本發(fā)明涉及橋梁施工，具體而言，涉及一種裝配式鋼管內(nèi)芯外包uhpc拱肋連接節(jié)點(diǎn)、拱橋及方法。

背景技術(shù)：

1、在高山峽谷地區(qū)，對于相較同跨徑的懸索橋與斜拉橋，大跨徑拱橋由于在經(jīng)濟(jì)性、耐久性、施工工期和抗風(fēng)抗震性能等方面的突出優(yōu)勢，具有良好的競爭力。

2、目前，鋼管混凝土拱橋、勁性骨架混凝土拱橋、鋼桁拱橋是大跨徑拱橋的主要形式，但跨徑的進(jìn)一步突破仍存在一定瓶頸。隨著跨徑的增大，鋼管混凝土拱及勁性骨架混凝土拱橋自重逐漸占主導(dǎo)，按常規(guī)思路進(jìn)行設(shè)計(jì)，斜拉扣掛懸臂拼裝體系的施工難度及施工措施費(fèi)隨跨徑增加急劇增大，經(jīng)濟(jì)性變差；另一方面，盡管鋼管內(nèi)高流態(tài)、內(nèi)養(yǎng)護(hù)無收縮高強(qiáng)混凝土的制備與真空灌注工藝進(jìn)步斐然，管內(nèi)混凝土局部脫粘、脫空等缺陷問題依然存在，給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與安全運(yùn)維帶來困惑。鋼箱或鋼桁拱橋的跨越能力大于混凝土拱橋，但隨著跨徑的增大，結(jié)構(gòu)整體及局部屈曲穩(wěn)定問題開始凸顯，若加大結(jié)構(gòu)尺寸又帶來厚鋼板焊接困難的問題，其他還存在鋼節(jié)點(diǎn)疲勞問題突出、結(jié)構(gòu)造價(jià)及后期運(yùn)維費(fèi)用高昂等問題。此外，鋼拱橋和鋼管混凝土拱橋都存在大量外露的鋼結(jié)構(gòu)，全壽命維護(hù)成本不容小覷。

3、目前，鋼管混凝土及勁性骨架混凝土拱橋主拱肋的連接方式一般為焊縫連接方式，具體方式為：采用外法蘭盤將拱肋鋼管栓接固定，焊接其余部分后切割外法蘭盤再焊接原法蘭盤部分，切割外法蘭盤會導(dǎo)致應(yīng)力重分布，致使拱橋受力穩(wěn)定性出現(xiàn)問題，切割再焊接等步驟也會延長施工工期，同時(shí)為保證管內(nèi)混凝土質(zhì)量，對連接鋼管的焊縫有較高要求，由于施工條件為高空作業(yè)，現(xiàn)有焊接方式的施工有一定安全風(fēng)險(xiǎn)。隨著拱橋跨徑的增大和施工高度的增加，拱肋鋼管管徑增加，由于大鋼管本身的重量和管內(nèi)真空灌注混凝土的要求，拱肋鋼管節(jié)點(diǎn)焊縫連接難以一次性完成，而多段分批次焊接會增加施工難度，易造成節(jié)點(diǎn)應(yīng)力分布不均、應(yīng)力重分布和焊縫質(zhì)量不均的問題，難以達(dá)到符合要求的焊接質(zhì)量和施工效果，拱肋連接技術(shù)仍是大跨徑拱橋亟待解決的難點(diǎn)。

4、在拱肋制造、安裝及施工技術(shù)方面，主要有斜拉扣掛懸拼懸澆、勁性骨架懸拼外包混凝土澆筑、鋼筋混凝土拱橋轉(zhuǎn)體及鋼拱橋大節(jié)段提升等施工技術(shù)。其中鋼拱橋主要采用斜拉扣掛懸拼和大節(jié)段提升等施工方法；混凝土拱橋主要采用斜拉扣掛懸澆和勁性骨架等施工方法；鋼管混凝土拱橋主要以斜拉扣掛懸拼為主，少部分采用轉(zhuǎn)體施工方法。斜拉扣掛懸拼施工仍是當(dāng)前大跨徑拱橋的主要施工方法，隨著拱橋跨徑的增大，主拱節(jié)段數(shù)量和重量均顯著增大，且施工全過程面臨的雙重非線性穩(wěn)定、施工監(jiān)測與狀態(tài)控制等問題逐漸凸顯。

5、綜上所述，存在如下至少一種技術(shù)問題：

6、斜拉扣掛懸臂拼裝體系的施工難度及施工措施費(fèi)隨跨徑增加急劇增大，經(jīng)濟(jì)性變差；

7、盡管鋼管內(nèi)高流態(tài)、內(nèi)養(yǎng)護(hù)無收縮高強(qiáng)混凝土的制備與真空灌注工藝進(jìn)步斐然，管內(nèi)混凝土局部脫粘、脫空等缺陷問題依然存在，給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與安全運(yùn)維帶來困惑；

