一种用于古建筑廊桥的支撑拱架及其施工方法与流程

本发明属于古建筑保护领域，尤其涉及一种用于古建筑廊桥的支撑拱架及其施工方法。

背景技术：

廊桥亦称虹桥、蜈蚣桥等，为有顶的桥，可保护桥梁，同时亦可遮阳避雨、供人休憩、交流、聚会等作用。主要有木拱廊桥、石拱廊桥、木平廊桥、风雨桥、亭桥等。全国范围内的古建筑廊桥形式多样,风格各异,就桥的结构特性可分为木梁廊桥、石梁廊桥、木拱廊桥、石拱廊桥四大类。而木梁结构廊桥又可分为木平梁廊桥、木简支梁廊桥、木伸臂梁廊桥、木撑架廊桥和木拱廊桥五种。

廊桥由于年代久远，结构连接处会发生松动，整体稳定性变差，因此需要对其加固支撑保护，现有支撑结构有些采用木构架，虽然施工简单，但其稳定性较差，抗冲击性能弱，使用寿命短，而有些则采用混凝土构架，虽然强度高，使用寿命长，但其施工周期长，成本高，维修麻烦，且与廊桥不和谐，美观度差。

技术实现要素：

本发明目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种用于古建筑廊桥的支撑拱架及其施工方法，支撑拱架结构简单，连接灵活，拆装方便，搬运省力，且便于维修，抗荷载能力强，稳固耐久，施工方法简单，施工工期短，施工质量易于控制，材料运输方便，涉及的设备少，施工成本低。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种用于古建筑廊桥的支撑拱架，其特征在于：包括支撑基架、支撑连杆和加强板，加强板设于支撑连杆之间，支撑连杆设于支撑基架之间，支撑基架包括基座、第一拱骨、第二拱骨、第三拱骨、梁架、支撑横架和支撑杆，第一拱骨设于基座与梁架之间，第二拱骨设于基座与支撑横架之间，第三拱骨设于梁架与支撑杆之间，支撑杆穿过支撑横架，支撑杆的两端均设有限位孔，限位孔上设有木销，梁架与支撑横架之间设有加强杆；

进一步，基座包括基础桩、平衡柱和两块支板，支板连接基础桩和平衡柱，支撑横架包括横板、侧板和顶板，侧板设于顶板的两侧，横板设于侧板之间，支撑杆穿过侧板，基础桩上均匀分布有榫槽，横板上均匀分布有榫槽，第二拱骨的两端均设有榫头，榫头与榫槽相匹配，基座和支撑横架均为木材，生产加工简单，组装方便，易于施工，第二拱骨与基座、支撑横架之间采用榫卯的方式插接，不但可以承受较大的荷载，稳固耐久，而且允许产生一定的变形，构成一个富有弹性的体系。

进一步，第一拱骨的一端设有第一凸起，平衡柱上均匀分布有安装槽，安装槽连接第一凸起，梁架上均匀分布有贯穿槽，第一拱骨的另一端设有第二凸起，第二凸起穿过贯穿槽，第三拱骨的一端设有尾榫，第二凸起上设有插槽，插槽连接尾榫，采用可拆卸的连接方式，将第一拱骨分别和基座、梁架插接，三者连接一体，相互牵制，施工方便，第三拱骨与第一拱骨之间采用榫卯的方式插接，将第一拱骨锁在梁架上，梁架也无法脱离第一拱骨，相互结合，无法脱开，有效地限制第一拱骨向各个方向的扭动，稳定牢固。

进一步，基础桩与支撑杆之间设有连杆件，连杆件包括第一连杆和第二连杆，第一连杆连接第二连杆，第一连杆设于基础桩上，第二连杆设于支撑杆上，当支撑横架受压时，通过支撑杆进行传递，支撑杆将力的作用传递给第二连杆，而第一连杆受到基础桩的支持力作用，会对第二连杆产生一个向上的力，两个力的作用方向相反，相互抵消，多余的力作用使得第二连杆发生转动，将力的作用转化分散，从而能提高整体支撑的稳定性。

进一步，基础桩上均匀分布有限位槽，限位槽连接第一连杆的一端，施工时将第一连杆的一端插入到限位槽中即可，不会脱出，施工简单，安装效率高，利于缩短工期。

进一步，加强杆的一端设有固定凸头，梁架的两端均设有定位槽，定位槽连接固定凸头，一端采用卡接的方式，连接可靠稳定，安装快速便捷，降低施工强度，加强杆将梁架与支撑横架连接起来，支撑横架受力就会将力的作用通过加强杆传递给梁架，梁架再将力的作用通过第一拱骨传递给基座，由基座传递及分散压力，梅花桩通过支持力将压力抵消，保持整体稳定。

