充填式混凝土壳板拱桥制造技术

充填式混凝土壳板拱桥，是圬工拱桥的创新桥型结构，具有取材简便，受力合理，造价低、适用范围广等优点。而本成果“充填式混凝土壳板拱桥”简介PPT幻灯片与WORD文搞，是在原著算例的基础上，在构造简图、受力原理分析、截面计算方法、侧墙稳定性验算、材料强度设计指标等方面，作了进一步的概括和补充。突出体现该桥型具有的‘五不同’、‘五首先’。即：结构不同、材料不同、受力不同、计算方法不同、施工不同；五首先：首次将稳定土材料用于桥梁结构；首次通过试验提出稳定土材料用于桥梁结构的强度计算指标；首次设计出圬工组合体系拱桥并作了一系列内力与截面强度验算；首次提出拱上建筑参于主拱圈受力计算的计算方法；首次推导出“稳定土‑钢筋混凝土”组合结构按钢筋混凝土结构截面计算方式进行截面强度计算的相关公式。

【技术实现步骤摘要】
1、
圬工拱桥的创新结构设计2、
技术介绍
拱桥按其静力体系，可分为‘简单体系拱桥’和‘组合体系拱桥’。此前的圬工拱桥，只有‘简单体系’而没有‘组合体系’。“充填式混凝土壳板拱桥”一书的出版，填补了这一桥型的空白，属于首项拱上建筑与主拱圈联合受力的‘组合体系’圬工拱桥。“充填式混凝土壳板拱桥”一书，对该桥型的10个桥例，作了详细的结构验算，同时，还破天荒将通常用于公路路基建筑的工业矿渣混合材料-稳定土，用于桥梁结构，并在大量试验的基础之上，提出了工业矿渣混合填充材料用于桥梁结构设计的强度计算指标。而本成果“充填式混凝土壳板拱桥”简介(PPT幻灯片与WORD文搞)，是在该书算例的基础上，在构造简图、受力原理分析、截面计算方法、侧墙稳定性验算、材料强度设计指标等方面，作了进一步的概括和补充。突出体现该桥型具有的‘五不同’、‘五首先’。结构不同、材料不同、受力不同、计算方法不同、施工不同；五首先：首次将稳定土材料用于桥梁结构；首次通过试验提出稳定土材料用于桥梁结构的强度计算指标；首次设计出圬工组合体系拱桥并作了一系列内力与截面强度验算；首次提出拱上建筑参于主拱圈受力计算的计算方法；首次推导出“稳定土-钢筋混凝土”组合结构按钢筋混凝土结构截面计算方式进行截面强度计算的相关公式。3、
技术实现思路
(一)将工业矿渣、石灰、水泥、砾石、粘土等、经过加水拌制的混合料，充填于少筋混凝土箱体内，使拱上建筑与主拱连为一体，共同受力，共同承担荷载作用的组合体系拱桥，起名为“充填式混凝土壳板拱桥”。其典型截面构造示意。见附图1。(二)填充料与混凝土箱壳组合体加载时应力应变分析，见附图2～5，其应力应变过程，类似于钢管混凝土，具有一定的‘紧箍力’效应，这在一定程度上提高了结构的整体安全储备(虽然原著中桥例在设计验算时并没有考虑该提高效应)。(三)“充填式混凝土壳板拱桥”独有的截面强度验算方法概括如下：计算简图示例见附图6。选取主拱拱顶、拱脚及L/4截面作为控制截面，根据一般圬工拱桥的设计原则和方法，按分项安全系数的极限状态法，作截面强度验算。计算恒载与活载产生的内力时，采用拱圈组合截面的几何形心轴；截面强度验算时采用拱圈组合截面折算形心轴。轴向力偏心距小于《桥规》规定的容许偏心距时，按正截面小偏心受压公式进行截面强度和偏心距验算，此时，受拉侧混凝土壳板内配有少量构造配筋，含筋率约为钢筋混凝土结构最小含筋率的四分之一；当轴向力偏心距大于容许偏心距时，则按大偏心受压公式验算，控制受拉一侧边缘的材料拉应力不超过规定值。否则，若不改变截面的设计尺寸，就需增加截面含钢率，按钢筋混凝土结构进行计算(此种情形本书例题基本未出现)，此时，在考虑钢筋混凝土壳板参与受力的同时，也应考虑填充料参与受力。由两种以上材料构成的组合截面，由于材料强度及变形模量不同，其偏心受压区的高度与单一的混凝土结构也不应相同。为此，不能完全套用钢筋混凝土偏心受压公式进行计算，而应在此基础上推导出新的组合截面强度计算公式。本书第五章尝试推导了该计算方法。一般情况下，不宜采用钢筋混凝土结构计算。(四)上部结构及墩台混凝土壳板的局部变形和稳定性验算。见附图7。(五)原著中没曾发表的空腹式园弧无铰拱桥各控制截面M、H、V影响线坐标表的编制。见附图8～9。(六)稳定土用于桥梁结构的强度计算指标(参考值)。见附图104、附图说明(一)附图1为“充填式混凝土壳板拱桥”构造示意图，在少筋混凝土壳板组成的箱体内填筑稳定土混合料，箱体壳板厚度、肋板数量及填充料配比，根据桥跨、桥宽和设计荷载，由计算确定。(二)附图2为混凝土试件与‘稳定土～混凝土组合构件’的应力应变比较图。在组合构件的应力应变图中，oa段为弹性阶段，构件尚无横向力，填料与混凝土壳板各自单独受力，f设计值即相当本书例题中的组合截面强度标准值，其值可由下式计算：式中η折算-混凝土壳板的材料强度换算系数，其值为R填料-填料的立方体抗压强度标准值；R壳板-壳板混凝土抗压强度标准值。ac段为增强阶段，构件产生横向力，由于构件核心稳定土的横向变形率大于混凝土壳板的横向变形率，故稳定土受到侧限力作用而处于三向应力状态，且极限强度得到提高，并且将横向压力以及轴向力(通过摩阻力)传给混凝土壳板，直到混凝土壳板在荷载作用下达到极限强度卸载后，稳定土才随之达到承载力极限。稳定土由于混凝土壳板的约束作用而使自身以及组合构件的极限强度最终得到提高。组合构件达到强化阶段的破坏强度按下式计算：式中κ提高-稳定土受到侧限力作用后，抗压强度提高系数，其值可由试验确定。(三)附图3为钢管混凝土试件承载力与其应变的关系图，与钢筋拉伸时的应力应变曲线有许多相似；而‘稳定土-混凝土壳板’承载力与其应变的关系图，应与图2中混凝土的应力应变图相似。‘钢管混凝土’与‘稳定土-混凝土壳板’它们二者虽然都因其核心材料的横向变形系数增大，提高了承载力，但是前者主要发生在钢管的强化阶段，且承载力提高较大；而后者发生在混凝土壳板的弹塑性工作阶段，承载力提高较小。(四)附图4为三种不同加载方式钢管混凝土构件的受力分析及荷载与应变的变化情况A式加载：荷载仅作用在核心混凝土上，钢管不直接承受纵向荷载。通过摩擦力传递纵向力于钢管。B式加载：荷载同时作用在作用在钢管和核心混凝土上。C式加载：荷载先作用在钢管上直至压缩齐平后，钢管和核心混凝土共同承载。如下图所示。上述三种加载方式虽然不同，但加载方式对构件性能和承载力影响很小，荷载-应变关系曲线很相近，在加载初期，钢管与混凝土都是单独受力，无横向套箍力，加载后期核心混凝土泊松比大于钢管波松比，从而产生套箍作用后，三者受力机理基本相似。(五)附图5为‘混凝土～稳定土组合构件’加载受力分析图充填式混凝土壳板拱桥的受力情况应与上述B式(中间槽)或A式(两边槽)加载方式相似，由于稳定土的泊松比大于混凝土泊松比，故侧限力作用将一直存在，在加载初期稳定土填充料的侧限力作用同样相对较小。加载方式如附图5所示。混凝土箱形壳板的横向约束力作用，主要发生在设有内侧板与横系梁的主拱部位，而拱上建筑部分显然较小。由于本书设计例题均没考虑核心稳定土受到壳板约束力作用的承载力提高效应，故计算结果更应偏于安全。(六)附图6如前所述，传统的砖石或混凝土圬工拱桥，主要是由单一材料做成，只考虑由主拱圈单独承担全部上部荷载的简单体系拱桥。而本创新桥型，不仅主拱圈是由混凝土箱壳与稳定土组合截面构成，而且考虑了拱上填料的联合受力作用，这使在应用‘桥规’进行截面轴向力和偏心距验算时，其方法必然也要不同。附图6正是该方法的计算简图。图中‘主拱截面几何形心轴’是指由主拱截面外边缘围成的几何矩形形心轴；‘主拱组合截面形心轴’是指主拱部分由混凝土壳板、肋板的横截面面积与主拱截面的填料面积按照各自不同的材料强度折算为同一种材料强度后，计算得出的强度折算形心轴。前者供计算内力时使用，后者供验算强度之用。同理，‘考虑拱顶填料的截面几何形心轴’是指主拱及其上部填充料共同围成的矩形截面形心轴；而‘考虑拱顶填料的组合截面形心轴’是主拱部分由混凝土壳板、肋板的横截面面积与主拱截面的填料面积以及拱顶填料按照各自不同的材料强度折算为同一种材料强度后，计算得出的强度折算形心轴。供强度验算之用。(七)本文档来自技高网...

