拱桥柔性铰装置以及拱桥的制作方法

本发明涉及桥梁工程领域，具体而言，涉及一种拱桥柔性铰装置以及拱桥。

背景技术：

葵型拱桥拱上建筑取消了立柱或斜撑，改而采用腹拱横跨主墩直接连接两边主拱，大拱上面叠小拱，使得桥梁立面富有层次感，并因其桥型轻盈、通透，造型像葵花瓣而得名。葵型拱桥既有拱桥传统的厚重美，又因其线型而显现代的灵动美，具有突出的美学效果。由于墩顶腹拱连接两侧主拱，对主拱产生一水平推力作用，使得主拱承受集中力的作用，增加了结构的受力复杂程度，而主腹拱结合部位受力尤为复杂。

主腹拱结合部位在施工荷载作用下，会产生局部附加应力，该区域是混凝土裂纹出现高频区。

发明人在研究中发现，传统的主腹拱桥结构在施工过程中至少存在如下缺点：

传统的主腹拱桥结构在施工完成后主拱与腹拱的连接位置处易出现裂缝，进而影响桥体的整体质量以及降低了桥体的使用安全性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种拱桥柔性铰装置，以改善传统的主腹拱桥在施工过程中主拱和腹拱的连接位置处后浇筑混凝土时混凝土与钢筋结构粘结牢固性差、浇筑完成后易开裂导致桥体结构稳定性差、安全性差的问题。

本发明的目的在于提供一种拱桥，以改善传统的主腹拱桥在施工过程中主拱和腹拱的连接位置处后浇筑混凝土时混凝土与钢筋结构粘结牢固性差、浇筑完成后易开裂导致桥体结构稳定性差、安全性差的问题。

本发明的实施例是这样实现的：

基于上述第一目的，本发明提供了一种拱桥柔性铰装置，包括至少一个铰单元以及连接件，至少一个所述铰单元包括有主筋以及辅助筋，所述主筋包括两个相对设置的安装槽，每个所述安装槽的槽底设置有所述辅助筋，所述辅助筋的一端与所述主筋连接，其另一端朝向所述安装槽的槽口延伸；相邻所述主筋通过所述连接件连接。

在本发明较佳的实施例中，所述主筋设置为工字钢，所述主筋包括有两个翼板以及位于两个所述翼板之间的腹板，所述翼板与所述腹板固定连接，每个所述翼板上设置有所述辅助筋，所述腹板的两个板面上分别设置有所述辅助筋。

在本发明较佳的实施例中，每个所述铰单元还包括封板，所述主筋的两端分别安装有一个所述封板，所述封板的远离所述主筋的板面上设置有所述辅助筋。

在本发明较佳的实施例中，所述铰单元还包括有加固件，所述加固件位于所述安装槽内，且所述加固件与两个所述翼板连接。

在本发明较佳的实施例中，所述主筋设置有灌注口，所述灌注口连通所述安装槽。

在本发明较佳的实施例中，所述铰单元还包括引导件，所述引导件位于所述灌注口内，所述引导件转动连接在所述主筋上，所述引导件相对于所述主筋转动过程中，所述引导件能够打开或者关闭所述灌注口。

在本发明较佳的实施例中，所述引导件为板状，所述引导件包括位于所述引导件与所述主筋的转动轴线两侧的第一板部以及第二板部，所述第一板部上设置有限位件，所述限位件位于所述安装槽内，所述限位件用于限制所述第一板部绕所述转动轴线沿远离所述安装槽的方向转动至所述灌注口外；所述第二板部与所述主筋之间设置有弹性件，所述弹性件令所述限位件抵紧在所述安装槽的内壁上。

在本发明较佳的实施例中，所述第一板部的一板面设置为第一斜面，所述第一斜面位于所述安装槽外；所述第二板部的一板面设置为第二斜面，所述第二斜面位于所述安装槽内。

在本发明较佳的实施例中，所述限位件包括导向板以及多根限位条，所述导向板的一板面设置为第三斜面，多根所述限位条的一端安装在所述第一板部上，多根所述限位条的另一端安装在所述导向板上，多根所述限位条沿着所述转动轴线的长度方向间隔排布，所述第三斜面朝向所述安装槽的槽壁设置；所述第一板部绕所述转动轴线沿远离所述安装槽的方向转动相对于所述主筋转动时所述限位条抵紧在所述安装槽的槽壁上。

