一种混凝土拱肋外包钢板套组及其加固装置的制作方法

本申请涉及拱肋加固技术领域，尤其涉及一种混凝土拱肋外包钢板套组及其加固装置。

背景技术：

随着我国铁路、高速公路建设项目的日益增多，在条件较差的深山峡谷修建桥梁的工程越来越多，尤其是大跨度钢拱桥，因为拱桥这样的结构特别适宜于谷深流急、施工环境恶劣的高原峡谷地区，所以针对大桥拱肋尤为关注，在拱桥施工中合拢与体系转换是拱肋安装的关键步骤。

拱桥施工多采用预制装配施工方法，拱肋提前预制好，运输到现场进行装配，常规拱肋合拢方式为：钢筋混凝土拱肋现浇从拱脚向拱顶依次浇筑至拱肋顶部合拢，对砼缓凝时间和浇注速度要求高，必须在先浇砼初凝前完成拱肋的合拢。

但是拱桥在施工及运营的过程中，由于不断增大累积的水平推力使软弱覆盖层中群桩基础主墩的各桩承受较大的水平剪力，主墩相应累积向边跨产生“塑蠕”位移，从而存在极大的拱肋开裂风险，拱肋开裂后要对其进行加固、改造和维修，但是对于拱肋的加固、改造和维修是一项复杂的工程，修补的方法适用范围有限，费用较高，工期较长且修补后的拱桥会因为修补的痕迹变的不美观，影响了整体的视觉效果。

技术实现要素：

本申请提供了一种混凝土拱肋外包钢板套组及其加固装置，用来解决在运营过程中混凝土拱肋开裂，后期修补耗时耗财耗力，且修补后的拱桥会因为修补的痕迹变的不美观的问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种混凝土拱肋外包钢板套组，所述钢板套组包括一个或者多个钢板套，所述钢板套包括：顶板、底板、两个侧板和剪力钉，

