超高填方波纹钢拱结构及施工方法转让专利
申请号 : CN202010206724.7
文献号 : CN111455850B
文献日 : 2021-11-12
发明人 : 王志宏 , 刘保东 , 姚萌萌 , 张继磊 , 张广荣 , 井立江 , 孙胜玮 , 王天利
申请人 : 衡水益通管业股份有限公司 , 北京交通大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种超高填方波纹钢拱结构施工方法，其特征在于，包括以下步骤：B、安装外层拱结构，并安装位移传感器和应变传感器，以监测并反馈外层拱结构对应部位的位移数据和应变数据；
C、安装内层拱结构；
F、进行第一阶段填方，直至位移数据和应变数据达到预设限值标准后结束；
G、根据位移数据和应变数据模拟外层拱结构的形状，并根据模拟得到的外层拱结构的形状计算内层拱结构的最优形状，内层拱结构的最优形状是指将内层拱结构形状设为该最优形状并填充混凝土后形成的拱结构具有最优的受力状态；
H、利用内拉装置在内层拱结构内施力，将内层拱结构拉拽为上述的最优形状的状态；
I、向外层拱结构和内层拱结构之间浇筑混凝土，并等待混凝土达到预设强度；
J、进行第二阶段填方，直至达到预设标准后结束。
2.如权利要求1所述的超高填方波纹钢拱结构施工方法，其特征在于：在所述步骤B中，所述位移传感器安装在外层拱结构的拱顶内侧部位，所述位移数据包括外层拱结构拱顶的竖向位移数据和水平位移数据；所述应变传感器具有若干个，分别设在所述外层拱结构的内侧和所述内层拱结构内侧。
3.如权利要求1或2所述的超高填方波纹钢拱结构施工方法，其特征在于：在所述步骤F中，在第一阶段填方过程中，位移传感器和应变传感器实时监测并反馈位移数据和应变数据，并计算位移数据和应变数据的变化率，位移数据和应变数据及其变化率均具有对应的限值标准；当位移数据和应变数据中一者达到对应的限值标准，或者位移数据的变化率和应变数据的变化率中的一者超过对应的限值标准时，给出第一警示信号以提醒施工者调整施工策略；当位移数据和应变数据全部达到对应的限值标准时，给出第二警示信号以提醒施工者结束第一阶段填方。
4.如权利要求1所述的超高填方波纹钢拱结构施工方法，其特征在于：在所述步骤F之前，还包括以下步骤：
E、预设第一阶段填方的填方方案，根据所述填方方案模拟计算得到位移数据和应变数据的变化曲线；
在所述步骤F中，还包括以下步骤：生成位移数据和应变数据的实际变化曲线，并与模拟计算得到的变化曲线进行比较，当差值超过预设范围时，给出第三警示信号以提醒施工者检查实际施工情况或调整施工策略。
5.如权利要求1所述的超高填方波纹钢拱结构施工方法，其特征在于：还包括以下步骤：
A、沿将涵洞的轴线方向将拱结构分为若干区段，并以区段为单元进行施工，整理工作面并浇筑拱结构基础；
D、在外层拱结构和内层拱结构之间安装剪力连接件。
6.一种超高填方波纹钢拱结构，其特征在于，利用如权利要求1‑5任一项所述的超高填方波纹钢拱结构施工方法，包括：
外层拱结构（10）；
内层拱结构（20），设在所述外层拱结构（10）之内，且用于与外层拱结构（10）之间形成填充空间；
填充体结构（30），设在所述填充空间中；
位移传感器（41），用于监测所述外层拱结构（10）的拱顶的位移；
应变传感器（42），设在所述外层拱结构（10）的内侧，用于监测所述外层拱结构（10）对应部位的应变；以及
数据传输模块（51），一端分别与所述位移传感器（41）和所述应变传感器（42）电连接，用于传输数据信号。
7.如权利要求6所述的超高填方波纹钢拱结构，其特征在于，所述超高填方波纹钢拱结构还包括：
数据处理模块（52），与所述数据传输模块（51）的另一端电连接，用于处理数据信号；
数据输出模块（53），与所述数据处理模块（52）电连接，用于输出数据信号或警示信号；
数据记录模块（54），分别与所述位移传感器（41）、所述应变传感器（42）和所述数据传输模块（51）电连接，用于记录数据信号；
拱基基础（60），设在工作面上，且设有用于与所述外层拱结构（10）和所述内层拱结构（20）的两侧根部连接的预埋连接件（61）；以及内拉机构，与所述内层拱结构（20）连接，用于对内层拱结构（20）向内拉拽。