基于上述第二目的，本发明提供了一种拱桥，包括主拱、腹拱以及所述的拱桥柔性铰装置，所述主拱与所述腹拱通过拱桥柔性铰装置连接。

本发明实施例的有益效果是：

综上所述，本发明实施例提供了一种拱桥柔性铰接装置，其结构简单合理，便于制造加工，安装与使用方便，同时，该拱桥柔性铰装置能够保证主拱和腹拱结合段后浇筑混凝土施工质量，并且可以有效释放施工过程中产生的附加应力，有效避免了主拱和腹拱结合段混凝土的局部开裂，提高了浇筑质量，提高了桥体的牢固性和安全性。具体如下：

本实施例提供的拱桥柔性铰装置，包括至少一个铰单元，每个铰单元包括有主筋以及辅助筋，主筋包括有两个相对设置的安装槽，在安装槽内安装有辅助筋，辅助筋的一端与安装槽的槽底连接，另一端朝向安装槽的槽口延伸，相邻的主筋通过连接件连接。在实际施工时，将铰单元排布呈排状，相邻铰单元的主筋通过连接件连接起来构成类似钢筋网架的结构。在进行主拱圈浇筑时，将拱桥柔性铰装置的一侧预埋在主拱圈内，待拱桥体系转换完成后，再进行主拱和腹拱结合段的浇筑，将露在外面的拱桥柔性铰装置包裹在混凝土内。在进行混凝土浇筑时，混凝土与主筋和辅助筋的结合牢固可靠，便于混凝土振捣密实，同时，通过拱桥柔性铰装置能够释放施工过程中产生的集中应力，避免腹拱和主拱结合部位混凝土开裂，提高了施工的质量和桥体的安全性。

本实施例提供的拱桥包括上述的拱桥柔性铰装置，具有上述拱桥柔性铰装置的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例的拱桥柔性铰装置的结构示意图；

图2为本发明实施例的拱桥柔性铰装置的铰单元的一视角示意图；

图3为本发明实施例的拱桥柔性铰装置的铰单元的另一视角示意图；

图4为本发明实施例的拱桥柔性铰装置的主筋与引导件、限位件的安装结构的示意图；

图5为本图4中的局部放大示意图；

图6为本发明实施例的拱桥柔性铰装置的主筋与引导件、限位件的安装结构的应用状态示意图；

图7为本发明实施例的拱桥柔性铰装置的应用状态示意图。

图标：1－拱桥柔性铰装置；10－铰单元；11－主筋；111－翼板；112－腹板；113－安装槽；114－灌注口；12－辅助筋；20－连接件；30－加固件；40－封板；50－引导件；51－第一板部；511－第一斜面；52－第二板部；521－第二斜面；60－限位件；61－限位条；62－导向板；621－第三斜面；622－楔形间隙；70－弹性件；80－转轴；100－主拱；200－腹拱后浇段。

具体实施方式

钢筋混凝土拱桥是常见的一种桥梁形式，在跨越河流、峡谷中大量采用。拱桥拱圈通常包含主拱圈和腹拱圈组成，考虑在恒载+降温+腹拱拱脚活载最不利作用下，腹拱拱脚上缘最大拉应力可能超过混凝土的拉应力极限，腹拱的拱脚以及荷载加载区极可能导致开开裂。通常在腹拱在拱脚处设铰(不完全铰)，铰处为砼实体段，将拱脚截面的顶底面开槽，分两次浇筑，在与主拱交接处采用普通钢筋连接，施工主拱时预埋腹拱拱脚钢筋，待施工完桥面系后，拆除腹拱支架，进行腹拱封铰，形成无铰拱。根据常见的设计工序施工，由于主拱相交位置钢筋密集，在主拱顶板内单排布置密集主筋，几乎形成钢板状结构，无法保证混凝土下料及振捣密实。施工中腹拱封铰难度大，难以确保该区域混凝土施工质量。

