留出螺栓35的合适长度，再将螺栓外端部与该拱圈钢筋骨架11作电焊焊接固定；
步骤四、浇筑拱圈混凝土 12，并在密封型膨胀螺栓组件3与拱圈钢筋骨架11的连接处加强振荡，以使拱圈混凝土 12的水泥浆渗入封闭饰面石2预留孔21内的空隙24，从而使饰面石2与钢筋混凝土拱圈I形成一体共同受力。
[0055]本发明再以两个具体实施例来详细描述该园林拱桥拱圈饰面石的连接结构。
[0056]实施例1
如图14、图15所示，桥梁上部结构采用三孔连拱桥，拱轴线均为圆弧线，单孔计算跨径8.6m,矢高1.075m,矢跨比为1:8，拱圈采用40cm厚矩形钢筋混凝土拱板，板宽6.7m,拱
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脚处均采用铰接。饰面石2的平均宽度为d =——= 62.15mm，饰面石的高度h为
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40mm,饰面石的顶部一横高度Ii1为1mm,饰面石顶部一横的平均长度<2为20mm,饰面石顶部一横减去一竖水平宽度的平均长度b为7mm ;密封型膨胀螺栓组件等数据见表I。
[0057]表I为密封型膨胀螺栓组件的各组成零件数据表
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W 涵——.......mil..........“?..…—................MillXiai I 14,5 ~ 7P | CP [ 700iSMU
实施例2
如图16、图17所示，本桥采用单跨拱桥，净跨径为6.0m,主拱采用38cm厚矩形钢筋混凝矩形板，板宽6.8米，两侧与钢筋混凝土一字墙固结。饰面石2的宽度为70^ + 65 O
d = ———= 67.75mm，饰面石的高度h为38mm，饰面石的顶部一横高度Ii1为10mm，饰面石顶部一横的平均长度α为20mm，饰面石顶部一横减去一竖水平宽度的平均长度b为7mm ;密封型膨胀螺栓组件等数据见表2。
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【权利要求】
1.一种园林拱桥拱圈饰面石连接结构，包括作为园林拱桥上部出露部分的钢筋混凝土拱圈(I)及钢筋混凝土拱圈上的建筑荷载(4)和人群荷载(5)，所述的钢筋混凝土拱圈(I)横向两端的顶部内水平面(14)和端部外垂直面(13)上分别镶嵌多块饰面石(2)，其特征在于: a、所述的每块饰面石(2)的横截面均呈“「”形，该“「”形饰面石(2)顶部一横的内底面(23)相贴连在所述钢筋混凝土拱圈(I)的顶部内水平面(14)上，“「”形饰面石(2)—竖的内侧面(22)相贴连在所述钢筋混凝土拱圈(I)的端部外垂直面(13)上； b、所述的“「”形饰面石(2)顶部一横的内侧面(22)和“「”形饰面石(2)—竖的内侧面(22)上分别设有多根嵌装固定的密封型膨胀螺栓组件(3)，每根密封型膨胀螺栓组件(3)的外端部均伸入并固定在钢筋混凝土拱圈(I)内。
2.根据权利要求1所述的园林拱桥拱圈饰面石连接结构，其特征在于所述的钢筋混凝土拱圈(I)是由拱圈钢筋骨架(11)和拱圈混凝土(12)构成，所述的每根密封型膨胀螺栓组件(3)的外端部均与拱圈钢筋骨架(11)作电焊固定，再由拱圈混凝土(12)浇筑成一体。
3.根据权利要求2所述的园林拱桥拱圈饰面石连接结构，其特征在于所述的每根密封型膨胀螺栓组件(3)均包括膨胀套管(31)、螺栓(35)、螺母(34)、垫圈(32)和弹片(33)，所述螺栓(35)的膨胀端配套安装在膨胀套管(31)内，螺栓(35)的螺纹端伸入钢筋混凝土拱圈(I)内，并与拱圈钢筋骨架(11)作电焊固定。
4.根据权利要求1或2或3所述的园林拱桥拱圈饰面石连接结构，其特征在于所述的“「”形饰面石(2)顶部一横内侧面(22)和“「”形饰面石(2)—竖内侧面(22)分别设有多个预留孔(21)，所述的每根密封型膨胀螺栓组件(3)的膨胀套管(31)均对应嵌装固定在每个预留孔(21)内，该预留孔的深度大于膨胀套管(31)的高度为5?10mm，每根密封型膨胀螺栓组件(3)的螺栓(35)均与每个预留孔(21)的孔壁之间留有空隙(24)。