8.如权利要求7所述的超高填方波纹钢拱结构，其特征在于，所述内拉机构包括：若干第一挂钩（71），均设在内层拱结构（20）内侧，沿内层拱结构（20）的内壁呈阵列设置；
均布杆（72），用于与在所述内层拱结构（20）的同一母线上的所述第一挂钩（71）连接；
第二挂钩（73），设在所述均布杆（72）中部，且用于与提供拉拽动力的驱动设备连接；
地钩（74），设在所述内层拱结构（20）的对称轴与工作面所在平面的交点上；
拉绳（75），一端与所述第二挂钩（73）连接，中部穿过所述地钩（74）；
动力组件（76），与所述拉绳（75）的另一端连接，用于对拉绳（75）提供拉拽的牵引力。
9.如权利要求7所述的超高填方波纹钢拱结构，其特征在于：所述数据输出模块（53）包括显示器或警报器，所述数据传输模块（51）包括无线信号传输模块；所述数据记录模块（54）和所述数据传输模块（51）均位于所述外层拱结构（10）的根部外侧；所述位移传感器（41）的固定端设在所述内层拱结构（20）的拱顶内侧，检测端与所述外层拱结构（10）的拱顶内侧连接，用于监测所述外层拱结构（10）的拱顶的竖向位移；所述位移传感器（41）与所述填充体结构（30）之间设有防护套管；所述应变传感器（42）具有若干个，分别设在所述外层拱结构（10）的内侧和所述内层拱结构（20）内侧；所述外层拱结构（10）和所述内层拱结构（20）之间还设有剪力连接件。
说明书 :
超高填方波纹钢拱结构及施工方法
技术领域
背景技术
结构自重轻、施工简单且施工工期短、造价低、对地基扰动小、对基础要求较低，具有广阔的
应用前景。在钢波纹板拱桥跨径较小或者覆土不高时，结构可以依靠自身的刚度满足桥涵
的设计使用要求。但在超高填方的覆土钢波纹拱结构中，由于土压过大，仅靠单层钢波纹板
自身来承担荷载可能会导致结构变形过大，限制了土‑结相互作用的发挥，对结构的稳定性
和安全性都会产生不利影响，变得不再可靠。
发明内容
干个，分别设在外层拱结构的内侧和内层拱结构内侧。
移数据和应变数据及其变化率均具有对应的限值标准；当位移数据和应变数据中一者达到
对应的限值标准，或者位移数据的变化率和应变数据的变化率中的一者超过对应的限值标
准时，给出第一警示信号以提醒施工者调整施工策略；当位移数据和应变数据全部达到对
应的限值标准时，给出第二警示信号以提醒施工者结束第一阶段填方。
工策略。
该最优形状并填充混凝土后形成的拱结构具有最优的受力状态；
位移传感器、应变传感器和数据传输模块，内层拱结构设在外层拱结构之内，且用于与外层
拱结构之间形成填充空间；填充体结构设在填充空间中；位移传感器用于监测外层拱结构
的拱顶的位移；应变传感器设在外层拱结构的内侧，用于监测外层拱结构对应部位的应变；
数据传输模块一端分别与位移传感器和应变传感器电连接，用于传输数据信号。
处理模块电连接，用于输出数据信号或警示信号；数据记录模块分别与位移传感器、应变传
感器和数据传输模块电连接，用于记录数据信号。
拱结构的同一母线上的第一挂钩连接；第二挂钩设在均布杆中部，且用于与提供拉拽动力
的驱动设备连接。
力组件与拉绳的另一端连接，用于对拉绳提供拉拽的牵引力。
化，直至位移数据和应变数据达到预设限值标准，能够利用土体的真实状态反映施工过程，
避免人工估计和计算造成的误差，使外层拱结构能够准确地达到适合的预压状态，形成较
好的受力状态后，再在外层拱结构和内层拱结构之间浇筑混凝土，形成外层受力良好的
“钢‑混‑钢”结构，能够在极大提高结构承载力的同时，能够更加充分利用结构材料的特性，
避免因在进一步的第二阶段填方阶段的土压力过大而发生较大变形导致的混凝土开裂等
问题，有利于充分保证在超高填方的工程中的结构稳定性和安全性；同时，通过比较多次反
馈的位移数据和应变数据，能够判断施工方案和施工速度是否合理，便于快速纠偏，避免施
工事故；另外，位移传感器和应变传感器在第二阶段填方阶段中以及后续长期的使用过程
中也能够获取整体拱结构的状态，以确保结构的稳定性和安全性。
利用材料特性，能够大大提升整体结构的承载力，提高结构的稳定性和安全性，并通过位移
传感器、应变传感器和数据传输模块监测并传输施工安装过程和使用状态下的结构变形情
况，便于施工过程中控制结构安装和填方施工的进度和质量，保证施工安全稳定地进行，使
