一种适于重型设备运输的钢架混凝土组合拱桥转让专利
申请号 : CN202011565273.2
文献号 : CN112681105B
文献日 : 2021-12-14
发明人 : 雷笑 , 杨泽刚 , 范旭涛 , 郑宇涵
申请人 : 河海大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种钢架混凝土组合拱桥,其特征是,包括:第一基础段、第二基础段和连接所述第一基础段和所述第二基础段的主拱;
所述第一基础段包括等间距布置在地层中的若干柱桩体(1),细砂岩土层(2)压实在位于第一基础段的混凝土基础(3)与所述柱桩体(1)之间,钢架组合(4)嵌置在位于第一基础段的所述混凝土基础(3)内,位于第一基础段的所述混凝土基础(3)上依次铺设有第一加厚层(8)和预制凹层(9);
所述第二基础段包括等间距布置在地层中的若干柱桩体(1),位于第二基础段的所述柱桩体(1)上设置混凝土基础(3),位于第二基础段的所述混凝土基础(3)内按照设定规律嵌置有若干空心桩,位于第二基础段的所述混凝土基础(3)上依次铺设有第二加厚层(17)和预制曲块(18);
所述主拱包括位于主拱区域的混凝土基础(3)和嵌置在位于主拱区域的所述混凝土基础(3)中的曲梁(5),所述曲梁(5)一端连接于所述钢架组合(4),另一端连接于所述空心桩;
所述钢架组合(4)包括若干空心合金杆(401)、软塞(402)和弹簧(403),所述弹簧(403)安装于其中若干个竖向布置的空心合金杆(401)内,所述弹簧(403)的两端分别固定在一个可在空心合金杆(401)的内腔滑动的软塞(402)上,每个所述软塞(402)与一个倾斜布置的空心合金杆(401)的一端固定连接,倾斜布置的空心合金杆(401)的另一端与竖向布置的空心合金杆(401)固定连接;所述空心合金杆(401)、软塞(402)和弹簧(403)构成若干个三角形杆轴结构;
所述空心桩包括若干空心大直径桩(6)和若干空心小直径桩(7),所述空心大直径桩(6)与柱桩体(1)之间交错布置,且空心大直径桩(6)的横截面中心与任意两个柱桩体(1)之间间距中点重合;所述空心小直径桩(7)与空心大直径桩(6)之间交错布置,且在桥的长度方向上空心小直径桩(7)左右外延空心大直径桩(6)两侧各一个、空心小直径桩(7)的横截面中心与任意两个空心大直径桩(6)之间间距中点重合。
2.根据权利要求1所述的钢架混凝土组合拱桥,其特征是,所述柱桩体(1)埋入地层的深度不小于6m,所述细砂岩土层(2)与柱桩体(1)之间设有合金钢板,且所述细砂岩土层(2)的抗压强度不小于60MPa。
3.根据权利要求1所述的钢架混凝土组合拱桥,其特征是,所述空心小直径桩(7)的受力峰值是空心大直径桩(6)受力峰值的1.15~1.41倍。
4.根据权利要求1所述的钢架混凝土组合拱桥,其特征是,所述钢架组合(4)延伸并内嵌入第一加厚层(8);所述预制凹层(9)与所述第一加厚层(8)嵌缝浇筑组合;所述预制凹层(9)与第一加厚层(8)之间设有抗震支撑架(10)。
5.根据权利要求1所述的钢架混凝土组合拱桥,其特征是,所述预制凹层(9)和第二加厚层(17)的内部均埋设若干个电阻应变传感器(11),每个所述电阻应变传感器(11)与单片机(13)电连接,所述单片机(13)与红外发射器(14)电连接;所述单片机(13)与红外发射器(14)设置于第二加厚层(17)内部,所述红外发射器(14)与集成在LCD站牌(16)的红外接收器(15)通信连接,所述LCD站牌(16)安装于所述预制曲块(18)的一侧。
6.根据权利要求5所述的钢架混凝土组合拱桥,其特征是,按照由预制凹层(9)至第二加厚层(17)的方向为每个所述电阻应变传感器(11)进行编号,且第i个所述电阻应变传感器(11)所测得的位移值为bi,位移值bi大于设定阈值时停止重型设备运输。
7.根据权利要求1所述的钢架混凝土组合拱桥,其特征是,所述预制曲块(18)包括位于两侧的窄通道(1801)和位于中间的宽通道(1802),所述宽通道(1802)与两侧的窄通道(1801)最高平面高程差H为1.2~1.5m。
8.根据权利要求7所述的钢架混凝土组合拱桥,其特征是,所述窄通道(1801)和宽通道(1802)的两侧布置有限位组合(19),所述限位组合(19)包括栏杆(1901)和连接相邻两个栏杆(1901)的锁链(1902),所述窄通道(1801)和宽通道(1802)均布置有限速模块(20),所述窄通道(1801)布置有四道限速模块(20)、宽通道(1802)布置有六道限速模块(20),所述窄通道(1801)承重范围为5~35t,所述宽通道(1802)的极限承重量为70t。
