一种适用于桥梁的变直径拱肋的制作方法

本实用新型涉及桥梁技术领域，具体涉及一种适用于桥梁的变直径拱肋。

背景技术：

拱桥是指以拱肋作为结构主要承重构件的桥梁。目前，钢管混凝土拱桥、混凝土拱桥和钢拱桥是中国拱桥领域的三大主要桥型，其中数量以钢管混凝土拱桥为最，钢管混凝土拱桥的拱肋由钢管和钢管内填充的混凝土组合而成。由于钢管的径向约束限制了受压混凝土的膨胀，使混凝土处于三向受压状态，从而显著提高了混凝土的抗压强度。

已建钢管混凝土拱桥的拱肋均采用了等直径钢管混凝土结构，虽然该结构已经得到了广泛应用，但其仍存在一些局限性，主要表现为：

1、内力调节范围太小，不能完全适应拱肋不同位置受力变化的需要。拱桥荷载的传递途径为：拱肋跨中区域荷载和内力先全部传递至拱脚处，再由拱脚传递至地基。因此，越靠近拱脚，拱肋截面承担的内力越大，拱肋跨度越大，拱肋跨中和拱脚截面的内力差值越大。目前设计普遍采用调整钢管壁厚的方法，但仅能小范围的部分解决拱肋不同位置受力差异的问题，对于大跨度的钢管混凝土拱桥，即使采用变壁厚的钢管，拱肋跨中和拱脚截面内力仍然相差巨大，如主跨430m的钢管混凝土拱桥的拱脚截面内力为其跨中截面的3.89倍，由于调整壁厚的方法受限于钢管截面，因此其能够调节的内力范围较小，仅采用调整钢管壁厚的方法无法满足设计需求。

2、因为构造原因而导致拱肋结构材料的浪费。对于大跨度钢管混凝土拱桥，拱脚受力很大需采用大直径钢管，若拱肋采用等直径钢管混凝土结构，因拱肋跨中区域受力很小，采用很薄壁厚可满足受力要求。但从构造上来说，钢管壁厚和其管径需匹配才能充分发挥钢管混凝土结构的受力性能，即拱肋跨中区域的钢管壁厚只能减小至构造壁厚，从而导致跨中区域拱肋材料的浪费。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：针对目前钢管混凝土拱桥拱肋不能完全适应拱肋不同位置受力变化的需要、跨中区域材料浪费的问题，提供一种适用于桥梁的变直径拱肋,能够克服上述问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种适用于桥梁的变直径拱肋, 所述拱肋为包括钢管和混凝土的钢管混凝土结构,所述拱肋的钢管位于拱顶部分的外径小于位于拱脚部分的外径。

作为优选，所述钢管由至少三个管段对接而成，位于拱顶部分的管段外径小于位于拱脚部分的管段外径。

作为优选，相邻两个不同外径的管段之间还设置有过渡段,所述过渡段用于连接相邻两个外径不同的所述管段，过渡段一端的外径和与该端连接的管段外径相等，另一端的外径和与该另一端连接的管段外径相等，从而使得整体美观，便于制造加工，更具体的，过渡段以及与该过渡段连接的两管段为一体式结构，能具有更好的受力强度，当然，为了节约制造成本，过渡段和与其连接的两管段也可以是其他固定连接结构，比如可以是焊接或螺纹连接。

作为优选，所述过渡段为一端直径较大，另一端直径较小的中空圆台状，由此，能够避免连接处的应力集中，能够改善钢管混凝土结构的受力情况，使连接处不易损坏。

作为优选，至少一个所述管段是等壁厚的，由此，便于加工制造，同时能够避免非等壁厚管段出现的应力集中情况。

作为优选，至少两个所述管段的壁厚互不相等，由此, 能够进一步提高第一管段的抗弯、受压和抗拉强度,当然，并不是一定要依次变化，相邻的两管段的壁厚也可以相等，可以按设计需要进行布置。