所述顶板、所述底板和所述侧板组成横截面为四边形的所述钢板套外壳；

每一个所述钢板套组的所述顶板上开设有布料孔；

所述钢板套的内壁上设置有所述剪力钉。

可选的，所述顶板与所述底板的边缘呈圆弧状设置。

可选的，所述顶板、所述底板和所述侧板均由多块钢板焊接而成。

可选的，每两个所述顶板、所述底板和所述侧板之间均通过焊接的方式连接在一起。

可选的，每两个所述顶板、所述底板和所述侧板的焊缝处焊接有多个马板。

可选的，所述顶板和所述侧板、所述底板和所述侧板之间均通过焊接的方式连接在一起。

可选的，多块所述顶板之间的焊缝与多块所述侧板之间的焊缝不在同一条直线上。

可选的，多块所述底板之间的焊缝与多块所述侧板之间的焊缝不在同一条直线上。

可选的，每一个所述钢板套组的所述顶板上还开设有振捣孔。

本申请实施例的第二方面提供了一种混凝土拱肋外包钢板套组加固装置，所述加固装置用于加固本申请实施例第一方面提供的所述钢板套组，

所述加固装置包括竖肋、横向大肋和对拉杆，

所述竖肋沿所述钢板套拱轴线径向均匀布置；

所述横向大肋沿所述钢板套拱轴线均匀布置；

相对的两侧所述竖肋之间设置一根或者两根所述对拉杆，相对的两侧所述横向大肋之间设置一对所述对拉杆。

本申请提供的技术方案包括以下有益技术效果：

本申请实施例的第一方面提供了一种混凝土拱肋外包钢板套组，钢板套组包括一个或者多个钢板套，钢板套包括：顶板、底板、两个侧板和剪力钉，顶板、底板和侧板组成横截面为四边形的钢板套外壳，钢板套的顶板上设置有布料孔，用于将钢板套安装好以后从布料孔中注入混凝土，对钢板套进行浇筑。本申请实施例的第二方面提供了一种混凝土拱肋外包钢板套组加固装置，加固装置包括竖肋、横向大肋和对拉杆，竖肋沿钢板套拱轴线径向均匀布置；横向大肋沿拱轴线均匀布置；相对的两侧竖肋之间设置一根或者两根对拉杆，相对的两侧横向大肋之间设置一对对拉杆。加固装置是为了防止在混凝土浇筑过程中，因钢板受力不均匀出现“鼓包”现象，防止涨模。混凝土在浇筑完成后，加固装置拆除，并将钢板套上所有的预留孔封闭起来，钢板套的内壁上设置有剪力钉，用于与钢板套一起承受推力，防止混凝土有强度后，钢板套发生位移和形变，钢板套组与混凝土组成一个整体，共同承受拱桥带来的水平推力，用来预防混凝土拱肋开裂，同时避免了在运营过程中拱肋开裂后再用钢板对其进行加固、改造和维修，耗时耗材且影响混凝土拱肋的美观性的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的钢板套的截面示意图。

图2为本申请实施例提供的另一种钢板套的截面示意图。

图3为本申请实施例提供的顶板的结构示意图。

图4为本申请实施例提供的钢板套的应用示意图。

图5为本申请实施例提供的对拉杆与竖肋、横向大肋的连接关系示意图。

附图标记说明：

1、顶板；2、底板；3、侧板；4、剪力钉；5、竖肋；6、横向大肋；7、对拉杆；8、马板；9、钢板条；10、拱座；11、布料孔；12、振捣孔。

具体实施方式

示例性的，如图1所示，本申请实施例的第一方面提供了一种混凝土拱肋外包钢板套的正视图，钢板套包括：顶板1、底板2、侧板3和剪力钉4，顶板1、底板2和侧板3组成横截面为四边形的钢板套外壳，钢板套可以由一整块钢板焊接而成，即将钢板开口的两端焊接在一起，其它部分用弯折的工艺加工，使得钢板套外壳由一个顶板1、一个底板2和两个侧板3组成一个闭合的四边形。

可选的，钢板套外壳还可以由四块钢板焊接而成，例如，我们选用1cm厚，规格为Q345d的钢板，1cm厚Q345d的钢板宽度又有1.2m、1.5m、2.5m等多种规格，为了保证拱肋线形优美的基础上尽量减少钢板焊缝数量，我们选择1.5m宽的钢板,用于制造本申请所述的钢板套的材料不局限于1.5m的钢板，具体情况根据现场施工情况而定。

示例性的，如图2所示，为了便于板块之间的焊接，将顶板1和底板2边缘设置呈圆弧状，然后与侧板3焊接在一起，将四边形的四个角设置成圆弧状，首先给拱肋增添了一份美感，其次在混凝土浇筑的时候可以缓冲混凝土的冲击力，四个角的受力从点到面，使得钢板套外壳的承压能力更好，使用寿命也更长。

示例性的，如图3所示，在钢板套组的顶板1上开设有布料孔11，布料孔11的数量至少是一个，设置布料孔11的目的是为了当钢板套组安装到拱座10上以后，施工过程中，需要对钢板套组进行混凝土的浇筑，布料孔11作为混凝土的进料口需要提前在钢板套组上设置好，布料孔11的尺寸需要根据工程的大小以及施工过程的便利程度来决定。

可选的，如图3所示，在开设布料孔11的同时，还在顶板上开设有振捣孔12，振捣孔12的数量至少是一个。因为混凝土不论是在搅拌或者运输的过程中，都会产生气泡，使得混凝土之间不能紧密的贴合，留有一定的间隙，减小了混凝土的密度，所以会在钢板套组的顶板上设置振捣孔12，振捣孔12的大小也是依据振捣棒的长度和振捣作用有效半径来设置的，混凝土通过布料孔11添加后，经过振捣孔12有次序地分层振捣，可以消除混凝土的蜂窝麻面现象，混凝土密度变大，提高了混凝土的强度。

布料孔11和振捣孔12兼有透气的功能，在施工过程中，通过对混凝土的振捣，混凝土内多余的空气就会通过这两个孔排出去，这样就可以让混凝土的透气性变差，若混凝土内包裹的有钢筋，可以减缓钢筋表面的腐蚀速度，延长钢筋的使用寿命。

