一种混凝土拱及其专用施工方法技术

本发明专利技术涉及一种混凝土拱及其施工和运用方法．本拱采用混凝土浇注硬质充压薄壁管而成，由有压流体、薄壁管和混凝土共同承载，是一种空心充压的承重结构，具有结构轻巧、变位能力大、跨越能力强的特征．本拱以气压为起动力，利用气压传动原理和软管弹性自动架设软管支架支承＂胎拱＂浇注，之后在＂胎拱＂和ｉ（ｉ＝２、３、４、……）期＂雏拱＂混凝土结硬过程中早期强度积累的自动支承下完成整个拱体施工．竣工后拱内压力可任意调整，若充水压，可显著提高其抗震能力．采用本方法可使拱体施工跨径达六百米，降低工程造价三成以上．（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。该拱用混凝土浇注硬质骨架而成，采用起动支架起动支承和拱体混凝土分层浇注施工。在《钢筋混凝土结构学》(丁大钧主编，上海科技出版社1985年版)中介绍的钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土是实体结构，采用的钢筋为实心钢筋。其强度和刚度都比砌石结构和素混凝土结构有极大提高，但对于特大跨径或超高层建筑来说，仍感结构笨重，整体变位能力差，抗震力弱，在特大跨径拱式建筑中要采用钢筋混凝土结构施工很困难。并且因受当前材料极限强度和施工机械设备极限工作能力限制，使钢筋混凝土拱的跨越能力受到相应限制。目前世界上跨径最大的钢筋混凝土拱是南斯拉夫于1980年建成的克尔克Ⅱ号(KRK-Ⅱ)大桥，主跨390米。钢筋混凝土拱的施工法，目前普遍使用硬质拱架或悬吊、斜拉机械设备产生辅助支承力、支承拱体的自重及施工荷载进行施工，主要有有支架施工法和无支架施工法两类。根据《桥梁工程》下册(范立础主编，人民交通出版社1987年第二版)介绍有支架施工法是在拱下立拱架砌筑拱圈石或立模板，扎钢筋，浇注混凝土。在整个施工期间，拱架用以支承全部或部分拱圈以及拱上建筑的重量，并保证拱圈形状符合设计要求。该法需要消耗大量的拱架材料，特别是木材和钢材，并限制了跨径的增大。无支架施工法有缆索吊装、悬臂施工(悬臂浇注、悬臂拼装)、塔架斜拉、刚性骨架与塔架斜拉组合和半拱转体等。该法虽然比有支架法先进，但仍需要辅助吊装机械设备，工序复杂，技术要求高，拱轴线不易控制，费工、费时、费料(尤其是钢材)，跨越能力不大。上述施工法，无论是有支架还是无支架法，均要依靠拱架的支撑或拱上辅助机械设备的悬吊或斜拉等辅助外力支承拱模、拱体和拱上建筑的重量，均未考虑拱体浇注过程中自身潜在的早期强度积累的实际支承作用，是一种完全依靠外加辅助支承力施工的方法。对拱体本身而言，是一种“被动支承式”的施工方法。用此法要消耗大量的用以产生辅助外力的机械设备、材料、人力等，特别是要消耗大量的钢材、木材。上述施工法的支承体和拱体均为实体结构，仅用固体材料本身的力学性质承载，无法引入流体压力，难以使拱体各部分受力分布均衡，同时受当前材料极限强度和施工机械设备极限工作能力的限制，使钢筋混凝土拱的跨越能力受到相应限制，无法适应现代化拱式建筑跨径与日俱增的发展需要。在瑞士CH645944号专利中公开了一种“桥拱建造方法”。该法是在悬臂施工法基础上加以改进，将两个半拱竖直浇注后，再用钢绳将其吊放到一定位置进行连接。该法比悬臂施工法简便，但仍需大量临时辅助机械设备，同时竖直浇注后再吊放到位，施工跨径不可能太大，且拱体结构仍为常用的实体混凝土结构。西德DE3621611A中公开了一种“充混凝土钢管拱的跨江拱桥”。该专利所述拱由充填混凝土的钢管构成。拱的两条钢管用系杆联结起来。施工时，拱和拱上立柱一起都用辅助支架来支撑，当拱建成后即拆除辅助支架。该拱虽采用钢管，并在其中充填混凝土，能增大其结构强度和承载力，但其本质仍然是一种混凝土与钢组合的实体结构，与普通钢筋混凝土并无实质性区别。并且其施工仍需要大量临时辅助支撑，没有利用混凝土结硬过程中早期强度积累的支承作用，钢材用量较大，工程造价较高。在CN1030114A中公开了一种“大跨度钢筋混凝土拱的半刚性骨架锚索假载施工法”。其专利技术要点是假载施工。其中提出来用半刚性骨架，即拱圈横断面内的含钢量小于1.2%的轻型钢桁拱结构作为施工的初始支承体，并且采用分层浇注施工。浇注后，钢桁架即作为拱体混凝土内的加强筋留于其中。