一种新型复合拱座基础连接构造及其设计方法与流程

本发明涉及桥梁工程，特别是一种新型复合拱座基础连接构造及其设计方法。

背景技术：

1、拱座基础作为拱桥的重要承重构件之一，它的安全性直接影响到桥梁的安全。由于拱桥桥型、构造及工程地质等因素的差异，导致拱桥基础的构造也不同。

2、目前，拱座基础的结构形式主要有明挖式扩大拱座基础、复合桩式拱座基础、嵌岩式拱座基础和分离式拱座基础。

3、其中，明挖式扩大拱座基础计算模型相对简单，整体刚度较好，在工程应用上最为普遍；但是，上部结构传递的巨大荷载往往导致明挖式扩大拱座基础需要设计为较大的结构尺寸，同时，明挖式扩大拱座基础的开挖量大，而且对地质要求比较高；

4、复合桩式拱座基础埋深较浅，拱座基础的开挖量和防护工程量较小，但是复合桩式拱座基础的结构形式和受力较复杂，不易准确计算，边坡防护和桩基施工也较复杂。

5、而针对工程地质条件较差、施工条件及工程造价受控制的项目而言，设计出一个既满足结构受力安全、合理，又节约工程造价、施工方便的方案，对设计者而言是一次严峻的挑战。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种新型复合拱座基础连接构造及其设计方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、第一方面，本发明提供了一种新型复合拱座基础连接构造，包括拱座和竖桩基础，所述竖桩基础位于所述拱座的底面下方，所述底面与所述竖桩基础的顶面分离，所述拱座和所述竖桩基础通过柔性连接构造连接。

4、采用本发明所述的一种新型复合拱座基础连接构造，通过所述竖桩基础加固了地基，提高地基的承载力，增加了所述拱座的稳定性，通过所述顶面和所述底面分离、所述竖桩基础和所述拱座仅通过所述柔性连接构造连接，所述拱座传力路径更加明确，上部结构的竖向、水平荷载及弯矩通过所述拱座传递给地基，所述拱座底的水平荷载由地基的摩擦阻力与所述竖桩基础顶的所述柔性连接构造承担，所述柔性连接构造仅能传递力而不能传递弯矩，避免了复合桩基础的受力复杂、连接处的应力集中的问题，又增加了所述拱座的稳定性，将复杂的问题简单化，该连接构造的结构简单，受力明确，适用于桥址位于强风化泥岩、砂岩互层、有较厚的覆盖层、地基承载力差的不良地质上。

5、作为本发明优选地技术方案，所述拱座包括拱座体、背墙基础和底层基础，所述拱座体的背部连接所述背墙基础，所述拱座体的底部连接所述底层基础；所述背墙基础与所述拱座体刚性连接，将所述拱座体承受的荷载传递给地基，所述底层基础的顶部同时刚性连接所述拱座体和所述背墙基础，将上部结构的荷载传递给地基。

6、采用这种结构，上部结构的竖向、水平荷载及弯矩通过所述背墙基础和所述底层基础传递给地基，所述底层基础底的水平荷载由地基的摩擦阻力与所述竖桩基础顶的所述柔性连接构造承担。