作为优选，至少一个所述管段由至少两个钢管节段对接形成，至少一个所述管段中的至少两个所述钢管节段的壁厚不相同，由此，在使用时，壁厚较厚的节段设置在靠近拱脚的位置，也就是设置在受力较大的位置，由于壁厚越厚，钢管的抗压、抗弯和抗拉强度均更好，由此，拱肋的强度更好，拱肋更加稳定可靠。

作为优选，所述管段为一体式结构，能具有更好的受力强度。

作为优选，所述过渡段与所述管段之间平滑过渡，能避免连接处的应力集中。

作为优选，所述过渡段的锥度为0.05～0.2。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本申请的有益效果是：

1、应力调节范围大，能满足设计需求：采用外径较小的钢管作为拱肋的跨中部分或靠近跨中区部分的结构，由此，当拱肋受载时，拱肋的中跨区域受力小于拱肋拱脚受力，由于拱肋拱脚截面面积大于跨中区域截面面积，拱肋跨中区域的最大承受应力与拱脚最大承受应力相比相差不会太大，如果合计合理，在某一受力情况下，理论上能够使得跨中区域最大承受应力与拱脚最大承受应力相等；并且，由于采用的是变外径的方式，而钢管外径能够随需要而增加，随着钢管外径的增加，能够使得钢管混凝土结构的截面面积得以增大，相比于仅调节壁厚的方式而言，本方案能够调节的应力更大，理论上能够获得无限大的调节范围，从而能够使得大跨度钢管混凝土拱桥的拱肋各截面能够承受的最大应力相差不大，能够满足大跨度拱桥设计需求；

2、节省跨中区域材料：由于跨中区域的钢管外径可以不与拱脚处的钢管外径相等，能够按照受力需求去设计，因此，能够采用小外径薄壁厚的钢管，由此，能够节省钢管材料，同时节省混凝土材料；

3、缩短施工时间：跨中区域的钢管直径较小，灌入该区域的混凝土量较少，由此，能够缩短灌注混凝土的时间，从而缩短施工周期。

附图说明

图1为一种现有钢管混凝土拱桥的示意图；

图2为本申请钢管混凝土结构的示意图；

图3为本申请区别于图2的另一种钢管混凝土结构示意图；

图4为本申请区别于图3的另一种钢管混凝土结构示意图；

图中标记：1-主梁，2-拱上立柱，3-拱肋，31-拱肋跨中区域，32-拱脚，5-过渡段，6-管段，61-钢管节段。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本申请中使用的“跨中”即是指拱肋的对此中心，“跨中区域”即指跨中附近的区域。

实施例1

如图2所示，一种桥梁变直径钢管混凝土结构,拱肋为包括钢管和混凝土的钢管混凝土结构, 拱肋的钢管位于拱顶部分的外径小于位于拱脚部分的外径，即在靠近拱脚最近的部分采用外径较大的钢管，而在靠近跨中最近的部分采用小直径钢管，由此，当拱肋受载时，拱肋的跨中区域受力小于拱肋拱脚受力，由于拱肋拱脚截面面积大于跨中区域截面面积，拱肋跨中区域的应力与拱脚应力相比相差不会太大，特别的，在某一受力情况下，理论上能够使得跨中区域应力与拱脚应力相等；并且，由于采用的是变外径的方式，而钢管外径能够随需要而增加，随着钢管外径的增加，能够使得钢管混凝土结构的截面面积得以增大，相比于仅调节壁厚的方式而言，本方案能够调节的应力范围更大，理论上能够获得无限大的调节范围，使拱脚区域的钢管混凝土结构应力越小，从而能够使得大跨度钢管混凝土拱桥的拱肋各截面的最大应力相差不大；由于跨中区域的钢管外径可以不与拱脚处的钢管外径相等，能够按照受力需求去设计，因此，能够采用小外径薄壁厚的钢管，由此，能够节省钢管材料，同时节省混凝土材料。

