[发明专利]大跨度钢管混凝土拱肋栓焊节点及加工、拼接施工方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及超大跨径拱桥施工技术领域，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。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容

本发明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。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

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。

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，而本发明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。