示例性的，如图1所示，钢板套的内壁上设置有多组剪力钉4，不论是在顶板1、底板2还是侧板3的内壁上均设置有剪力钉4，剪力钉4均匀分布且充分考虑拱肋钢筋布置及钢板套的断面形式，剪力钉4是为了抵抗混凝土的剪力而设置的部件，用于钢板和混凝土之间抗剪连接，使剪力钉4与钢板共同工作，有效的传递混凝土与钢板之间的推力以及使两者分离的“掀起力”，最终使混凝土与钢板组合成一个整体，共同承受拱桥的水平推力。在钢板套的内壁上均匀的设置剪力钉4，其施工工艺属于机械自动焊，大大提高了工作效率，施工成本相对较低，广被工程施工所采用。

由于工程量的不同，所以架设的拱肋规格会有很大的差别，拱肋是由混凝土外套设钢板套组组成的，若工程量较大，则需要钢板套的规格也相应的变大，现有技术，一次性无法制造出规格较大的钢板套，这时候就需要将多个顶板1、底板2和侧板3焊接在一起，拼接起来使用，为了使多个顶板1、底板2和侧板3在拼接时，接缝处可以对齐，本申请在接缝处设置了多组马板8，马板8以平行于接缝的方式先卡接在第一钢板与第二钢板接缝处一圈，然后对其进行点焊，焊完后检查位置，若没有问题再进行整体的焊接，马板8底部靠近焊缝的地方预留有孔，便于焊接马板底部的焊缝。

示例性的，如图4所示，为本申请钢板套的应用示意图，在拱座10的两侧设置两段钢板套组，混凝土在浇筑拱座10前，为了预防混凝土拱肋与端横梁及拱座10交接处开裂，同时为了保证拱肋混凝土浇筑时避免漏浆，在拱座10的两侧分别预埋有钢板条9，钢板条9在拱座10混凝土浇筑后，向外伸出10cm，用于支撑钢板套，待钢板套架设完成后，预埋钢板条9与钢板套焊接成一个整体，且在施工过程中钢板套也要预埋一部分到端横梁及拱座10内，且预埋长度不小于20cm。

如图4所示，为了便于钢板套现场安装，在钢板套架设前已经将顶板1、侧板3、底板2焊接完成，剪力钉4也与钢板套内壁焊接，振捣孔12和布料孔11也进行了预留设置，并将开设预留孔的钢板块保存，待混凝土浇筑完成后，再将预留孔封闭。

可选的，当钢板套组是由多块顶板1、多块侧板3和多块底板2焊接而成时，如图4所示，多块顶板1之间的焊缝与多块侧板3之间的焊缝不在同一条直线上，这样焊接的目的是为了减少焊缝接受混凝土的冲击力，上下焊缝不在同一条直线上，可以均匀的分散混凝土带来的压力，减少对钢板套使用性能的影响。

可选的，多块底板2之间的焊缝与多块侧板3之间的焊缝也采用不在同一条直线上的焊接方式，目的也是为了减少焊缝接受混凝土的冲击力，上下焊缝不在同一条直线上，可以均匀的分散混凝土带来的压力，减少对钢板套使用性能的影响。

如图4所示，本申请实施例的第二方面提供了一种混凝土拱肋外包钢板套组加固装置，该加固装置用于本申请提供的钢板套。

加固装置包括竖肋5、横向大肋6和对拉杆7，竖肋5沿钢板套拱轴线径向均匀布置，竖肋5的长度与钢板套的高度有关系，根据实际钢板套的长度，设定一个固定的横向间距，按照预留的位置，将竖肋5用紧固件固定在钢套箱的侧板3上，用于在浇筑混凝土的时候，钢板套不会因为自身的形变导致拱肋形状的改变，左右两侧相对的竖肋5之间设置有一根或者两根对拉杆7，对拉杆7设置在顶板1和底板2上，对拉杆7的两端分别与竖肋5的两端通过紧固件连接，若钢板套的底板与底板的支架已经固定，同时竖肋通过紧固件与底板支架连接则底板上就不需要再安装对拉杆来固定竖肋，对拉杆7的设置使为了将两侧的竖肋5的位置固定。