8、鋼箱或鋼桁拱橋的跨越能力大于混凝土拱橋，但隨著跨徑的增大，結(jié)構(gòu)整體及局部屈曲穩(wěn)定問題開始凸顯，若加大結(jié)構(gòu)尺寸又帶來厚鋼板焊接困難的問題，其他還存在鋼節(jié)點(diǎn)疲勞問題突出、結(jié)構(gòu)造價(jià)及后期運(yùn)維費(fèi)用高昂等問題；

9、由于大鋼管本身的重量和管內(nèi)真空灌注混凝土的要求，拱肋鋼管節(jié)點(diǎn)焊縫連接難以一次性完成，而多段分批次焊接會增加施工難度，易造成節(jié)點(diǎn)應(yīng)力分布不均、應(yīng)力重分布和焊縫質(zhì)量不均的問題，難以達(dá)到符合要求的焊接質(zhì)量和施工效果，拱肋連接技術(shù)仍是大跨徑拱橋亟待解決的難點(diǎn)；

10、鋼拱橋和鋼管混凝土拱橋都存在大量外露的鋼結(jié)構(gòu)，全壽命維護(hù)成本不容小覷；

11、斜拉扣掛懸拼施工仍是當(dāng)前大跨徑拱橋的主要施工方法，隨著拱橋跨徑的增大，主拱節(jié)段數(shù)量和重量均顯著增大，且施工全過程面臨的雙重非線性穩(wěn)定、施工監(jiān)測與狀態(tài)控制等問題逐漸凸顯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種裝配式鋼管內(nèi)芯外包uhpc拱肋連接節(jié)點(diǎn)、拱橋及方法，以解決背景技術(shù)中至少一個(gè)技術(shù)問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種裝配式鋼管內(nèi)芯外包uhpc拱肋連接節(jié)點(diǎn)，包括空心鋼管，所述空心鋼管分段式設(shè)置，每段空心鋼管外徑包覆著預(yù)制uhpc外包層，所述相鄰空心鋼管連接端處設(shè)有現(xiàn)場對接法蘭，所述相鄰空心鋼管通過現(xiàn)場對接法蘭和連接螺栓相連，靠近連接端處的相鄰空心鋼管外徑設(shè)有若干鋼管剪力釘和法蘭加勁鋼板，所述相鄰空心鋼管處套設(shè)鋼板，所述鋼板內(nèi)壁設(shè)有鋼板剪力釘，所述相鄰空心鋼管連接端處設(shè)置現(xiàn)澆uhpc外包層。

3、優(yōu)選的，在單元管拱肋節(jié)段連接處，空心鋼管由預(yù)制uhpc外包層至現(xiàn)澆uhpc外包層采取內(nèi)傾斜結(jié)構(gòu)，內(nèi)傾斜結(jié)構(gòu)段設(shè)置鋼管剪力釘，所述鋼管剪力釘環(huán)向均勻焊接在鋼管上。

4、優(yōu)選的，所述鋼板設(shè)置在預(yù)制uhpc外包層段至現(xiàn)澆uhpc外包層段，所述鋼板上均勻焊接鋼板剪力釘，所述鋼板剪力釘與鋼管上的鋼管剪力釘交錯布置。

5、優(yōu)選的，所述空心鋼管采用圓柱形與圓錐形結(jié)合結(jié)構(gòu)，所述空心鋼管作為預(yù)制uhpc外包層和現(xiàn)場uhpc外包層澆筑模板。