一种用于古建筑廊桥的支撑拱架的施工方法，其特征在于包括如下步骤：

(a)施工场地清理：清理廊桥桥身下的垃圾，在两侧靠岸区域均搭设梅花桩，将梅花桩打入到泥层中并压实，梅花桩露出水面8cm～10cm，根据桥宽控制梅花桩横向布设间距为40cm～50cm，总数小于10个，纵向布设间距为20cm～30cm，总数小于6个，作为支撑拱架的支撑基础；

(b)框架搭设：先用螺钉将基础桩和平衡柱分别钉在横向布设的梅花桩上，再用支板将基础桩和平衡柱的两端固定连接，接着用螺钉将支板钉在纵向布设的梅花桩上，基座整体固定在梅花桩上，然后将第一拱骨的第一凸起插入到平衡柱的安装槽中，将第二拱骨两端的榫头分别插入到基础桩的榫槽和横板上的榫槽中，此时第一拱骨与第二拱骨呈斜向交错状态，再将第一拱骨的第二凸起插入梁架上的贯穿槽，使得第二凸起上的插槽露出，梁架则倚靠在第二拱骨上，将顶板用螺钉固定在桥身底板上，再用侧板将横板和顶板的两端进行固定连接；

(c)支撑基架组装：首先安装连杆件，将第一连杆的一端插入到基础桩的限位槽中，将第二连杆暂时搁置在横板上，然后将第三拱骨一端的尾榫插入到第二凸起的插槽中，再用支撑杆依次穿过侧板、第二连杆、第三拱骨、侧板的顺序，将第二连杆和第三拱骨的一端固定在支撑杆上，接着将木销插入到支撑杆两端的限位孔中，使得支撑杆限位在侧板上，将加强杆一端的固定凸头插入到梁架一端的定位槽中，再将加强杆的另一端用螺钉固定在侧板上；

(d)加固：在对岸完成支撑拱架的搭设，两个支撑拱架呈对称设置，将支撑连杆固定连接两个支撑拱架的侧板，最后在支撑连杆之间安装加强板，用螺钉固定，用木锤敲击螺钉各连接处3～5次；

(e)监测：布设变形监测点，了解支撑拱架的变形情况，每隔1～2天，监测人员将测点位移的监测结果向现场技术负责人汇报，发现异常及时作出施工方案调整。

进一步，步骤(e)中第一组监测位置选择梅花桩露出水面部分的截面，随机选择3～5个变形监测点，第二组监测位置选择桥高的l/8、3l/8、5l/8及7l/8的截面，每个截面随机选择3～5个变形监测点，监测的位移包括竖、横及纵向位移，对梅花桩进行布点监测是为了排除梅花桩的沉降对支撑拱架性能的干扰，由于现场难以评估支撑拱架的实际承载能力及变形情况，因此对支撑拱架进行变形监测，并根据变形监测结果适时评估支撑拱架的安全状态，即时调整施工方案，以免早期出现结构松动，甚至坍塌的现象，减少经济损失。

本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

本发明中支撑拱架结构简单，连接灵活，拆装方便，搬运省力，且便于维修，可以单独更换损坏的部件，各个构件之间的结点采用榫卯的方式插接，构成一个柔性结构体，不但可以承受较大的荷载，稳固耐久，同时具有一定的美观度，而且允许产生一定的变形，各个构件互相结合，互相支撑，互相限制，不会产生方向上的扭动，整体性好。支撑横架受到廊桥的压力，由支撑杆、侧板和横板分别进行传递，支撑杆将力的作用传递给第三拱骨，第三拱骨将力传递给梁架，梁架将力传递给第一拱骨，第一拱骨将力传递给平衡柱，侧板将力的作用通过加强杆传递给梁架，横板将力的作用通过第二拱骨传递给基础桩，最终压力作用全部传递到基座上，由基座支撑分散、传递，消失于地表中；支撑拱架整体受压，利用受压产生的摩擦力，使得各构件之间越压越紧，越来越稳定，连成一体，富有韧性，支撑效果好，使用寿命长，不仅可以提高廊桥的稳定性，还可抵抗洪水的冲击，减少廊桥的使用年限。

本发明施工方法简单，施工工期短，施工质量易于控制，材料运输方便，涉及的设备少，成本低，各构件之间采用榫卯的插接方式，操作性低，有效降低人工作业强度，施工有序，效率高。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明中一种用于古建筑廊桥的支撑拱架的结构示意图；