鉴于此，发明人设计了一种拱桥柔性铰装置以及拱桥，拱桥柔性铰装置1包括多根间隔设置的主筋11和安装在主筋11上的辅助筋12，主筋11之间间隔设置且通过连接件20连接为整体，在施工主拱100时将柔性铰装置预埋在主拱100圈内，待腹拱支架拆除后，在腹拱和主拱100处浇筑混凝土连接，由于柔性铰装置具有空隙，便于混凝土的流动，提高混凝土与柔性铰装置的结合牢固性。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

拱桥柔性铰装置实施例

请参阅图1，本实施例提供了一种拱桥柔性铰装置1，包括有至少一个铰单元10、连接件20、加固件30、封板40、引导件50、限位件60、弹性件70以及转轴80。

请参阅图2－图6，铰单元10包括有主筋11以及辅助筋12，主筋11设置为工字钢，主筋11包括有两个相对设置的翼板111以及包括位于两个翼板111之间的腹板112，翼板111为矩形板状，腹板112为矩形板状，腹板112的板面垂直于两个翼板111的板面。腹板112和两个翼板111构成了具有两个安装槽113的主筋11。在一个翼板111上设置有两排灌注口114，两排灌注口114位于腹板112的板面的两侧，位于同一排的多个灌注口114沿着翼板111的长度方向间隔排布。每个灌注口114为矩形开口。在翼板111的远离腹板112的板面上焊接有多根辅助筋12，辅助筋12垂直于翼板111的板面设置；在腹板112的两个板面(安装槽113的槽底壁)上分别设置有多根辅助筋12，每根辅助筋12的一端安装在腹板112上，另一端朝向安装槽113的槽口延伸，进一步的，辅助筋12垂直于腹板112的板面设置。

连接件20用于连接相邻铰单元10，连接件20可以是钢板、钢筋等钢结构，结构简单，便于制造加工，取材方便，节省制造成本。

加固件30为钢筋或者钢板，用于安装在安装槽113内，起到支撑两个翼板111的作用。本实施例中，加固件30为钢筋，加固件30的两端分别焊接在两个翼板111上，加固件30垂直于翼板111的板面设置。加固件30的数量按需设置，在此不进行具体限定。

封板40为钢板，在每根主筋11的两端分别焊接一个封板40，封板40分别与腹板112和两个翼板111进行焊接固定。在封板40上焊接多根辅助筋12，辅助筋12垂直于封板40设置，辅助筋12位于封板40的远离主筋11的板面上。

引导件50设计为矩形板状，引导件50设置有转动孔，转动孔的轴线与引导件50的长度方向的中线重合，引导件50具有位于转动孔的轴线两侧的第一板部51和第二板部52，第一板部51的一板面上设置有第一斜面511，所述第二板部52的一板面上设置有第二斜面521，第一斜面511和第二斜面521位于引导件50的板面的两侧。

限位件60包括有导向板62以及多根限位条61，导向板62的一板面设置为第三斜面621，限位条61为矩形条，限位条61的一端用于安装在第一板部51上，限位条61的另一端与导向板62连接。多根限位条61间隔设置，平铺在导向板62上。

