本實用新型涉及到水下建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，更加具體來說是一種深水下大跨度鋼-混凝土疊合結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

三峽工程蓄水后，重慶涪陵的白鶴梁題刻長年淹沒于水下10-40m(水面以下10米到40米之間為深水層)。2001年2月，確定對白鶴梁題刻采用原址水下保護方案，即在題刻上興建一座保護罩，將文物題刻與外界環(huán)境隔離，進而實現(xiàn)保護目的。深水下的罩體結(jié)構(gòu)既要確保國家一級文物——白鶴梁題刻的安全，又要滿足文物原環(huán)境展示的效果，并在承受巨大的水壓力、水浮力、水流沖擊等復(fù)雜荷載條件下，結(jié)構(gòu)本身還要做到不影響航道行船，不影響河道行洪，以及降低泥沙淤積帶來的不利影響。因此，對罩體結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了近乎苛刻的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服上述背景技術(shù)的不足之處，而提出一種深水下大跨度鋼-混凝土疊合結(jié)構(gòu)。

本實用新型的目的是通過如下技術(shù)方案實施的：一種深水下大跨度鋼-混凝土疊合結(jié)構(gòu)，它位于水面以下，在混凝土澆筑的呈橢圓型水下圍擋的上蓋有相匹配的罩頂，所述的罩頂與上方的拱殼混凝土澆筑成一個整體并形成水下保護罩體；所述的罩頂下邊緣與所述的水下圍擋連接處采用圓弧過渡。

在上述技術(shù)方案中：所述的罩頂呈橢圓形并內(nèi)部設(shè)置有鋼桁梁，所述的鋼桁梁包括1厘米厚度的復(fù)合鋼板、工字鋼梁、加勁板、下支撐槽鋼和上支撐角鋼；兩個相鄰的所述的工字鋼梁之間設(shè)置有復(fù)合鋼板，在所述的工字鋼梁下翼緣焊接有下支撐槽鋼，在所述的工字鋼梁上翼緣焊接有上支撐角鋼，在所述的工字鋼梁腹板上焊接有加勁板。

在上述技術(shù)方案中：所述的水下圍擋的高度為4米-7.5米，所述的水下圍擋的墻厚為3米-4.5米。

在上述技術(shù)方案中：所述的罩頂頂板上緣的長軸為70米，短軸為23米；所述的罩頂下緣的長軸為64米，短軸為16米。

在上述技術(shù)方案中：所述的水下圍擋與所述的水下保護罩體澆筑成一個封閉結(jié)構(gòu)，且內(nèi)外水壓差為小于1米。

在上述技術(shù)方案中：所述的拱殼混凝土為一段漸變厚的混凝土澆筑而成，厚度為0.8-1.3米之間。

在上述技術(shù)方案中：所述的罩頂與水下圍擋之間設(shè)置有鋼桁架埋件；沿所述的罩頂?shù)亩梯S方向，一側(cè)所述的鋼桁架埋件與水平線之間的夾角為45度，另一側(cè)與水平線之間的夾角為25度。

本實用新型具有如下技術(shù)優(yōu)點：1、因罩體內(nèi)外水壓基本平衡，罩頂結(jié)構(gòu)高度大大降低，本疊合結(jié)構(gòu)外形簡單、便于施工，所占據(jù)的河道過流面積較小，不會影響該河段行洪；在三峽水庫低水位運行條件下，不影響長江航道的通航。

2、圍體和罩頂?shù)倪B接處采用圓弧過渡，減少連接部的應(yīng)力集中。

3、鋼桁架采用鋼板、工字鋼梁組合結(jié)構(gòu)，有效提高罩頂?shù)陌踩€(wěn)定性，明顯改善受力狀況，工字鋼梁可以顯著降低下部拉應(yīng)力集中區(qū)的最大拉應(yīng)力值，加上支撐的協(xié)同作用，白鶴梁題刻的原址保護有了極大的安全保證。

4、鋼桁架既作為永久結(jié)構(gòu)，又作為上部混凝土澆筑的底部模板，整體性高，施工簡便，罩頂結(jié)構(gòu)完工后，可作為施工期間的吊裝支架，減小工期，節(jié)約投資。