9.根据权利要求8所述的钢架混凝土组合拱桥,其特征是,所述限速模块(20)包括弹力板(21)、球凹槽(22)、球体(23)和齿轮组合(24),两个所述弹力板(21)形成锐角且两个所述弹力板(21)之间等距布置三根弹簧(403),所述弹力板(21)右上部布置有齿轮组合(24),所述齿轮组合(24)下部通过一根空心合金杆连接球体(23),球体(23)与设置在弹力板(21)一端的球凹槽(22)滑动相连,所述的限速模块(20)减速范围为3~6Km/h。
说明书 :
一种适于重型设备运输的钢架混凝土组合拱桥
技术领域
背景技术
久而久之,桥梁或高速公路的寿命简短将不可避免。
理路线的方法降低桥梁的损伤。但是,无法从根本上解决瞬时荷载的影响,且无法形成实时
的预警监测系统。
发明内容
段包括等间距布置在地层中的若干柱桩体,细砂岩土层压实在混凝土基础与所述柱桩体之
间,钢架组合嵌置在所述混凝土基础内,所述混凝土基础上依次铺设有第一加厚层和预制
凹层;所述第二基础段包括等间距布置在地层中的若干柱桩体,所述柱桩体上设置混凝土
基础,所述混凝土基础内按照设定规律嵌置有若干空心桩,所述混凝土基础上依次铺设有
第二加厚层和预制曲块;所述主拱包括混凝土基础和嵌置在所述混凝土基础中的曲梁,所
述曲梁一端连接于所述钢架组合,另一端连接于所述空心桩。
滑动的软塞上,每个所述软塞与一个倾斜布置的空心合金杆的一端固定连接,倾斜布置的
空心合金杆的另一端与竖向布置的空心合金杆固定连接;所述空心合金杆、软塞和弹簧构
成若干个三角形杆轴结构。
中点重合;所述空心小直径桩与空心大直径桩之间交错布置,且在桥的长度方向上空心小
直径桩左右外延空心大直径桩两侧各一个、空心小直径桩的横截面中心与任意两个空心大
直径桩之间间距中点重合;所述空心小直径桩的受力峰值是空心大直径桩受力峰值的1.15
~1.41倍。
红外发射器设置于第二加厚层内部,所述红外发射器与集成在LCD站牌的红外接收器通信
连接,所述LCD站牌安装于所述预制曲块的一侧。
型设备运输。
四道限速模块、宽通道布置有六道限速模块,所述窄通道承重范围为5~35t,所述宽通道的
极限承重量为70t。
所述齿轮组合下部通过一根空心合金杆连接球体,球体与设置在弹力板一端的球凹槽滑动
相连,所述的限速模块减速范围为3~6Km/h。
作用避免应力集中,能够合理分担作用于桥面的载荷,提高拱桥的承载能力;
缩;另一方面,空心合金杆的截面是空心环,截面积小,因此能够承受的力较大,钢架组合在
面对来自于桥面的载荷时,桥面受到的荷载就会传递至钢架组合;然后,钢架组合受到的力
继续分解至细砂岩土层中,降低了桥面和钢架组合的受力,因此,钢架组合的作用就是利用
弹性材料的组合、三角形力合成与分解的特性,避免应力集中;
一方面,配合限速模块的合理性结构,使得减速范围为3~6Km/h,保证了不同载重量的车体
分区域安全通过。
附图说明
凹层、10‑抗震支撑架、11‑电阻应变传感器、12‑信号线、13‑单片机、14‑红外发射器、15‑红
外接收器、16‑LCD站牌、17‑第二加厚层、18‑预制曲块、1801‑窄通道、1802‑宽通道、19‑限位
组合、1901‑栏杆、1902‑锁链、20‑限速模块、21‑弹力板、22‑球凹槽、23‑球体、24‑齿轮组合、
A‑重型设备运输入口点、B‑桥梁曲线最高点、C‑重型设备运输出口点、D‑空心大直径桩有效
支撑初始点、E‑空心大直径桩有效支撑终点、H‑宽通道与窄通道最高平面高程差、i‑预制凹
层与第二加厚层之间任一个电阻应变传感器的ID号。
具体实施方式
柱桩体1,细砂岩土层2压实在混凝土基础3与柱桩体1之间,钢架组合4嵌置在混凝土基础3
内,混凝土基础3上依次铺设有第一加厚层8和预制凹层9;第二基础段包括等间距布置在地
层中的若干柱桩体1,柱桩体1上设置混凝土基础3,混凝土基础3内按照设定规律嵌置有若
干空心桩,混凝土基础3上依次铺设有第二加厚层17和预制曲块18;主拱包括混凝土基础3
和嵌置在混凝土基础3中的曲梁5,曲梁5一端连接于钢架组合4,另一端连接于空心桩。
为6m,细砂岩土层2的抗压强度为60Mpa,柱桩体1埋入地层的深度为6m属于深基础承受能力
更强,细砂岩土层2抗压强度为60MPa,且其形成了沉井基础,从而保证了重物经过可耐位移
沉降。
腔滑动的软塞402上,每个软塞402与一个倾斜布置的空心合金杆401的一端固定连接,倾斜
