一种空间线形拱肋拱脚精确定位装置及施工方法

1.本发明涉及拱桥施工技术领域，具体涉及一种拱肋拱脚精确定位装置及其施工方法，特别适用于空间线形复杂的拱桥拱肋拱脚精确定位。


背景技术：

2.随着我国基础设施不断发展，桥梁建设技术日益成熟，在特殊地形如海岛、跨峡谷河流、山区拱桥竞争力较强。而在拱桥中，钢管混凝土拱桥凭借其良好的力学性能、较强的跨越能力、独特优美的空间造型，使其在拱桥中占有重要地位。
3.钢管混凝土拱桥虽然发展相对较晚，但其建造技术发展迅速，且获得了广泛的应用。目前高性能的材料层出不穷，材料已不再成为制约桥梁设计建造的主要因素，影响拱桥朝着更大跨度方向发展的因素集中在了结构构造设计和施工方法上。如果能进一步优化拱肋和拱脚构造形式，同时改进关键的拱脚连接方法并提高施工质量控制精度，大跨径拱桥的发展将会有大的突破。
4.较为常用的拱脚连接方法是将一定长度的拱肋伸入拱座内，实现拱肋与钢筋混凝土拱座的固结，直接通过适当加厚封固混凝土实现拱肋固结。但随着拱桥样式多样化的发展，造型更为优美的空间线形拱肋拱桥越来越多的出现，其拱肋底部与拱座表面不再是简单完全的面与面的接触，而是需要进行空间角度的定位与精细化调整，若仍然采用单纯插入式和侧向顶推显然难以满足要求。
5.拱脚作为拱桥的重要组成部分，其连接的精确性是影响桥梁结构受力合理性的关键因素之一。对于上承式钢管混凝土拱桥，拱脚主要承受拱肋轴力与弯矩等作用；对于下承式钢管混凝土拱桥，拱脚主要承受拱肋轴力与弯矩等作用，部分拱脚可能承受纵向预应力与横向预应力等作用，其受力较为复杂，并且拱桥的拱脚处还存在不同材料的交汇，其受力情况更为复杂，并且其对于空间拱肋拱桥的拱脚连接和受力影响显得更为突出。
6.然而，传统拱脚处的连接通过将拱肋底部直接作用于拱座基础面上，采用侧向简单的顶推进行拱脚连接的尺寸调整，因没有明确的着力点，且受主拱肋与拱座连接构造复杂，主拱肋重量大，拱肋空间轴线变化多样等因素影响，使得拱脚定位偏差过大，连接尺寸精度低，非常不利于拱肋线形的调整和整体结构的受力。