附圖說明

圖1為水下罩頂平面構(gòu)造圖。

圖2為本實用新型專利的大跨度鋼-混凝土疊合結(jié)構(gòu)剖面圖。

圖3為本實用新型專利的罩頂?shù)幕締卧Y(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本實用新型專利的罩頂?shù)闹闻c工字鋼主梁連接大樣圖。

圖中：水下圍擋1、罩頂2、鋼桁梁2.1、復(fù)合鋼板2.1.1、工字鋼梁2.1.2、加勁板2.1.3、下支撐槽鋼2.1.4、上支撐角鋼2.1.5、拱殼混凝土3、水下保護罩體4、鋼桁架埋件5。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實用新型的實施情況，但它們并不構(gòu)成對本實用新型的限定，僅作舉例而已，同時通過說明本實用新型的優(yōu)點將變得更加清楚和容易理解。

在高流速、復(fù)雜流態(tài)的深水環(huán)境下，罩頂2首先采用了橢圓形的外形，以順應(yīng)水流作用，減小結(jié)構(gòu)尺寸；水下保護罩體4內(nèi)充滿過濾后的清水，并通過自動調(diào)壓系統(tǒng)與長江連通，保持水下保護罩體4內(nèi)水壓與外部的江水壓力平衡，水下保護罩體4結(jié)構(gòu)不再承受巨大的水頭壓力，只承受自重荷載、水庫風(fēng)浪力、浮力及淤積泥沙作用于外側(cè)的壓力。

水下保護罩體4由拱殼混凝土3和罩頂2組成，水下保護罩體4采用鋼-混凝土疊合結(jié)構(gòu)，由于水下保護罩體4內(nèi)外處于平壓的工作狀態(tài)，疊合結(jié)構(gòu)高度大大減小，所占據(jù)的河道過流面積較小，不會影響該河段行洪，在三峽水庫低水位運行條件下，也不影響長江航道的通航，解決了一系列世界性難題。

罩頂2呈橢圓形，內(nèi)徑長軸L2為64m、短軸D2為16m，外徑長軸L1為70m，短軸D1為23m，以水下圍擋1為支撐，形成全封閉式水下結(jié)構(gòu)。罩頂2采用鋼桁架2.1與拱殼混凝土3疊合澆筑形成整體，成為水下文物保護展示的關(guān)鍵性結(jié)構(gòu)。

水下保護罩體4位于深水下，水位變幅10-40m；凈跨度達16-64m，受力復(fù)雜，控制水下保護罩體4內(nèi)外水壓差小于1米，主要承受自重、水庫風(fēng)浪力、浮力、淤積泥沙作用于外側(cè)的壓力及意外撞擊力，同時罩頂還要作為吊裝和運輸?shù)某兄刂Ъ堋?/p>

參照圖1-4所示：本實用新型一種深水下大跨度鋼-混凝土疊合結(jié)構(gòu)，它位于水面以下，在混凝土澆筑的呈橢圓型水下圍擋1的上蓋有相匹配的罩頂2，所述的罩頂2與上方的拱殼混凝土3澆筑成一個整體并形成水下保護罩體4；所述的罩頂2下邊緣與所述的水下圍擋1連接處采用圓弧過渡。

所述的罩頂2呈橢圓形并內(nèi)部設(shè)置有鋼桁梁2.1，所述的鋼桁梁2.1包括1厘米厚度的復(fù)合鋼板2.1.1、工字鋼梁2.1.2、加勁板2.1.3、下支撐槽鋼2.1.4和上支撐角鋼2.1.5；兩個相鄰的所述的工字鋼梁2.1.2之間設(shè)置有復(fù)合鋼板2.1.1，在所述的工字鋼梁2.1.2下翼緣焊接有下支撐槽鋼2.1.4，在所述的工字鋼梁2.1.2上翼緣焊接有上支撐角鋼2.1.5，在所述的工字鋼梁2.1.2上焊接有加勁板2.1.3。

