大跨度钢管混凝土拱肋栓焊节点及加工、拼接施工方法技术

本发明专利技术公开了大跨度钢管混凝土拱肋栓焊节点及加工、拼接施工方法，应用于超大跨径拱桥施工技术领域，栓焊节点包括设置在相邻两个拱肋钢管对接端的相互间隔的固定接头和焊接区域，固定接头通过栓接件连接，相邻两个拱肋钢管的焊接区域位置对应且焊接，固定接头和焊接区域所占的栓焊弧长比a为0.5～2.0，栓接件受力截面面积和焊接区域的焊缝面积的栓焊面积比b为0.114～0.341；加工方法用于制造出满足要求的拱肋钢管，拼接施工方法能够将相邻的拱肋钢管进行对接，确保多段拱肋钢管拼接的顺利施工；栓焊节点能够保证焊缝质量，应力分布均衡，提高栓焊节点连接的稳定性，满足节点的结构承载力要求，提供足够的结构强度。提供足够的结构强度。提供足够的结构强度。

【技术实现步骤摘要】
大跨度钢管混凝土拱肋栓焊节点及加工、拼接施工方法


[0001]本专利技术涉及超大跨径拱桥施工
，特别涉及大跨度钢管混凝土拱肋栓焊节点及拼接施工方法。

技术介绍

[0002]目前，在普通的钢管混凝土拱桥施工中，需要将拱肋钢管节点搭接，拱肋连接方式一般为焊缝连接，具体方式为拱肋钢管用外法兰盘栓接固定后，焊接其余部分，然后切割外法兰盘，最后再焊接原法兰盘的部分，切割外法兰盘会导致应力重分布，会导致拱桥受力稳定性出现问题，切割再焊接等步骤也会导致工期加长，其操作的空间范围较大，其内部注入混凝土。而对于超大跨径拱桥施工，现有的焊接方式难以满足施工的要求，如对于跨度600m的特大跨钢管混凝土拱桥，使用的钢管直径为900mm，直径较大，钢管的拱段长度为18～26m，跨度较大，这种大尺寸的钢管在高空对接的难度大。对于这种钢管的对接，现有焊接方式的施工不方便，由于施工需要较大的操作空间，高空作业较为困难，现有的焊接方式在节点处达不到较好的结构强度，对接的施工效果较差，远远不能解决对接质量的问题。
[0003]随着拱桥跨度和施工海拔高度的增加，拱肋钢管管径增加，钢管重量增大，昼夜温差大，引起钢管体积变化也大，而超大钢管混凝土拱桥，由于超大钢管本身的重量和内注混凝土的要求，达到符合要求的施工效果和质量较为困难，这导致拱肋钢管节点焊缝连接难以一次性完成，而多段分批次焊接会增加施工难度，容易造成节点应力分布不均、应力重分布和焊缝质量不均的问题，不能满足在高海拔山区的施工安全性及经济性要求。
[0004]而栓接节点在超大跨径拱桥设计中难以满足桥梁承载力的需求，在拱肋混凝土浇筑过程中，随着混凝土用量的增加，螺栓受力增加，易发生剪切破坏。现有技术难以满足超大跨径钢管混凝土拱桥。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供大跨度钢管混凝土拱肋栓焊节点及拼接施工方法，解决了焊缝长度过长和切割外法兰盘导致的节点焊缝质量不均匀和应力重分布问题，提高栓焊节点连接的稳定性，能够满足节点的结构承载力要求，为相邻拱肋钢管的连接提供足够的结构强度，省去切割工序，外法兰处不再进行焊接，焊接区域少，节省工期及材料。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0007]大跨度钢管混凝土拱肋栓焊节点，其特征在于，包括设置在相邻两个拱肋钢管对接端的固定接头和焊接区域，固定接头和焊接区域相互间隔地设置于对接端的外缘一周，固定接头通过栓接件连接，相邻两个拱肋钢管的焊接区域位置对应且焊接，固定接头和焊接区域所占的对接端面栓焊弧长比a为0.5～2.0，栓接件受力截面面积和焊接区域的焊缝面积的栓焊面积比b为0.114～0.341。
[0008]超大跨径拱桥是指跨度至少为四百多米的拱桥，超大跨径拱桥的施工，使用大尺
寸的钢管，直径在900mm以上，跨度在18m以上，这种钢管具有较大的重量，这种钢管在高海拔施工较为困难，而本专利技术的栓焊节点是特殊设计的，固定接头和焊接区域的具体栓焊弧长比和栓焊面积比，是有一定要求的，需要用栓焊弧长比和栓焊面积比来划定范围，需要将固定接头和焊接区域的比例保持在a比值范围内，将栓接件受力面积和焊缝面积的比例保持在b比值范围内，这样特殊的参数设计，并不能通过现有的栓接和焊接方式得到，也不能简单组合得到。
[0009]由于超大跨径拱桥的施工环境在高海拔，昼夜温差、风速、钢管尺寸和重量等因素都会严重影响施工，在难以顺利施工和难以保证节点质量的情况下，间隔地设置固定接头和焊接区域不易想到，更难设置符合参数a和参数b范围的栓焊节点，若只是简单组合，尽管有助于施工，但是承重、焊缝质量和结构强度各方面，远不能达到节点质量的要求；如果比值a较小，那么施工过程中栓焊节点难以承受结构自重，同时会导致焊接面积增大，会导致焊缝质量不均匀、节点区域应力重分布过大，如果比值a较大，也会导致栓焊节点处的结构承载力下降，不满足工程实际需求；如果比值b较小，那么难以保证施工过程中的对接稳定，对接施工容易断开，如果比值b较大，那么增大了对接施工难度，而且容易发生应力重分布过大现象。