5.根据权利要求4所述的园林拱桥拱圈饰面石连接结构，其特征在于所述的垫圈(32)是圆环形钢质薄片，其厚度比标准的垫圈厚一倍，与饰面石(2)空隙(24)相贴的端面上设有呈十字型分布的凹槽(321)，该凹槽的深度为垫圈(32)厚度的一半，每个凹槽(321)均与所述空隙(24)相连通。
6.根据权利要求1所述的园林拱桥拱圈饰面石连接结构，其特征在于所述的钢筋混凝土拱圈(I)上的建筑荷载(4)和人群荷载(5)分别为钢筋混凝土拱圈(I)上的建筑重量和拱桥建成后的人群活动荷载。
7.根据权利要求1所述的园林拱桥拱圈饰面石连接结构，其特征在于所述的“「”形饰面石(2)顶部一横的内底面(23)具有内水平面支承力，该内水平面支承力是在钢筋混凝土拱圈(I)上的建筑荷载(4)和人群荷载(5)作用下与所述内底面(23)相贴连的钢筋混凝土拱圈(I)顶部内水平面(14)上的反力，该内水平面支承力的计算需符合如下公式: 公式一、
= bq、， 公式二、
5 dIaql + aq2 — bq:%) — Ni 二 O
?=1 公式二、= O
；—I 由公式二可得公式四: 公式四、
3
bdq, = Ociiql +f,)~ Ni
1=1 公式五、
3Cid(Cj^q2)-1iYjNl
Cf=
J bd 式中，——饰面石的内水平面支承力(Hf)； ?—单块“「”形饰面石顶部一横的平均长度(《O; *—单块“「”形饰面石顶部一横减去一竖水平宽度的平均长度(w); d—单块“「”形饰面石的平均宽度(BI); C——钢筋混凝土拱圈的横向宽度)； ?——每块饰面石中每层密封型膨胀螺栓组件的数量； §1——饰面石上所受的建筑荷载(iW/iw2 ); ?2—饰面石上所受的人群荷载(JW/ι?2 ); ffs——饰面石内水平面支承力的平均分布强度(iW/m2)； ^(1=1,23)——每块饰面石中每层密封型膨胀螺栓组件所受的垂直力(Mn ； i"(i = 1,2,3)—每块饰面石中每层密封型膨胀螺栓组件所受的水平力(ΜΨ)； 以上公式是以饰面石(2)中设置3层、每层力η根密封型膨胀螺栓组件，如饰面石(2)中设置M层时，将以上公式中的i=爾即可；同时，在公式四、公式五中， a、当每块饰面石(2)中每层密封型膨胀螺栓组件(3)所受的垂直力.Ar1-大于螺栓(35)的屈服剪切强度Nc时，即N人i = 1^3)卜Nc，或钢筋混凝土拱圈(I)的拱圈钢筋骨架(11)达到屈服剪切强度时，密封型膨胀螺栓组件(3)不再受力，即MG = 1,23) = O,密封型膨胀螺栓组件(3)的螺栓(35)与饰面石(2)的内水平面支承力JVz最大，为 公式六、+ <y,) — #?〉' A, 尽顏=Mqi =Mx......................................................--—^— = Gdiql + q:) 公式七、
Hhmxf ff
hab b、当每块饰面石(2)中每层密封型膨胀螺栓组件(3)所受的垂直力刚达到螺栓(35)的屈服剪切强度义时，即馬，或拱圈钢筋骨架(11)刚达到屈服剪切强度时，即=二 _Λ?，密封型膨胀螺栓组件(3)的螺栓(35)与饰面石(2)的内水平面支承力Nz最小，为 公式八、 N,nm = bdq,: hd x 魅—土—■-^^= MKql + f,)- jnNc -.^ 公式九、
^ad(ql+q2)^3nNc — bd °
8.根据权利要求1所述的园林拱桥拱圈饰面石连接结构，其特征在于所述的密封型膨胀螺栓组件(3)在拉力P作用下，饰面石(2)上所受的剪切应力和正拉应力的计算需符合如下公式: 公式十、P = Q= Ip2 + P"
Y ￡tl 公式1、O_ P
T cos a 公式十二、L.^ j__w §~^ gη ' ~~ o 式中 a-饰面石的扩散角(rasi ) P—密封型膨胀螺栓组件的最大锚固力、即拉力(fcW)； P,—在密封型膨胀螺栓组件的最大拉力P作用下，饰面石所受的剪切力(JfcW); Pn—在密封型膨胀螺栓组件的最大拉力P作用下，饰面石所受的正拉应力(JW)； 根据上述公式十、公式十一、公式十二的计算，则饰面石(2)所受的剪切应力τ和正拉应力σ分别由以下公式计算得出，即 公式十三、 Γ- P