图2为本发明中支撑基架的结构示意图；

图3为本发明中基座的结构示意图；

图4为本发明中支撑横架的结构示意图；

图5为本发明中基座和支撑横架连接的结构示意图；

图6为本发明中第一拱骨、第三拱骨和梁架连接的结构示意图；

图7为本发明中连杆件的结构示意图。

图中：1-支撑基架；2-支撑连杆；3-加强板；4-基座；5-第一拱骨；6-第二拱骨；7-第三拱骨；8-梁架；9-支撑横架；10-支撑杆；11-基础桩；12-平衡柱；13-支板；14-横板；15-侧板；16-顶板；17-第一凸起；18-安装槽；19-贯穿槽；20-第二凸起；21-尾榫；22-插槽；23-榫槽；24-榫头；25-加强杆；26-固定凸头；27-定位槽；28-连杆件；29-第一连杆；30-第二连杆；31-限位槽；32-限位孔；33-木销。

具体实施方式

如图1至图7所示，为本发明一种用于古建筑廊桥的支撑拱架，包括支撑基架1、支撑连杆2和加强板3，加强板3设于支撑连杆2之间，支撑连杆2设于支撑基架1之间，支撑基架1包括基座4、第一拱骨5、第二拱骨6、第三拱骨7、梁架8、支撑横架9和支撑杆10，基座4包括基础桩11、平衡柱12和两块支板13，支板13连接基础桩和平衡柱12，支撑横架9包括横板14、侧板15和顶板16，侧板15设于顶板16的两侧，第一拱骨5的一端设有第一凸起17，平衡柱12上均匀分布有安装槽18，安装槽18连接第一凸起17，梁架8上均匀分布有贯穿槽19，第一拱骨5的另一端设有第二凸起20，第二凸起20穿过贯穿槽19，第三拱骨7的一端设有尾榫21，第二凸起20上设有插槽22，插槽22连接尾榫21，第三拱骨7的另一端设于支撑杆10上，采用可拆卸的连接方式，将第一拱骨5分别和基座4、梁架8插接，三者连接一体，相互牵制，施工方便，第三拱骨7与第一拱骨5之间采用榫卯的方式插接，将第一拱骨5锁在梁架8上，梁架8也无法脱离第一拱骨5，相互结合，无法脱开，有效地限制第一拱骨5向各个方向的扭动，稳定牢固。

基础桩11上均匀分布有榫槽23，横板14上均匀分布有榫槽23，第二拱骨6的两端均设有榫头24，榫头24与榫槽23相匹配，第二拱骨6连接基础桩11与横板14，基座4和支撑横架9均为木材，生产加工简单，组装方便，易于施工，第二拱骨6与基座4、支撑横架9之间采用榫卯的方式插接，不但可以承受较大的荷载，稳固耐久，而且允许产生一定的变形，构成一个富有弹性的体系。

梁架8与支撑横架9之间设有加强杆25，加强杆25的一端设有固定凸头26，梁架8的两端均设有定位槽27，定位槽27连接固定凸头26，一端采用卡接的方式，连接可靠稳定，安装快速便捷，降低施工强度，加强杆25将梁架8与支撑横架9连接起来，支撑横架9受力就会将力的作用通过加强杆25传递给梁架8，梁架8再将力的作用通过第一拱骨5传递给基座4，由基座4传递及分散压力，梅花桩通过支持力将压力抵消，保持整体稳定。

基础桩11与支撑杆10之间设有连杆件28，连杆件28包括第一连杆29和第二连杆30，第一连杆29连接第二连杆30，基础桩11上均匀分布有限位槽31，限位槽31连接第一连杆29的一端，施工时将第一连杆29的一端插入到限位槽31中即可，不会脱出，施工简单，安装效率高，利于缩短工期，第二连杆30设于支撑杆10上。当支撑横架9受压时，通过支撑杆10进行传递，支撑杆10将力的作用传递给第二连杆30，而第一连杆29受到基础桩11的支持力作用，会对第二连杆30产生一个向上的力，两个力的作用方向相反，相互抵消，多余的力作用使得第二连杆30发生转动，将力的作用转化分散，从而能提高整体支撑的稳定性。支撑杆10穿过侧板15，并穿过第二连杆30和第三拱骨7，支撑杆10的两端均设有限位孔32，限位孔32上设有木销33，安装时只需将木销33插入限位孔32中，通过两端的木销33限制支撑杆10在侧板15上发生横向移动，将支撑杆10进行限位固定，也就实现了第二连杆30和第三拱骨7的固定。