所述的水下圍擋1的高度為4米-7.5米，所述的水下圍擋1的墻厚為3米-4.5米。

所述的罩頂2頂板上緣的長軸為70米，短軸為23米(即所述的罩頂2的外徑的直徑長度和垂直于外徑的直徑的長度；所述的罩頂2下緣的長軸為64米，短軸為16米(即所述的罩頂2的內(nèi)徑的直徑的長度和垂直于內(nèi)徑的直徑的長度，因為所述的罩頂有一定的厚度)。

所述的水下圍擋1與所述的水下保護罩體4澆筑成一個封閉結(jié)構(gòu)，且內(nèi)外水壓差為小于1米。

所述的拱殼混凝土3為一段漸變厚的混凝土澆筑而成；混凝土采用C30規(guī)格的。所述的拱殼混凝土3的厚度為0.8-1.3米之間。

所述的罩頂2與水下圍擋1之間設(shè)置有鋼桁架埋件5；所述的鋼桁架埋件預(yù)埋在所述的水下圍擋1中，另一端與所述的罩頂2內(nèi)的鋼桁架2.1焊接在一起；

沿所述的罩頂2的短軸方向，一側(cè)所述的鋼桁架埋件5與水平線之間的夾角為45度(圖中的a)，另一側(cè)與水平線之間的夾角為25度(圖中的b)。

使用時，水下保護罩體結(jié)構(gòu)4承受內(nèi)外小于1m的水壓差、水庫風(fēng)浪力、浮力、淤積泥沙作用于外側(cè)的壓力及意外撞擊力，同時水下保護罩體結(jié)構(gòu)4作為吊裝和運輸?shù)某兄刂Ъ?。通過三維非線性有限元數(shù)值分析研究，采用兩種模型(A、B)對水下保護罩體結(jié)構(gòu)4進行建模計算。

模型A：整體結(jié)構(gòu)模型(將工字鋼梁2.1.2的作用作為強度儲備，0.01m鋼模板作為整體結(jié)構(gòu)的一部分)；

模型B：考慮工字鋼梁2.1.2作用的局部結(jié)構(gòu)計算模型。

主要計算指標(biāo)如下：

1、模型A在水下保護罩體結(jié)構(gòu)4正常運行后，有三處拉應(yīng)力集中區(qū)，但拉應(yīng)力都小于C30混凝土的抗拉強度設(shè)計值；底部有局部拉應(yīng)力超限，但考慮鋼桁架2.1的協(xié)同作用，也可滿足承載要求，結(jié)構(gòu)從整體上是安全的。

2、模型A，考慮到工字鋼梁2.1.2和下支撐槽鋼2.1.4的協(xié)同作用后，水下保護罩體結(jié)構(gòu)4還有一定的結(jié)構(gòu)安全裕度，對于水下文物長時期的保護運行是極大的安全保證。

3、模型B，水下保護罩體結(jié)構(gòu)4中下部出現(xiàn)最大拉應(yīng)力集中區(qū)(0.78MPa左右)，可由等效鋼板承擔(dān)，表明工字鋼梁2.1.2可以顯著降低殼體中下部拉應(yīng)力集中區(qū)的最大拉應(yīng)力值。

4、模型B，罩頂2作為施工期間的吊裝荷載承重支架，在考慮極端的集中荷載達到5噸時，工字鋼模板承受的拉應(yīng)力的最大值是1.95MPa左右，最大壓應(yīng)力值是8.8MPa左右，仍然不會對工字鋼模板的安全穩(wěn)定帶來危險，同時，混凝土承受的拉應(yīng)力的最大值是0.34MPa左右，最大壓應(yīng)力值是1.56MPa左右，也都在安全范圍內(nèi)。

5、模型B，考慮經(jīng)過長時期的運行，鋼模板的銹蝕量是5mm,在此工況下，工字鋼模板承受的拉應(yīng)力的最大值是6.1MPa左右，最大壓應(yīng)力值是21.9MPa左右，不會對工字鋼模板的安全穩(wěn)定帶來危險；同時混凝土承受的拉應(yīng)力的最大值是1.28MPa左右，最大壓應(yīng)力值是3.5MPa，混凝土的受力范圍在安全范圍內(nèi)。

上述未詳細(xì)說明的部分均為現(xiàn)有技術(shù)。