进一步的，钢管由至少三个管段6对接而成，位于拱顶部分的管段6外径小于位于拱脚部分的管段6外径，至少两个管段6的外径不相同，距离跨中最近的管段6的外径小于距离拱脚最近的管段6的外径，由此，当为三个管段6时，跨中区域作为一个管段6，两个拱脚附近作为其他两个管段6，相比于仅调节壁厚的方式而言，本方案能够调节的应力更大，理论上能够获得无限大的调节范围，从而能够使得大跨度钢管混凝土拱桥的拱肋各截面的最大应力相差不大，能够满足大跨度拱桥设计需求，并且由于跨中可以采用管径较小的钢管，可以节省跨中区域管段6的钢材和混凝土材料，同时，能够缩短施工时间。

进一步的，相邻两个不同外径的管段之间还设置有过渡段5,过渡段5用于连接相邻两个外径不同的管段6，过渡段5一端的外径和与该端连接的管段6外径相等，另一端的外径和与该另一端连接的管段6外径相等，从而使得整体美观，便于制造加工，更具体的，过渡段5以及与该过渡段5连接的两管段6为一体式结构，能具有更好的受力强度，当然，为了节约制造成本，过渡段5和与其连接的两管段6也可以是其他固定连接结构，比如可以是焊接或螺纹连接。

更具体的，过渡段5为一端直径较大，另一端直径较小的中空圆台状，大头端与外径较大的管段6连接，小头端与外径较小的连接，并且过渡段5与管段6之间平滑过渡，由此，能够避免连接处的应力集中，能够改善钢管混凝土结构的受力情况，使连接处不易损坏，更具体的，过渡段5外形呈锥形，过渡段5与管段6通过圆角过度，加工方便，制造成本低。

进一步的，至少一个管段6是等壁厚的管段6，即该管段6沿轴线任意位置的壁厚均为定值，由此，便于加工制造，同时能够避免非等壁厚管段6出现的应力集中情况，更特殊的，所有管段6均是等壁厚管段6，如此，能够进一步降低加工成本，

实施例2

如图3所示，区别于实施例1中的所有管段6的壁厚均为同一壁厚，本实施例中的至少两个管段6的壁厚互不相等，由拱脚至跨中，管段6的壁厚逐渐减小，即越靠近拱脚位置，管段6壁厚越厚，由此, 能够进一步提高第一管段6的抗弯、受压和抗拉强度,当然，并不是一定要依次变化，相邻的两管段6的壁厚也可以相等，可以按设计需要进行布置。

实施例3

如图4所示，区别于实施例1中的等壁厚管段6，本实施例中的至少一个管段由至少两个钢管节段61 1对接形成，至少一个管段中的至少两个钢管节段61的壁厚不相同，钢管节段61形成的管段6可以是一体式结构，也可以是焊接或螺纹连接形成的固定连接结构。本实施例中的部分或全部管段6由采用壁厚不同的节段连接而成，即部分或全部管段6不是等壁厚管段6，由此，在使用时，壁厚较厚的节段设置在靠近拱脚的位置，也就是设置在受力较大的位置，由于壁厚越厚，钢管的抗压、抗弯和抗拉强度均更好，由此，拱肋的强度更好，拱肋更加稳定可靠。

进一步的，过渡段5的锥度为0.05～0.2，过渡段5外形为圆锥形，该圆锥的锥度为0.05～0.2，本申请的锥度是指圆锥的底面直径与锥体高度之比，如当过渡段5的锥度为0.05时，过渡段5很长，跨度较大，能够节省制造成本和施工成本；当然，过渡段5的锥度为也可以为0.2，此时过渡段5长度较小，跨度短，能够适应设计，使钢管混凝土结构各区域的应力相差不大，节省材料成本；或者，过渡段5的锥度为0.075或0.1或0.125时，此时长度适中，跨度适中，在制造成本和施工成本较低的情况下，材料成本较少，并且，钢管混凝土结构各区域的应力相差也不大。

凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。