6、優(yōu)選的，所述鋼板的長度在預(yù)制uhpc外包層段的長度為其在現(xiàn)澆uhpc外包層段長度的兩倍，所述鋼板與剪力釘?shù)倪吔鐚R。

7、根據(jù)本發(fā)明的另一方面提供了一種裝配式鋼管內(nèi)芯外包uhpc拱肋連接的拱橋，包括：

8、鋼筋混凝土拱座；

9、單圓管拱肋，所述單圓管拱肋兩端分別與鋼筋混凝土拱座相連；

10、拱上立柱，所述拱上立柱包括若干根，所述拱上立柱下端與單圓管拱肋相連；

11、蓋梁，所述蓋梁設(shè)置在單圓管立柱上端；

12、橋面梁，所述橋面梁設(shè)置在蓋梁上端；

13、拱肋風(fēng)撐，所述拱肋風(fēng)撐設(shè)置在單圓管拱肋之間；

14、橋面梁預(yù)應(yīng)力鋼筋，所述橋面梁預(yù)應(yīng)力鋼筋，設(shè)置在橋面梁中；

15、uhpc預(yù)制板，所述uhpc預(yù)制板設(shè)置在相鄰橋面梁之間；

16、地錨，所述地錨設(shè)置在地面上；以及

17、塔架，所述塔架豎直設(shè)置；

18、纜索，所述纜索兩端分別與塔架相連；

19、扣索，所述扣索一端與塔架相連，另一端與單圓管拱肋相連。

20、優(yōu)選的，所述拱上立柱和橋面梁均采用預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)，所述立柱采用裝配式uhpc薄壁矩形柱，所述橋面梁采用裝配式先張預(yù)應(yīng)力uhpc梁。

21、優(yōu)選的，每一單圓管拱肋節(jié)段連接處吊設(shè)扣索，所述扣索提供單圓管拱肋節(jié)段連接處的吊拉力。

22、優(yōu)選的，所述扣索還與地錨相連。

23、根據(jù)本發(fā)明的另一方面提供了一種裝配式鋼管內(nèi)芯外包uhpc拱肋連接節(jié)點(diǎn)的使用方法，包括：

24、步驟1：在鋼結(jié)構(gòu)加工廠制造加工空心鋼管，焊接好現(xiàn)場對接法蘭、鋼板和剪力釘后，運(yùn)至混凝土預(yù)制廠澆筑uhpc外包層，根據(jù)設(shè)計(jì)和規(guī)范要求進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)和蒸汽養(yǎng)護(hù)，形成裝配式鋼管內(nèi)芯外包uhpc的拱肋節(jié)段；

25、步驟2：拱座施工完畢后，進(jìn)行斜拉扣掛吊裝系統(tǒng)的塔架和地錨施工，并對系統(tǒng)進(jìn)行安裝和調(diào)試，檢驗(yàn)吊裝系統(tǒng)的可靠性；

26、步驟3：通過運(yùn)輸駁船將工廠預(yù)制完成的拱肋節(jié)段運(yùn)至橋梁施工現(xiàn)場，進(jìn)行拱肋節(jié)段的吊裝；

27、步驟4：通過張拉斜拉扣索將單圓管拱肋空間姿態(tài)調(diào)整達(dá)到相應(yīng)位置和角度后利用內(nèi)層鋼管端頭精準(zhǔn)對接現(xiàn)場對接法蘭，控制好單圓管拱肋線型后進(jìn)行法蘭盤的螺栓栓接；

28、步驟5：單圓管拱肋節(jié)段安裝檢驗(yàn)合格后，澆筑現(xiàn)澆uhpc外包層。

29、應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，具有如下技術(shù)效果：

30、鋼管為內(nèi)模并外包uhpc形成組合拱橋新結(jié)構(gòu)，鋼管可作為uhpc澆筑模板，拱橋主拱肋以受壓為主，uhpc具有優(yōu)異的抗壓性能，將uhpc與耐候高強(qiáng)鋼匹配共同受力，可節(jié)約材料并減輕結(jié)構(gòu)自重，進(jìn)而提高橋梁的跨越能力。

31、由于uhpc優(yōu)越的抗裂性能及耐久性能，可最大化避免內(nèi)部鋼材的銹蝕，可提高橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性，延長其使用壽命，減少運(yùn)營過程中的維護(hù)和修復(fù)成本。

32、鋼管內(nèi)芯外包uhpc拱肋截面一次成型，結(jié)構(gòu)受力明確，盡管單節(jié)段自重較大，吊裝節(jié)段多，但省去了傳統(tǒng)鋼管混凝土拱橋管內(nèi)混凝土灌注以及勁性骨架混凝土拱外包混凝土等繁瑣工作，可加快施工進(jìn)程。

33、除拱肋節(jié)段采用高預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)外，拱上立柱和橋面梁也均采用預(yù)制裝配式uhpc結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)輕量化拱肋及上部結(jié)構(gòu)的高預(yù)制、裝配化和空中精準(zhǔn)安裝施工，實(shí)現(xiàn)全橋的高耐久性、長壽命和低運(yùn)維。

34、相比于傳統(tǒng)拱肋節(jié)段采用干接縫的焊接方式，本發(fā)明拱肋節(jié)段連接節(jié)點(diǎn)采用法蘭栓接和uhpc濕接縫相結(jié)合的方式，可取消高空焊接工作量，降低高空作業(yè)的施工難度；且在接縫處局部加厚混凝土厚度，增設(shè)加勁鋼板，焊接剪力釘，提高連接節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性和整體性。