弹性件70设置为弹簧；转轴80为圆柱形轴。

请参阅图7，本实施例提供的拱桥柔性铰装置1，将多个铰单元10通过连接件20连接，多个铰单元10的多根主筋11并排间隔设置，即多根主筋11位于同一平面内且多根主筋11平行设置。每根主筋11的腹板112的两个板面上分别焊接间隔排布的多根辅助筋12，辅助筋12垂直于腹板112设置，在翼板111的外侧板面上分别垂直焊接多根辅助筋12。将限位条61焊接在第一板部51上，多根限位条61沿着转动孔的轴线间隔排布，限位条61与第一斜面511位于第一板部51的两侧，导向板62上的第三斜面621朝向第一板部51设置，然后利用引导件50的转动孔将引导件50穿设在转轴80上。将穿设有引导件50的转轴80焊接在翼板111上，转轴80位于灌注口114处，转轴80的两端分别焊接在灌注口114的相对的两个侧壁上，转轴80垂直于腹板112的板面设置，转轴80将灌注口114分隔形成两个通孔。焊接完成后，引导件50位于灌注口114内，限位条61和导向板62位于安装槽113内，导向板62的第三斜面621朝向灌注口114设置，第三斜面621与翼板111的内侧壁形成楔形间隙622。同时，引导件50绕着转轴80相对于主筋11转动，由于限位条61和导向板62的结构设计，引导件50在相对于主筋11转动过程中，限位条61和导向板62能够抵紧在翼板111上，进而限制了引导件50的一个方向的转动，设定引导件50封盖在灌注口114(引导件50的板面与灌注口114所在的平面平行)时为初始状态，第一板部51朝向安装槽113内转动为顺时针转动，第二板部52朝向安装槽113内转动为逆时针转动，限位条61和限位板的结构设计能够限制引导件50在逆时针方向上的转动趋势，即引导件50沿着逆时针方向转动至限位件60抵紧在翼板111的内侧壁时，引导件50不能够继续转动。为了进一步限制住引导件50的转动，在第二板部52与未设置灌注口114的翼板111之间设置有弹性件70，弹性件70呈拉伸状态，使得限位件60保持抵紧在翼板111上的状态。

在施工过程中，多个铰单元10通过连接件20连接形成一个整体结构，将铰装置倾斜设置，将铰装置的一侧预埋在主拱100圈内，主筋11上的灌注口114朝向混凝土浇筑侧，即朝向上方，且同一灌注口114处的第一板部51的位置低于第二板部52的位置，由于弹性件70的作用，引导件50封盖在灌注口114处，在进行混凝土浇筑时，混凝土流动到灌注口114处时，驱使引导件50顺时针转动，打开灌注口114，混凝土便于进入到安装槽113内，便于与安装槽113内的加固件30、辅助筋12结合，同时，从底部进入到安装槽113内的混凝土先进入到楔形间隙622内，同样能够实现引导件50的顺时针转动开启灌注口114，混凝土便于从灌注口114进入到安装槽113内。进一步的，在引导件50的两个板面分别设置有第一斜面511和第二斜面521，混凝土在接触到第一斜面511和第二斜面521时，引导件50具有导向作用，能够顺利进入到安装槽113内，浇筑过程中，混凝土与铰装置结合牢固可靠。

本实施例提供的拱桥柔性铰装置1，各个部件采用焊接固定，加工制造简单，具有至少如下优点：

适应性好：本发明可根据需要，适应不同宽度、不同矢跨比的葵花形拱桥要求。既适于拱圈宽度大的拱桥，也适于拱圈宽度小的拱桥；既适于矢跨比大的拱桥，也适于矢跨比大的拱桥；

结构简单：本发明结构包括主筋11、连接件20、加固件30、辅助筋12，封板40等结构通过焊接固定；

制作便捷：本发明采用的主筋11由工字钢制成，辅助筋12由钢钉制成，可根据需要型号直接采购；连接件20和加固件30由钢材料制成，经过简单加工即可完成结构物的制造；

经济性好：本发明施工方便，提高施工工效，可有效降低项目成本；

运用前景好：本发明对于葵花形拱桥施工期间意义重大，可保证主腹拱结合段后浇混凝土施工质量，并且可以效释放施工过程中产生的附加应力，避免该区域混凝土局部开裂。

本实施例提供的拱桥柔性铰装置1，采用钢材焊接制成，整个铰装置呈具有多个通孔的板状结构，整个铰装置在混凝土浇筑过程中具有一定的形变能力，即呈柔性，在浇筑过程中能够有效释放施工过程中产生的附加应力。

拱桥实施例

本实施例提供了一种拱桥，包括主拱100、腹拱以及上述实施例所述的拱桥柔性铰装置1，主拱100与腹拱通过拱桥柔性铰装置1连接。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。