该法的钢桁架架设仍需临时的辅助吊、拉机械设备。同时因钢桁架刚度小，浇注时易扭曲变形，为解决这一问题，该法采用假载施工和分层浇注。分层浇注一般在拱体较厚的情况下采用，并未利用混凝土结硬过程中早期强度的支承作用。并不引起临时辅助吊、拉机械设备和设施、材料的减少，在拱体不厚的情况下，可不用分层。再者，建成后的拱体还是混凝土与钢组合的实体结构，与普通钢筋混凝土并无本质区别。该法工序复杂，用钢量较大，工程造价较高，经济价值仍有限。本专利技术的目的在于继承上述已有技术成就并力图改进其不足之处，提出一种新型的由流体压力、硬质薄壁管络骨架和混凝土组合承载的非实体混凝土结构拱。利用硬质薄壁管作为拱体混凝土的内部加强筋，可在管中充入流体压力，因流体压力的作用，使拱体各部分受力分布均衡，使实体截面积减少，自重减轻，结构强度增大，抗震力增强。本专利技术的另一个目的还在于采用该混凝土结构拱，可利用气体压力作为施工支承的初始起动力，用充压软管支架、底模和硬质充压薄壁管络骨架组成的轻便组合起动支架能实现自动架设，无需其它向上支撑和向下悬吊、斜拉的辅助外力及其辅助设备。同时，可利用混凝土结硬过程中早期强度积累自动支承施工。使施工方法大为简化，施工概念更新，使拱体跨越能力不再受材料极限强度和施工机械设备极限工作能力的限制，跨越能力大大增强。本专利技术的目的可通过以下措施来达到本专利技术所述混凝土拱，由混凝土浇注硬质充压薄壁管络骨架而成，是一种具有连通管络的，由流体压力、硬质薄壁管和混凝土组合承载的非实体混凝土结构。具有结构轻巧、载荷大、自重轻、抗震力强、施工简便的特性。由多个纵横交错的硬质薄壁管整体连通，并在管中充入流体压力，即形成硬质充压薄壁管络骨架。硬质薄壁管用轻质、高强、抗锈蚀的金属尤其是合金钢或其他复合材料制造，并根据拱轴线要求制作成组装管件现场连接。施工时，硬质充压薄壁管络骨架为施工支架的一部分，在管中充入气压，利用气压的作用支承施工荷载及拱体混凝土浇注。支架具有受力均衡、弹性变位能力大、稳定性强的特征。施工完成后，该骨架即为混凝土拱体内部的加强筋，可增大拱体结构强度，减小实体截面积及自重;拱体非常运行时，可调整硬质薄壁管中的流体压力，如充水压，利用连通静止水体的隔震或减振作用，可显著提高拱体抗震能力。本专利技术的施工方法是采用轻便组合起动支架起动支承和混凝土分期逐层浇注。轻便组合起动支架由充压软管支架、底模和硬质充压薄壁管络骨架组成。施工时，预先将软管制作成拱轴线形状，向软管中充入流体压力，利用软管充压后能恢复原状的性能，自动形成软管拱。将多条软管拱整体捆束，即成为充压软管支架。在软管支架的支承下铺设底模。再在底模和软管支架的共同支承下铺设硬质薄壁管络骨架，并充入流体压力，形成硬质充压薄壁管络骨架。由上述充压软管支架、底模和硬质充压薄壁管络骨架共同构成了本专利技术施工法的轻便组合起动支架。利用流体压力的力学特性，使轻便组合起动支架具有足够的支承力，用以支承混凝土拱体浇注。流体压力使支架受力均衡分布，弹性变位能力大，稳定性强，保证其不易扭曲变形。采用此种施工支承体，因流体力学特性，可实现支架自动架设，无需任何辅助支撑、吊拉外力，可省去大量用以产生辅助支撑，吊拉外力的机械设备和辅助设施，如支承拱架，悬吊机械等，可节省大量材料和人力，尤其是钢材用量减少。当轻便组合起动支架铺设完成后，即可在支架上浇注拱体“胎拱”混凝土，将“胎拱”(i＝1)以上混凝土分为i(i＝2、3、4、……)期“雏拱”循序分期逐层浇注，利用i(i＝1、2、3、……)期“雏拱”混凝土结硬过程中早期强度积累自动支承施工。“胎拱”浇注后，由“胎拱”与轻便组合起动支架一起支承第2期“雏拱”混凝土浇注。第2期“雏拱”混凝土浇注本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混凝土拱（５）由混凝土及其内部加强筋构成，其特征在于内部加强筋为硬质充压薄壁管络骨架（３），该骨架由硬质薄壁管构成管络整体连通的空间拱式桁架后充入流体压力而成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄国才，
申请(专利权)人：黄国才，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]