技术实现要素：

7.针对传统的拱脚连接存在的问题，本发明旨在提供一种适用于空间线形的拱肋拱脚精确定位装置，能实现拱脚快速调节、精确定位，从而进行拱肋的线形调整，同时增强拱脚处主拱肋与拱座基础的连接，提高整体结构的受力。
8.为了实现上述目的，本发明提出了一种空间线形拱肋拱脚精确定位装置，包括主拱肋和拱座基础，所述主拱肋的横断面为闭合的空腔结构，还包括k型支撑骨架、定位锚垫板，所述k型支撑骨架包括主管、左右支管、固定撑管和连接板，所述k型支撑骨架设置于主拱肋与拱座基础连接的拱脚处，所述k型支撑骨架的主管由主拱肋最底面空腔向上穿入主
拱肋内部，并通过固定撑管将主管上端部和主拱肋进行固定，所述k型支撑骨架的主管的固定线形和主拱肋的拱轴线空间线形一致，所述k型支撑骨架的左右支管沿横桥向设置于主管两侧，所述k型支撑骨架的主管和左右支管形成三角支撑状态作用于拱座基础顶面的定位锚垫板上，所述定位锚垫板上开设有纵桥向、横桥向的密集型单元孔洞，所述k型支撑骨架的主管和左右支管下端部设置有连接板，并能通过螺栓固定在定位锚垫板上，所述k型支撑骨架能通过纵桥向沿密集型单元孔洞移动主管、横桥向沿密集型单元孔洞移动左右支管，实现拱脚精确的定位和拱肋空间线形的精确调整。
9.作为上述方案的优选，所述主拱肋采用钢管桁架式拱肋，由上弦杆、下弦杆、腹杆和平联杆拼接而成，所述上弦杆和下弦杆的管内可填充混凝土以提高结构的整体刚度。
10.进一步优选为，所述主拱肋采用钢板桁架式拱肋，或方形、矩形、目字形的钢箱拱肋。
11.进一步优选为，所述定位锚垫板共三个，主管、左右支管各配备有一个连接板用于与定位锚垫板相连，每个定位锚垫板与连接板采用四颗呈矩形布置的螺栓固定。
12.进一步优选为，所述k型支撑骨架的主管和左右支管均采用钢管制成，且主管的直径大于左右支管的直径，主管内填充有混凝土。
13.进一步优选为，所述定位锚垫板上密集型单元孔洞的横纵向净间距为2～5cm。
14.进一步优选为，所述主拱肋的拱轴线空间线形为向内倾斜的“提篮拱”形式，或向外倾斜的“蝴蝶拱”形式，或空间异形拱肋线形。
15.基于上述的空间线形拱肋拱脚精确定位装置，本发明还提出了一种空间线形拱肋拱脚精确定位施工方法，包括以下步骤：
16.步骤一、k型支撑骨架的结构设计；
17.依据实际主拱肋的结构构造形式以及拱轴线线形，设计支撑刚度足够的主管和左右支管，并设计好主支管的三角形支撑角度和受力形式；
18.步骤二、定位锚垫板的结构设计；
19.依据k型支撑骨架的主支管底部支撑面的大小以及主拱肋与拱座基础对应的拱脚处连接横纵向调整的范围，设计定位锚垫板平面尺寸的大小，并在定位锚垫板上开设密集型单元孔洞，孔洞横纵向净间距合适，以充分适用于拱脚精确定位及拱肋空间轴线的调整；
20.步骤三、k型支撑骨架与主拱肋的连接；
21.将制作好的k型支撑骨架的主管由主拱肋最底面空腔向上穿入主拱肋内部，并通过固定撑管将主管上端部和主拱肋进行固定；k型支撑骨架的横桥向左右支管则先临时支撑于定位锚垫板上；
22.步骤四、空间线形拱肋拱桥的拱脚精确定位；
23.通过沿密集型单元孔洞纵桥向移动主管和沿密集型单元孔洞横桥向移动支管，实现拱脚精确的定位和主拱肋空间线形的精确调整，再通过螺栓将连接板固定在定位锚垫板上；
24.步骤五四、拱座成型；
25.在拱脚精确定位的基础上，按照设计要求及传统施工方法连接拱脚处主拱肋与拱座基础，然后覆盖k型支撑骨架及其它拱脚连接构造一体化浇筑拱脚混凝土，形成完整的拱座。
26.本发明的有益效果是：针对传统拱脚处的连接是将拱肋底部直接作用于拱座基础面上，采用侧向简单的顶推进行拱脚连接的尺寸调整，因没有明确的着力点，且受主拱肋与拱座连接构造复杂，主拱肋重量大，拱肋空间轴线变化多样等因素影响，使得拱脚定位偏差过大，连接尺寸精度低，非常不利于拱肋线形的调整和整体结构的受力的情况，本发明通过在拱肋与拱座基础之间设置三角着力的k型支撑骨架及并通过纵桥向沿密集型单元孔洞移动主管、横桥向沿密集型单元孔洞移动左右支管与定位锚垫板连接，实现拱脚快速、精确的定位，从而进行拱肋的线形调整；同时增强拱脚处主拱肋与拱座基础的连接，提高整体结构的受力，具有重要的实用价值及广阔的市场前景。