【技术保护点】
“充填式混凝土壳板拱桥”是圬工拱桥的一种创新的桥型体系。此前的圬工拱桥均为仅由主拱圈承担上部荷载、且拱上建筑不参与主拱受力的简单体系拱桥，而“充填式混凝土壳板拱桥”是圬工拱桥中拱上建筑与主拱圈共同承担上部荷载的组合体系拱桥。已出版的“充填式混凝土壳板拱桥”专著，作了若干桥例的结构设计计算、施工方法以及稳定土材料试验方法的介绍；而“充填式混凝土壳板拱桥”简介(TTP幻灯片与WORD文搞)，则是对原著作了以下的内容补充和完善：①桥型结构的受力原理分析与内部构造示意图；②拱上建筑以及桥台侧墙的变形稳定性验算；③充填式混凝土壳板拱桥的计算方法、材料强度换算及结构计算简图；④原著中没曾发表的空腹式园弧无铰拱桥各控制截面M、H、V影响线坐标表的编制；⑤石灰土、工业矿渣、水泥、砾石等混合料强度试验标准值(设计值)；以上各方面内容原著中没曾发表或没作突出说明，应属请求权力保护范围。

【技术特征摘要】
1.“充填式混凝土壳板拱桥”是圬工拱桥的一种创新的桥型体系。此前的圬工拱桥均为仅由主拱圈承担上部荷载、且拱上建筑不参与主拱受力的简单体系拱桥，而“充填式混凝土壳板拱桥”是圬工拱桥中拱上建筑与主拱圈共同承担上部荷载的组合体系拱桥。已出版的“充填式混凝土壳板拱桥”专著，作了若干桥例的结构设计计算、施工方法以及稳定土材料试验方法的介绍；而“充填式混凝土壳板拱桥”简介(TTP幻灯片与WORD文搞...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱传培，
申请(专利权)人：朱传培，
类型：发明
国别省市：安徽;34