本发明中支撑拱架结构简单，连接灵活，拆装方便，搬运省力，且便于维修，可以单独更换损坏的部件，各个构件之间的结点采用榫卯的方式插接，构成一个柔性结构体，不但可以承受较大的荷载，稳固耐久，同时具有一定的美观度，而且允许产生一定的变形，各个构件互相结合，互相支撑，互相限制，不会产生方向上的扭动，整体性好。支撑横架9受到廊桥的压力，由支撑杆10、侧板15和横板14分别进行传递，支撑杆10将力的作用传递给第三拱骨7，第三拱骨7将力传递给梁架8，梁架8将力传递给第一拱骨5，第一拱骨5将力传递给平衡柱12，侧板15将力的作用通过加强杆25传递给梁架8，横板14将力的作用通过第二拱骨6传递给基础桩11，最终压力作用全部传递到基座4上，由基座4支撑分散、传递，消失于地表中；支撑拱架整体受压，利用受压产生的摩擦力，使得各构件之间越压越紧，越来越稳定，连成一体，富有韧性，支撑效果好，使用寿命长，不仅可以提高廊桥的稳定性，还可抵抗洪水的冲击，减少廊桥的使用年限。

一种用于古建筑廊桥的支撑拱架的施工方法，包括如下步骤：

(a)施工场地清理：清理廊桥桥身下的垃圾，在两侧靠岸区域均搭设梅花桩，将梅花桩打入到泥层中并压实，控制每根梅花桩的垂直度偏差小于1％，不会出现松动、倾斜的现象，确保梅花桩支撑稳定，梅花桩露出水面8cm～10cm，根据桥宽控制梅花桩横向布设间距为40cm～50cm，总数小于10个，纵向布设间距为20cm～30cm，总数小于6个，作为支撑拱架的支撑基础。

(b)框架搭设：先用螺钉将基础桩11和平衡柱12分别钉在横向布设的梅花桩上，再用支板13将基础桩11和平衡柱12的两端固定连接，接着用螺钉将支板13钉在纵向布设的梅花桩上，基座4整体固定在梅花桩上，用梅花桩作为基座4的支撑落脚，保证基座4稳定，与梅花桩连成一体，支撑作用强。然后将第一拱骨5的第一凸起17插入到平衡柱12的安装槽18中，将第二拱骨6两端的榫头24分别插入到基础桩11的榫槽23和横板14上的榫槽23中，此时第一拱骨5与第二拱骨6呈斜向交错状态，再将第一拱骨5的第二凸起20插入梁架8上的贯穿槽19，使得第二凸起20上的插槽22露出，梁架8则倚靠在第二拱骨6上，将顶板16用螺钉固定在桥身底板上，再用侧板15将横板14和顶板16的两端进行固定连接，基座4和支撑横架9同时施工，便于在施工过程中根据剩余搭接长度变化做出相应的调整，有效提高施工效率，避免出现返工现象。

(c)支撑基架1组装：首先安装连杆件28，将第一连杆29的一端插入到基础桩11的限位槽31中，将第二连杆30暂时搁置在横板14上，然后将第三拱骨7一端的尾榫21插入到第二凸起20的插槽22中，再用支撑杆10依次穿过侧板15、第二连杆30、第三拱骨7、侧板15的顺序，将第二连杆30和第三拱骨7的一端固定在支撑杆10上，接着将木销33插入到支撑杆10两端的限位孔32中，使得支撑杆10限位在侧板15上，将加强杆25一端的固定凸头26插入到梁架8一端的定位槽27中，再将加强杆25的另一端用螺钉固定在侧板15上。

(d)加固：在对岸完成支撑拱架的搭设，两个支撑拱架呈对称设置，将支撑连杆2固定连接两个支撑拱架的侧板15，最后在支撑连杆2之间安装加强板3，用螺钉固定，用木锤敲击螺钉各连接处3～5次，提高螺钉的紧固度，提高连接的稳定性。

(e)监测：布设两组变形监测点，了解支撑拱架的变形情况。第一组监测位置选择梅花桩露出水面部分的截面，随机选择3～5个变形监测点，对梅花桩进行布点监测是为了排除梅花桩的沉降对支撑拱架性能的干扰。第二组监测位置选择桥高的l/8、3l/8、5l/8及7l/8的截面，每个截面随机选择3～5个变形监测点，监测的位移包括竖、横及纵向位移，每隔1～2天，监测人员将测点位移的监测结果向现场技术负责人汇报，发现异常及时作出施工方案调整，由于现场难以评估支撑拱架的实际承载能力及变形情况，因此对支撑拱架进行变形监测，并根据变形监测结果适时评估支撑拱架的安全状态，即时调整施工方案，以免早期出现结构松动，甚至坍塌的现象，减少经济损失。

本发明施工方法简单，施工工期短，施工质量易于控制，材料运输方便，涉及的设备少，成本低，各构件之间采用榫卯的插接方式，操作性低，有效降低人工作业强度，施工有序，效率高。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出的简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。