横向大肋6沿钢板套拱轴线均匀布置，横向大肋6的数量会根据钢板套的高度来确定，长度根据钢板套的长度来确定，两两横向大肋6之间的距离相等，且左右相对的横向大肋6之间设置有两组对拉杆7，对拉杆7穿过钢板套内部，穿出钢板套的侧壁，伸出部位与横向大肋6通过紧固件连接起来，两组对拉杆7的设置是为了将两侧的横向大肋6的位置固定。

整个钢板套经过横向和竖向的加固，可以有效的固定钢板套的形状，为了防止在混凝土浇筑过程中，因钢板受力不均匀出现“鼓包”现象，混凝土在浇筑完成后，加固装置拆除，钢板套的外表面可以根据施工的要求，进行包装，可以刷上漆或者进行包裹，一定程度上增加了整体的美观性，混凝土在浇筑完成后还需要将钢板套上所有的预留孔封闭起来，钢板套与混凝土组成一个整体，共同承受拱桥带来的水平剪力，用来预防混凝土拱肋开裂，同时避免了拱肋开裂后再用钢板对其进行加固、改造和维修，耗时耗材且影响混凝土拱肋的美观性的问题。

可选的，竖肋5选用槽钢，用紧固件竖向固定在钢板套的侧板3上，槽钢的截面一般是凹形的长条钢材，其规格一般是以毫米数来表示。槽钢也分为普通槽钢和轻型槽钢，受力点在槽钢的翼板，所以竖肋5应该立着设置在钢板套的侧板3上，槽钢具有良好的耐大气腐蚀性能和高抗拉强度及弹限强度，所以比较耐用，在本申请中作为加固装置，可以很好的支撑钢板套，避免钢板套在进行混凝土浇筑的时候发生位移和形变，同时竖肋5可以反复使用，节约了施工的成本。

可选的，横向大肋6选用工字钢，拼接在钢板套的侧板3上，工字钢又包括普通工字钢、轻型工字钢以及低合金轻型，选用工字钢的目的是因为工字钢翼缘宽，侧向刚度大，抗弯能力强。且翼缘两表面相互平行使得连接、加工、安装简便，与一般型钢相比，成本低，精度高，残余应力小，无需昂贵的焊接材料和焊缝检测，节约钢结构制作成本30％左右。相同截面负荷下，比传统结构重量减轻15％-20％。与砼结构相比，工字钢结构可增大6％的使用面积，而结构自重减轻20％-30％，减少结构设计内力。工字钢可加工成T型钢，蜂窝梁可经组合形成各种截面形式，极大满足工程设计与制作需求。

本申请实施例的第一方面提供了一种混凝土拱肋外包钢板套组，钢板套组包括一个或者多个钢板套，钢板套包括：顶板、底板、两个侧板和剪力钉，顶板、底板和侧板组成横截面为四边形的钢板套外壳，钢板套的顶板上设置有布料孔，用于将钢板套安装好以后从布料孔中注入混凝土，对钢板套进行浇筑。本申请实施例的第二方面提供了一种混凝土拱肋外包钢板套组加固装置，加固装置包括竖肋、横向大肋和对拉杆，竖肋沿钢板套拱轴线径向均匀布置；横向大肋沿拱轴线均匀布置；相对的两侧竖肋之间设置一根或者两根对拉杆，相对的两侧横向大肋之间设置一对对拉杆。加固装置是为了防止在混凝土浇筑过程中，因钢板受力不均匀出现“鼓包”现象，防止涨模。混凝土在浇筑完成后，加固装置拆除，并将钢板套上所有的预留孔封闭起来，钢板套的内壁上设置有剪力钉，用于与钢板套一起承受推力，防止混凝土有强度后，钢板套发生位移和形变，钢板套组与混凝土组成一个整体，共同承受拱桥带来的水平推力，用来预防混凝土拱肋开裂，同时避免了在运营过程中拱肋开裂后再用钢板对其进行加固、改造和维修，耗时耗材且影响混凝土拱肋的美观性的问题。

需要说明的是，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。