7、作为本发明进一步优选地技术方案，所述背墙基础的背部被配置为阶梯状。

8、采用这种结构，将所述背墙基础的背斜面设置成阶梯状，结合地质条件既满足与地基的接触面最大，又保证边坡开挖的安全稳定性。

9、作为本发明进一步优选地技术方案，所述背墙基础和所述底层基础连接有两个所述拱座体，所述拱座的横断面呈π型。

10、采用这种结构，所述拱座体的自重轻，有效避免了基础尺寸过大，从而使得所述拱座的开挖量及边坡防护量减小，经济性好。

11、作为本发明进一步优选地技术方案，所述拱座体的纵断面呈梯形，有利于将上部结构荷载传递给地基。

12、作为本发明进一步优选地技术方案，所述拱座体的斜面上设有上弦杆、下弦杆和撑杆。

13、作为本发明优选地技术方案，所述拱座的顶面设有交界墩。

14、作为本发明优选地技术方案，所述柔性连接构造包括若干锚固钢筋，所述锚固钢筋的两端分别伸入所述底面和所述顶面，利用所述锚固钢筋群等效为所述柔性连接构造。

15、作为本发明进一步优选地技术方案，为充分发挥钢筋的抗剪强度，所述锚固钢筋的锚固长度满足规范的最小锚固长度。

16、作为本发明进一步优选地技术方案，沿所述顶面横桥向中心线或其平行线方向间隔设置若干所述锚固钢筋，所述锚固钢筋顺桥向设置一排或者两排。

17、第二方面，本发明还提供了一种如以上所述的新型复合拱座基础连接构造的设计方法，包括以下步骤：

18、s1、将所述拱座在不同工况时受到的力在水平面上投影得到水平力v，所述水平力v按包络取其最不利值进行计算；

19、s2、根据所述拱座的水平力平衡条件，求出所述竖桩基础顶部柔性连接点提供的水平力v1，所述拱座的摩擦阻力f＝μ*n，并考虑抗滑稳定安全系数ω，得到v1＝ω(v-f)，其中，μ为所述拱座的摩擦系数，n为所述拱座的竖向力；

20、s3、根据公式as＝v1/fyv，求出所有所述锚固钢筋的横截面积as，进而求出柔性连接点处所述锚固钢筋的根数数n＝as/as0，其中，fyv为横向钢筋的抗拉强度设计值，as0为单根所述锚固钢筋的横截面积。

21、本发明所述的一种新型复合拱座基础连接构造的设计方法，利用抗弯刚度极小的所述锚固钢筋群等效为所述柔性连接构造，结构荷载传递路径清晰、结构形式简单，开挖量小、圬工量小、工程造价少，对满足结构安全性、耐久性、工程经济性等性能均具有积极重要的意义。

22、作为本发明优选地技术方案，所述锚固钢筋的最小间距≥10d，d为所述锚固钢筋的直径。

23、作为本发明优选地技术方案，所述锚固钢筋距离所述竖桩基础边缘的距离≥15d。

24、作为本发明优选地技术方案，所述锚固钢筋的最小锚固长度≥30d。

25、第三方面，本发明还提供了一种拱桥，包括如以上任一项所述的新型复合拱座基础连接构造。

26、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

27、1、本发明所述的一种新型复合拱座基础连接构造，通过所述竖桩基础加固了地基，提高地基的承载力，增加了所述拱座的稳定性，通过所述顶面和所述底面分离、所述竖桩基础和所述拱座仅通过所述柔性连接构造连接，所述拱座传力路径更加明确，上部结构的竖向、水平荷载及弯矩通过所述拱座传递给地基，所述拱座底的水平荷载由地基的摩擦阻力与所述竖桩基础顶的所述柔性连接构造承担，所述柔性连接构造仅能传递力而不能传递弯矩，避免了复合桩基础的受力复杂、连接处的应力集中的问题，又增加了所述拱座的稳定性，将复杂的问题简单化，该连接构造的结构简单，受力明确，适用于桥址位于强风化泥岩、砂岩互层、有较厚的覆盖层、地基承载力差的不良地质上；

28、2、本发明优选的一种新型复合拱座基础连接构造，所述拱座的横断面呈π型，且所述拱座体的纵断面呈梯形，所述拱座的自重轻，基础尺寸小，开挖量及边坡防护量减小，同时将所述背墙基础的背斜面设置成阶梯状，结合地质条件既满足与地基的接触面最大，又保证边坡开挖的安全稳定性，施工方便，经济性好；

29、3、本发明所述的一种新型复合拱座基础连接构造的设计方法，利用抗弯刚度极小的所述锚固钢筋群等效为所述柔性连接构造，结构荷载传递路径清晰、结构形式简单，开挖量小、圬工量小、工程造价少，对满足结构安全性、耐久性、工程经济性等性能均具有积极重要的意义。