Tdijl I r)cos^r 公式十四、PtgajtL{R 4- r) 式中，ff——饰面石的扩散角(rarf); P—密封型膨胀螺栓组件的最大锚固力、即拉力(《)； L—密封型膨胀螺栓组件嵌入饰面石内的有效长度(《 - ^—密封型膨胀螺栓组件嵌入饰面石内的末端有效直径(■)； R —密封型膨胀螺栓组件的锚固力经扩散后的饰面石表面的有效直径C?)； 并且,饰面石(2)的容许拉应力erg[σ]和容许剪应力rS[r|, [cr]为饰面石的容许拉应力，[r|为饰面石的容许剪应力，才不致因密封型膨胀螺栓组件(3)的锚固力过大而引起损坏或直接损坏饰面石。
9.根据权利要求1所述的园林拱桥拱圈饰面石连接结构，其特征在于所述的饰面石(2)的横截面受到密封型膨胀螺栓组件(3)的预压力、饰面石(2)的内水平面支承力、及钢筋混凝土拱圈(I)上的建筑荷载(4)和人群荷载(5)的共同作用，其强度计算需符合如下公式: 公式十五、N^bxdxiq1 +q2 -务)二bd{q^q2 -%) 公式十六、M = hxdx(ql+q2 -?3)x— = d{qx +q2~%) 根据上述公式十五、公式十六的计算，则饰面石(2)的横截面正应力和剪应力分别为: 公式十七、σ U+^=爾gl+g2iWS吨2两dti 公式十八、
Z — Bdjql +q2 - q3) — Bjql + q2 q3)—^ — \ 式中 M——饰面石横截面的弯矩(JW-1B); N-饰面石横截面的剪力(IW)； Or-饰面石横截面的正应力(AflPar)； f-饰面石横截面的剪应力(JfPff)； W——饰面石横截面的抗弯截面模量(《*); S—饰面石横截面的截面积(M2)； b—单块“「”形饰面石顶部一横减去一竖水平宽度的平均长度(爾)；d—单块“「”形饰面石的平均宽度〔I? )，饰面石上部宽度略大于下部宽度，多个饰面石相互拼接以形成拱形拱圈； ——饰面石上所受的建筑荷载(JW/w2 ); g,—饰面石上所受的人群荷载(JUWm3 ); ?3——饰面石内水平面支承力的平均分布强度(fcW/JB2 )； P—密封型膨胀螺栓组件的最大锚固力(Mn ； η—每块饰面石(2)中每层密封型膨胀螺栓组件(3)的数量； K— “「”形饰面石顶部一横的高度； 由公式十七、公式十八可知，当ft最小时，即分3 — ^3?时，饰面石(2)横截面的正应力、剪应力可达到最大，要求饰面石(2)横截面的正应力CF < \σ]容许正应力和剪应力T < [τ]容许剪应力。
10.一种应用权利要求1所述的园林拱桥拱圈饰面石的施工方法，其特征在于该施工方法的具体操作步骤如下: 步骤一、根据饰面石(2)的力学计算数据加工“「”形饰面石(2)，并将该“「”形饰面石与钢筋混凝土拱圈(I)相贴接部位凿毛，以加强与钢筋混凝土拱圈(I)的结合效果；步骤二、利用冲击电钻将“「”形饰面石(2)的顶部一横内侧面(22)和一竖内侧面(22)上分别钻出多个相应尺寸的预留孔(21)，每个预留孔内均嵌装固定密封型膨胀螺栓组件(3)的膨胀套管(31)和螺栓(35)，通过旋紧螺母(34)即可使膨胀套管(31)、螺母(34)、弹片(33)、垫圈(32)与饰面石(2)胀紧成一体； 步骤三、在预先搭设的拱架上，将带有多根嵌装固定好密封型膨胀螺栓组件(3)的饰面石(2)安放在钢筋混凝土拱圈(I)横向两端的顶部内水平面(14)和端部外垂直面(13)位置上，并按照施工需要留出螺栓(35)的合适长度，再将螺栓(35)外端部与该拱圈钢筋骨架(11)作电焊焊接固定；步骤四、浇筑拱圈混凝土(12)，并在密封型膨胀螺栓组件(3)与拱圈钢筋骨架(11)的连接处加强振荡，以使拱圈混凝土(12)的水泥浆渗入封闭饰面石(2)预留孔(21)内的空隙(24)，从而使饰面石(2)与钢筋混凝土拱圈(I)形成一体共同受力。
【文档编号】E01D21/00GK104213502SQ201410442064
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月2日 优先权日:2014年9月2日
【发明者】陈出新, 陈久武, 叶海波, 卢华武, 谢其云, 程益凤 申请人:浙江绿艺园林工程有限公司