本发明属于桥梁建筑工程技术领域。具体地，涉及一种针对大跨度混凝土拱桥拱圈的裂缝控制方法，以及裂缝控制构造。
背景技术：
近年来，随着中国西南部等山区的高速铁路建设的飞速发展，在铁路桥梁设计中，越来越多的遇到了需采用大跨度拱桥进行跨越的高山峡谷地形。在这些地区，拱桥有着更好的地形适应性。而钢筋混凝土拱桥较钢拱桥能提供更大的结构刚度，行车平稳性及舒适性也更优，更能满足高速铁路对桥梁结构的要求；且造价更省，优势较大。因此，钢筋混凝土拱桥是西南山区铁路跨深谷地形一种非常好的解决方案，也应是优先选择的方案。而正是由于钢筋混凝土拱桥具有上述优点，该桥型在中国的发展也非常迅速。例如，在1997年就建成了主跨420m的世界第一大跨混凝土拱桥—万县长江大桥，该桥采用了钢管混凝土劲性骨架外包混凝土法成拱。该桥的建成使得劲性骨架法成拱技术跨上了一个新的台阶，也使得采用该技术建造体量更大的铁路大跨度混凝土拱桥成为可能。
但大跨度混凝土拱桥也有其自身的不足，由于拱圈的混凝土体量很大，在拱圈混凝土施工时不可能一次浇筑完成，必须要采取多工作面分环分段的施工方法。该拱圈混凝土浇筑施工方法会使节段间混凝土出现龄期差，拱圈的混凝土接缝必然增多；使混凝土易开裂，进而导致拱圈的整体性相对较差。
技术实现要素：
本发明的目的在于：针对大跨度混凝土拱桥的大体量混凝土拱圈，须采取多工作面分环分段浇筑的施工方法，存在拱圈整体性相对较差的问题，提供一种大跨度混凝土拱桥拱圈裂缝控制方法及构造。该方法及构造在多工作面分环分段浇筑施工方法的基础上，能够很好地控制拱圈混凝土裂缝的产生，同时也能够提高混凝土拱圈的整体性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种大跨度混凝土拱桥拱圈裂缝控制方法，拱圈采用劲性骨架法施工成型，对拱圈混凝土施加横向预应力；以抵消拱圈混凝土多工作面分环分段施工，先后浇筑的混凝土之间产生龄期差，所导致的收缩拉应力；进而控制拱圈混凝土开裂。混凝土收缩是一种化学反应，混凝土硬化早期，体积缩小产生应力，这时如果应力大于混凝土的抗拉强度，就会产生裂缝。本方案对拱圈混凝土施加横向预应力，很好地控制了拱圈混凝土裂缝的产生，同时也使得大跨度混凝土拱桥拱圈的整体性得到了极大的提升。
作为优选方案，拱圈混凝土施工过程中，在拱圈混凝土内预埋长度方向沿拱圈横向的钢束，以实现对拱圈混凝土施加横向预应力。钢束作为钢筋混凝土中提供预应力的结构，对于施加横向预应力，是一种便捷、经济、合理的方案。
作为优选方案，在单箱三室截面结构拱圈的顶板及底板混凝土内均预埋横向钢束。拱圈的顶板及底板均具有横向预应力，提高拱圈的整体性，同时防止拱圈产生裂缝。
作为优选方案，沿拱圈纵向，在拱圈混凝土内布满横向钢束。在拱圈纵向布满钢束，使得拱圈结构全部具有横向预应力，提高拱圈的整体性，同时防止拱圈产生裂缝。
作为优选方案，横向钢束的屈服强度、抗拉强度、伸长率及冷弯性能根据拱圈局部有限元分析计算确定，以提供受力合理的布置方案。
作为优选方案，横向钢束的纵向间距根据拱圈局部有限元分析计算确定，以提供受力合理的布置方案。
一种大跨度混凝土拱桥拱圈裂缝控制构造，拱圈混凝土内设置有钢束，钢束的长度方向沿拱圈横向。对拱圈混凝土施加横向预应力；以抵消拱圈混凝土多工作面分环分段施工，先后浇筑的混凝土之间产生龄期差，所导致的收缩拉应力；进而控制拱圈混凝土开裂。
作为优选方案，拱圈为单箱三室截面结构，拱圈的顶板及底板混凝土内均设置有横向钢束。拱圈的顶板及底板均具有横向预应力，提高拱圈的整体性，同时防止拱圈产生裂缝。
作为优选方案，沿拱圈纵向，拱圈混凝土内布满横向钢束。在拱圈纵向布满钢束，使得拱圈结构全部具有横向预应力，提高拱圈的整体性，同时防止拱圈产生裂缝。
作为优选方案，横向钢束不与拱圈的钢筋笼连接。布置横向钢束的作用是为了提供横向预应力，横向钢束不与钢筋笼连接，即在对拱圈本身的结构不带来影响的前提下，提供一种防止混凝土产生裂缝的构造。