[0010]而本专利技术的拱肋钢管，每个固定接头和每段焊接区域所占的长度都在固定的范围内，栓接件受力面积和焊缝面积也在一定比例范围内，这样既能确保受力均衡和实现较高结构强度，也能在一定长度进行焊缝施工，焊接区域所占的长度都不会太短，确保了一定的结构强度，焊缝长度保证焊接连贯，焊缝质量能够达到一级焊缝要求，每条焊缝采用一级焊缝，其焊接区域进行焊接的宽度和厚度都有一定要求，符合国家标准，焊接后上述焊缝面积上受到相邻两个拱肋钢管的应力，解决了焊缝长度过长导致的焊缝质量不均匀和节点区域应力重分布过大的问题，能够承受钢管自身重量和内部混凝土重量，栓接件也受到相邻两个拱肋钢管的应力，能够满足节点的结构承载力要求，为相邻拱肋钢管的连接提供足够的结构强度，提高栓焊节点连接的稳定性，同时固定接头顶紧对接和焊缝严密的栓焊节点，保持了拱肋钢管的气密性。
[0011]在本专利技术较佳的实施例中，上述固定接头包括相互匹配的第一对接件和第二对接件，第一对接件沿着拱肋钢管对接端的外缘一周间隔设置，第二对接件沿着相邻拱肋钢管对接端的外缘一周间隔设置；通过第一对接件和第二对接件匹配连接而将相邻两个拱肋钢管对接，形成拱肋钢管的栓接节点，为栓焊节点提供部分连接。
[0012]在本专利技术较佳的实施例中，上述第一对接件和第二对接件分别设置有位置相对的栓接孔，栓接件穿过栓接孔将第一对接件和第二对接件顶紧连接；通过栓接件进行连接，能够将相邻拱肋钢管进行初步固定，经过初拧、复拧和终拧，分三次对栓接件施加预应力，分别将栓接件拧转到设计的不同扭矩值，方便施工，提高了栓接的抗拉性能。
[0013]在本专利技术较佳的实施例中，上述第一对接件和第二对接件分别具有位置相对面，位置相对面用于将相邻两个拱肋钢管的对接端顶紧；进一步地，位置相对面为光面，这样第一对接件和第二对接件对接时，不会产生缝隙，第一对接件和第二对接件紧密贴合，提高了拱肋钢管栓焊节点的气密性。
[0014]在本专利技术较佳的实施例中，上述固定接头还包括连接在拱肋钢管对接端外缘的加劲板，多个加劲板间隔地连接至第一对接件或第二对接件，用于对第一对接件或第二对接
件支撑；通过加劲板增强第一对接件、第二对接件和拱肋钢管的连接牢固程度，增加固定接头的结构强度。
[0015]在本专利技术较佳的实施例中，上述固定接头还包括垫圈，栓接件与第一对接件或第二对接件之间设置有垫圈；增大栓接件与第一对接件、第二对接件之间的接触面积，分散压力，保护固定接头的表面不受栓接件擦伤，提高连接的稳定性。
[0016]大跨度钢管混凝土拱肋栓焊节点的加工方法，采用权利要求1
‑
6任一的大跨度钢管混凝土拱肋栓焊节点，其特征在于，包括以下步骤：
[0017]S1、根据拱肋钢管的承载力设计值，选择满足承载力要求的比值参数a和b；
[0018]S2、结合拱肋钢管尺寸确定具体的固定接头的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.大跨度钢管混凝土拱肋栓焊节点，其特征在于，包括设置在相邻两个拱肋钢管对接端的固定接头和焊接区域，所述固定接头和所述焊接区域相互间隔地设置于所述对接端的外缘一周，所述固定接头通过栓接件连接，相邻两个拱肋钢管的所述焊接区域位置对应且焊接，所述固定接头和所述焊接区域所占的对接端面栓焊弧长之比a为0.5～2.0，所述栓接件受力截面面积和所述焊接区域的焊缝面积之比b为0.114～0.341。2.根据权利要求1所述的大跨度钢管混凝土拱肋栓焊节点，其特征在于，所述固定接头包括相互匹配的第一对接件和第二对接件，所述第一对接件沿着拱肋钢管对接端的外缘一周间隔设置，所述第二对接件沿着相邻拱肋钢管对接端的外缘一周间隔设置。3.根据权利要求2所述的大跨度钢管混凝土拱肋栓焊节点，其特征在于，所述第一对接件和第二对接件分别设置有位置相对的栓接孔，所述栓接件穿过栓接孔将第一对接件和第二对接件顶紧连接。4.根据权利要求3所述的大跨度钢管混凝土拱肋栓焊节点，其特征在于，所述第一对接件和第二对接件分别具有位置相对面，所述位置相对面用于将相邻两个拱肋钢管的对接端顶紧。5.根据权利要求2所述的大跨度钢管混凝土拱肋栓焊节点，其特征在于，所述固定接头还包括连接在拱肋钢管对接端外缘的加劲板，多个所述加劲板间隔地连接至第一对接件或第二对接件，用于对第一对接件或第二对接件支撑。6.根据权利要求1所述的大跨度钢管混凝土拱肋栓焊节点，其特征在于，所述固定接头还包括垫圈，所述栓接件与第一对接件或第二对接件之间设置有垫圈。7.大跨度钢管混凝土拱肋栓焊节点的加工方法，采用权利要求1<...

【专利技术属性】
技术研发人员：于鹏，郑皆连，常岩军，于思柳，肖权，云惟经，何发青，郭晓，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：