布置的空心合金杆401的另一端与竖向布置的空心合金杆401固定连接;空心合金杆401、软
塞402和弹簧403构成了稳定的四个三角形杆轴结构。三角形结构稳定,而且软塞402和弹簧
403起着缓冲减震的作用,因为软塞402是弹性材料,弹簧403可以自由伸缩;另一方面,空心
合金杆401的截面是空心环,截面积小,因此能够承受的力较大,钢架组合4在面对来自于桥
面的载荷时,桥面受到的荷载就会传递至钢架组合4。然后,钢架组合4受到的力继续分解至
细砂岩土层2中,降低了桥面和钢架组合的受力,因此,钢架组合的作用就是利用弹性材料
的组合、三角形力合成与分解的特性,避免应力集中。如图5所示,是本实施例中钢架组合的
受力分析示意图,因为空心合金杆401、软塞402和弹簧403构成了稳定的四个三角形杆轴结
构,受力分析如图,因为结构对称倾斜空心合金杆401受力相等为F1,中间垂直向下的空心
合金杆401受力为F2,作用点在软塞402上表面,F1和F2经过软塞402和弹簧403阻尼作用而
数值降低,F1和F2大小分别变为F1、F2,其中两个F1的合力形成了F3,从而F2、F3合力传递给
细砂岩土层2。
心小直径桩7与空心大直径桩6之间交错布置,且在桥的长度方向上空心小直径桩7左右外
延空心大直径桩(6)两侧各一个(如图1所示,空心小直径桩7左右外延空心大直径桩6中的
D、E点两侧各一个)、空心小直径桩7的横截面中心与任意两个空心大直径桩6之间间距中点
重合;空心小直径桩7的受力峰值是空心大直径桩6受力峰值的1.15~1.41倍;根据力的平
衡特性,空心小直径桩7的受力峰值与空心大直径桩6受力峰值错开,避免两者应力叠加。空
心桩承受载荷能力更加强,采用大直径桩配合小直径桩的优点避免应力峰值叠加,因为预
制曲块区域承受的力太大远远高于前部钢架组合段,因此采用大直径桩配合小直径桩,如
图6所示,是本实施例的大直径空心桩与小直径空心桩组合受力峰值示意图。本实施例中,
第一基础段和第二基础段中的钢结构不同,原因在于,左侧的坡度变化小,缓冲长度大;右
侧坡度起伏,长度短;从右侧行驶时,右侧受力大,左侧长度大,受力情况趋于均势。
的能力。
连接,电阻应变传感器11组成单片机13的外围电路;单片机13与红外发射器14设置于第二
加厚层17上表面内部,红外发射器14与集成在LCD站牌16的红外接收器15通信连接,LCD站
牌16安装于右侧预制曲块18的内边缘一侧。
型设备运输,具体为:设定重型设备从A点经过预制凹层9接触第一个电阻应变传感器11开
始计数依次通过B点直至C点处第二加厚层17尾部最后一个电阻应变传感器11,设定预制凹
层9、第二加厚层17之间任何一个电阻应变传感器11的ID号为i且该处测得位移值为bi,设
定位移值为bi的最大值为12mm且超过该数值停止重型设备运输,最终形成预制凹层9、右侧
加厚层17上表面的变形量为数组A0:
道1801布置有四道限速模块20、宽通道1802布置有六道限速模块20,窄通道1801承重范围
为5~35t,宽通道1802的极限承重量为70t。
组合24下部通过一根空心合金杆连接球体23,球体23与设置在弹力板21一端的球凹槽22滑
动相连,限速模块20减速范围为3~6Km/h,避免大型重载车辆下坡速度过快,跑偏,避免翻
车等。当重载车辆经过限速模块20尖端三角尖部时,前部两片弹簧403开始被压缩,继续前
行,第三片弹簧403缓慢压缩,齿轮组合24逐步加速转动。框架摩擦力较大是一方面,另一方
面三片弹簧403的向上支撑力带来了车辆的支撑阻力变大,由摩擦力和支撑阻力的正比关
系,车辆受到的摩擦力增大;车辆通过后,齿轮反转,弹簧403逐步伸长恢复原状。
制凹层;
的减速作用,最终载重货车经过C点的速率为39~57Km/h。若此时位移量超过了12mm,应将
载重车行驶至限位组合附近,进一步进行吊装减重等处理方案;
钢架组合由12根空心合金杆、软塞、弹簧组成组成,钢架组合内部组成了稳定的四个三角形
杆轴结构;空心大直径桩与柱桩体之间交错布置,且空心大直径桩的横截面中心与任意两
个柱桩体之间间距中点重合,空心小直径桩与空心大直径桩之间交错布置,且空心小直径
桩左右外延空心大直径桩D、E点两侧各一个、空心小直径桩的横截面中心与任意两个空心
大直径桩之间间距中点重合,空心小直径桩的受力峰值是空心大直径桩受力峰值的1.15~
1.41倍。上述设计经过严格的计算,从而保证了桥梁整体受力的合理性;
借助于LCD站牌的数据实时指示进行桥梁位移的实时监测;
域安全通过。
也应视为本发明的保护范围。