附图说明
27.图1是空间线形拱肋拱脚精确定位装置的结构示意图。
具体实施方式
28.如图1所示，一种空间线形拱肋拱脚精确定位装置，主要由主拱肋1、k型支撑骨架2、定位锚垫板3、拱座基础4组成。
29.主拱肋1的横断面为闭合的空腔结构。主拱肋1的结构形式多样，可以采用钢管桁架式拱肋，由上弦杆101、下弦杆102、腹杆103和平联杆104拼接而成，上弦杆101和下弦杆102的管内可填充不同等级的混凝土以提高结构的整体刚度。主拱肋1也可以采用钢板桁架式拱肋，或方形、矩形、目字形的钢箱拱肋。
30.k型支撑骨架2主要由主管201、左右支管202、固定撑管203和连接板204组成。k型支撑骨架2设置于主拱肋1与拱座基础4连接的拱脚处，用于主拱肋1拱脚处与拱座基础4的连接。
31.k型支撑骨架2的主管201由主拱肋1最底面空腔向上穿入主拱肋1内部，并通过固定撑管203将主管201上端部和主拱肋1进行固定，固定撑管203应确保主管201上端部与主拱肋1固定牢固，具体结构形式不限。
32.k型支撑骨架2的主管201的固定线形和主拱肋1的拱轴线105空间线形一致，以确保拱脚位置处与主拱肋1的线形保持一致。k型支撑骨架2的左右支管202沿横桥向设置于主管201两侧，k型支撑骨架2的主管201和左右支管202形成三角支撑状态作用于拱座基础4顶面的定位锚垫板3上。
33.定位锚垫板3上开设有纵桥向、横桥向的密集型单元孔洞，k型支撑骨架2的主管201和左右支管202下端部设置有连接板204，并能通过螺栓301固定在定位锚垫板3上。k型支撑骨架2能通过纵桥向沿密集型单元孔洞移动主管201、横桥向沿密集型单元孔洞移动左右支管202，实现拱脚精确的定位和拱肋1空间线形的精确调整。
34.最好是，定位锚垫板3共三个，主管201、左右支管202各配备有一个连接板204用于与定位锚垫板3相连，每个定位锚垫板3与连接板204采用四颗呈矩形布置的螺栓301固定。
35.另外，k型支撑骨架2的主管201和左右支管202均采用钢管制成，且主管201的直径大于左右支管202的直径；主管201内填充有混凝土，以提高k型支撑骨架2的刚度，同时增强拱脚处主拱肋1与拱座基础4的连接强度。
36.最好是，定位锚垫板3上密集型单元孔洞的横纵向净间距为2～5cm，以充分适用于
拱脚精确定位及主拱肋空间轴线的调整。
37.主拱肋1的拱轴线105空间线形可以是向内倾斜的“提篮拱”形式，或向外倾斜的“蝴蝶拱”形式，或空间异形拱肋线形。
38.一种空间线形拱肋拱脚精确定位施工方法，基于上述的空间线形拱肋拱脚精确定位装置，包括以下步骤：
39.步骤一、k型支撑骨架2的结构设计。
40.依据实际主拱肋1的结构构造形式以及拱轴线105线形，设计支撑刚度足够的主管201和左右支管202，并设计好主支管的三角形支撑角度和受力形式。
41.步骤二、定位锚垫板3的结构设计。
42.依据k型支撑骨架2的主支管底部支撑面的大小以及主拱肋1与拱座基础4对应的拱脚处连接横纵向调整的范围，设计定位锚垫板3平面尺寸的大小，并在定位锚垫板3上开设密集型单元孔洞，孔洞横纵向净间距合适，以充分适用于拱脚精确定位及拱肋空间轴线的调整。
43.步骤三、k型支撑骨架2与主拱肋1的连接。
44.将制作好的k型支撑骨架2的主管201由主拱肋1最底面空腔向上穿入主拱肋1内部，并通过固定撑管203将主管201上端部和主拱肋1进行固定；k型支撑骨架2的横桥向左右支管202则先临时支撑于定位锚垫板3上。
45.步骤四、空间线形拱肋拱桥的拱脚精确定位。
46.通过沿密集型单元孔洞纵桥向移动主管201和沿密集型单元孔洞横桥向移动支管202，实现拱脚精确的定位和主拱肋1空间线形的精确调整，再通过螺栓301将连接板204固定在定位锚垫板3上。
47.步骤五四、拱座成型。
48.在拱脚精确定位的基础上，按照设计要求及传统施工方法连接拱脚处主拱肋1与拱座基础4，然后覆盖k型支撑骨架2及其它拱脚连接构造一体化浇筑拱脚混凝土，形成完整的拱座。在传统施工方法的拱脚连接构造基础上，增设k型支撑骨架2，以共同增强拱脚位置处的连接强度，并通过设k型支撑骨架实现拱脚的快速调整和精确定位，再结合一体化浇筑拱脚混凝土，形成完整的拱座。