综上所述，由于采用了上述技术方案，相比于现有技术，本发明的有益效果是：本发明针对大跨度混凝土拱桥的拱圈混凝土容易出现裂缝的缺点，对拱圈混凝土采用了“横向预应力裂缝控制法”。该方法对拱圈混凝土施加横向预应力，以抵消拱圈混凝土横截面分环施工中先后浇混凝土由于龄期差导致的收缩拉应力。大跨度混凝土拱桥采用“横向预应力裂缝控制法”后解决了大跨度混凝土拱桥拱圈混凝土施工接缝多，易产生裂缝、混凝土拱圈的整体性相对较差的问题。使得大跨度混凝土拱桥拱圈的整体性得到了极大的提升，同时也很好的控制了拱圈混凝土裂缝的产生；进而使得建造更大跨度更大体量的混凝土拱桥成为了可能，是一种值得大范围推广的大跨度混凝土拱桥拱圈裂缝控制方法及构造。
附图说明
图1是拱圈的横截面结构示意图。
图2是拱圈的a-a截面结构示意图。
附图中标记所对应的部件名称：1-拱圈，2-横向钢束。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。
本实施例公开了一种大跨度混凝土拱桥拱圈裂缝控制方法，如图1、2所示，拱圈采用劲性骨架法施工成型，对拱圈混凝土施加横向预应力；以抵消拱圈混凝土多工作面分环分段施工，先后浇筑的混凝土之间产生龄期差，所导致的收缩拉应力；进而控制拱圈混凝土开裂。
具体地，如图1、2所示，拱圈混凝土施工过程中，在拱圈混凝土内预埋长度方向沿拱圈横向的钢束，以实现对拱圈混凝土施加横向预应力。在单箱三室截面结构拱圈的顶板及底板混凝土内均预埋横向钢束。沿拱圈纵向，在拱圈混凝土内布满横向钢束。横向钢束的屈服强度、抗拉强度、伸长率及冷弯性能根据拱圈局部有限元分析计算确定。横向钢束的纵向间距根据拱圈局部有限元分析计算确定。
本实施例还公开了一种大跨度混凝土拱桥拱圈裂缝控制构造，如图1、2所示，拱圈混凝土内设置有钢束，钢束的长度方向沿拱圈横向。
具体地，如图1、2所示，拱圈为单箱三室截面结构，拱圈的顶板及底板混凝土内均设置有横向钢束。沿拱圈纵向，拱圈混凝土内布满横向钢束。横向钢束不与拱圈的钢筋笼连接。
下面以某416m上承式钢筋混凝土拱桥为例对本实施例进行说明：该桥主跨416m，矢高99m，矢跨比1/4.2，拱圈采用单箱三室截面。针对大跨度混凝土拱桥的拱圈混凝土容易出现裂缝的缺点，在实际项目建设中创新性地在混凝土拱圈中采用了“横向预应力裂缝控制法”。该方法的应用使得，有效地提高了大跨度拱桥拱圈的整体性，避免了拱圈混凝土裂缝的产生，是一种很好的大跨度混凝土拱桥拱圈混凝土裂缝控制方法。本实施例提供了一种便捷、经济、合理的大跨度混凝土拱桥拱圈混凝土裂缝控制方法(横向预应力裂缝控制法)，能有效地解决大跨度混凝土拱桥拱圈整体性差和拱圈混凝土易开裂的问题。
由于该桥跨度超过400m，又为高速铁路桥梁，因此，拱圈混凝土方量超过20000m3，体量非常大，拱圈施工采用劲性骨架法，拱圈混凝土分环分段形成，拱圈外包混凝土分6环形成，拱圈施工节段及接缝相对较多。
考虑到该桥的拱圈施工具有上述特点，因此拱圈结构设计时在拱圈顶板及底板内增设了横向预应力钢束构成的钢束，以抵消拱圈混凝土横截面分环施工中先后浇混凝土由于龄期差导致的收缩拉应力。横向预应力钢束的布置间距和钢束的型号根据拱圈局部有限元分析计算确定，该桥梁中横向预应力钢束在拱圈混凝土截面上施加了1.5mpa左右的压应力，实际效果非常好，全桥混凝土拱圈未出现裂缝。
综上，大跨度混凝土拱桥采用“横向预应力裂缝控制法”后解决了大跨度混凝土拱桥拱圈混凝土施工接缝多，易产生裂缝、混凝土拱圈的整体性相对较差的问题，使得大跨度混凝土拱桥拱圈的整体性得到了极大的提升，同时也很好的控制了拱圈混凝土裂缝的产生，使得建造更大跨度更大体量的混凝土拱桥成为了可能，是一种值得大范围推广的大跨度混凝土拱桥拱圈裂缝控制方法及构造。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。