得在超高填方的工程中安装施工和实际使用的全过程都具有较高的稳定性和安全性。
附图说明
实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
具体实施方式
以解释本发明，并不用于限定本发明。
和应变数据达到预设限值标准，能够利用土体的真实状态反映施工过程，避免人工估计和
计算造成的误差，使外层拱结构能够准确地达到适合的预压状态，形成较好的受力状态后，
再在外层拱结构和内层拱结构之间浇筑混凝土，形成外层受力良好的“钢‑混‑钢”结构，能
够在极大提高结构承载力的同时，能够更加充分利用结构材料的特性，避免因在进一步的
第二阶段填方阶段的土压力过大而发生较大变形导致的混凝土开裂等问题，有利于充分保
证在超高填方的工程中的结构稳定性和安全性；同时，通过比较多次反馈的位移数据和应
变数据，能够判断施工方案和施工速度是否合理，便于快速纠偏，避免施工事故；另外，位移
传感器和应变传感器在第二阶段填方阶段中以及后续长期的使用过程中也能够获取整体
拱结构的状态，以确保结构的稳定性和安全性。
构拱顶的竖向位移数据和水平位移数据；应变传感器具有若干个，分别设在外层拱结构的
内侧和内层拱结构内侧。最终通过多点多参数检测充分反映外层拱结构和内层拱结构的形
状变化，以便于更加精确地确定施工状态。
数据和应变数据，并计算位移数据和应变数据的变化率，位移数据和应变数据及其变化率
均具有对应的限值标准，以便于反映施工速度及施工方案中的一些安排的合理性。
工策略。单一参数的剧烈变化可能是施工方案和施工速度中不合理的因素造成的，因此监
测到之后就需要对施工方案和施工速度的相关情况进行研究，必要时需要作出调整，避免
发生进一步的危害。
施工过程中的参数变化进行调整后的。当监测的参数全部达到对应的限值标准时，可以表
明施工已经满足了进度要求，就可以进行下一步骤的施工。
工策略。
的差别，当差别超过允许的范围后，就有必要对施工方案和施工速度的相关情况进行研究，
必要时需要作出调整，以确保施工的安全进行。
该最优形状并填充混凝土后形成的拱结构具有最优的受力状态；
的受力状态，避免内层拱结构受力变形过大而造成混凝土开裂，保证结构的稳定性和安全
性。
备；
薄弱等问题。
构20设在外层拱结构10之内，且用于与外层拱结构10之间形成填充空间；填充体结构30设
在填充空间中；位移传感器41用于监测外层拱结构10的拱顶的位移；应变传感器42设在外
层拱结构10的内侧，用于监测外层拱结构10对应部位的应变；数据传输模块51一端分别与
位移传感器41和应变传感器42电连接，用于传输数据信号。
性，能够大大提升整体结构的承载力，提高结构的稳定性和安全性，并通过位移传感器41、
应变传感器42和数据传输模块51监测并传输施工安装过程和使用状态下的结构变形情况，
便于施工过程中控制结构安装和填方施工的进度和质量，保证施工安全稳定地进行，使得
在超高填方的工程中安装施工和实际使用的全过程都具有较高的稳定性和安全性。
51的另一端电连接，用于处理数据信号；数据输出模块53与数据处理模块52电连接，用于输
出数据信号或警示信号；数据记录模块54分别与位移传感器41、应变传感器42和数据传输
模块51电连接，用于记录数据信号。
接，用于监测外层拱结构10的拱顶的竖向位移。
感器42外侧设有柔性防水胶贴，以在浇筑混凝土的填充体结构30时进行防护的同时避免对
应变传感器42的灵敏性产生影响。柔性防水胶贴内侧与应变传感器42和外层拱结构10的内
壁粘结，并将应变传感器42封闭在中部，柔性防水胶贴外侧布设有膨胀条，用于吸水后缓慢
膨胀，待混凝土凝固后将应变传感器42压紧在外层拱结构10的内壁上。
结构20的两侧根部连接的预埋连接件61。
和内层拱结构20之间还设有剪力连接件，以防止拱结构受到剪切破坏导致严重变形。
内侧，沿内层拱结构20的内壁呈阵列设置；均布杆72用于与在内层拱结构20的同一母线上
的第一挂钩71连接；第二挂钩73设在均布杆72中部，且用于与提供拉拽动力的驱动设备连
接。
在平面的交点上；拉绳75一端与第二挂钩73连接，中部穿过地钩74；动力组件76与拉绳75的
另一端连接，用于对拉绳75提供拉拽的牵引力。