一種現(xiàn)代拱式竹質(zhì)橋梁及其施工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于現(xiàn)代人行、景觀和裝配式竹質(zhì)拱式橋梁及其施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]重組竹又稱重竹，是一種將竹材重新組織并加以強(qiáng)化成型的一種竹質(zhì)新材料，具體是指將竹片或竹條(原竹)碾壓疏松后，經(jīng)施膠、順紋組坯、加壓膠合而成的型材。具有密度小、強(qiáng)度大、韌性好、抗震性能好等優(yōu)點。在當(dāng)今國際社會“可持續(xù)發(fā)展”的重大主題背景下，“重組竹”成為了一種代替鋼材和混凝土等高污染、高能耗材料的現(xiàn)代、新型綠色建材。我國竹材資源十分豐富，素有“第二森林”美稱，是世界上主要的產(chǎn)竹國。
[0003]拱橋是指以拱作為主要承重結(jié)構(gòu)的橋梁，由于其橋梁主體結(jié)構(gòu)為拱形，故整體承重能力較好，使用壽命較長，在廣大農(nóng)村以及景區(qū)等地方，常常使用拱橋的橋梁形式。當(dāng)前世界上現(xiàn)有的中、小跨徑的拱橋，其主要承載結(jié)構(gòu)(上部結(jié)構(gòu))按材料分為四種:鋼筋混凝土、鋼材、圬工砌石和木材，無論采用何種材料，在橋梁應(yīng)用中都存在一定的局限性:
(1)鋼筋混凝土橋梁自重大，施工養(yǎng)護(hù)時間較長，耐久性較差；
(2)鋼橋，其造價尚，易腐蝕，后期養(yǎng)護(hù)成本尚；
(3)圬工橋梁，其高強(qiáng)條石缺乏，開采破壞生態(tài)環(huán)境，導(dǎo)致成本高，受洪水影響較大；
(4)木橋，其木材生長周期長，易腐朽和蟲蛀，并且伐木與環(huán)保相悖；
(5)混凝土和鋼材是高能耗、高污染的工業(yè)產(chǎn)品，且不能循環(huán)利用、不環(huán)保。
[0004]隨著可持續(xù)發(fā)展觀念深入人心，選用低碳、環(huán)保、可持續(xù)且滿足使用功能要求“綠色建材”是眾望所歸。故申請人考慮到采用重組竹為主要材料制得拱橋，則可以規(guī)避上述局限性，得到低碳，環(huán)保，方便施工，成本低廉的竹質(zhì)拱橋。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:如何提供一種制作工藝簡單，成本低，結(jié)構(gòu)構(gòu)件工廠化及標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化程度高，修建時間短，同時結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，剛度大，延性好，抗震性能好的現(xiàn)代拱式竹質(zhì)橋梁及其施工方法，使其得到的拱橋具有綠色、低碳、環(huán)保的特點，滿足橋梁結(jié)構(gòu)正常使用和耐久性的需要。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案:
一種現(xiàn)代拱式竹質(zhì)橋梁，其特征在于，包括
竹拱肋，所述竹拱肋為并列間隔設(shè)置的2榀且整體呈豎向板狀，每榀竹拱肋包括包括一個整體呈弧形環(huán)段形狀的竹拱肋主體和兩個整體呈三角形并分別拼接設(shè)置于竹拱肋主體兩端位置上部的護(hù)拱，使得竹拱肋上表面中部位置呈弧形面且兩端位置呈斜平面，所述竹拱肋主體和護(hù)拱各自均由多塊重組竹材料的竹板采用槽鋼和螺栓連接而成，每相鄰兩塊竹板之間靠一對槽鋼包住兩個側(cè)表面和上下表面后由數(shù)對螺栓橫向貫穿槽鋼實現(xiàn)連接；竹系梁，所述竹系梁整體為采用重組竹材料制得的矩形板狀結(jié)構(gòu)，竹系梁具有數(shù)道且間隔地橫向連接設(shè)置于2榀竹拱肋之間，竹系梁豎向設(shè)置且兩端的兩側(cè)各自和一對竹系梁固定用角鋼的一個面板背面貼合后采用竹系梁固定用螺栓水平貫穿固定連接，每對竹系梁固定用角鋼的另一個面板背面和竹系梁端頭相鄰處的竹拱肋內(nèi)側(cè)表面貼合，竹系梁端頭相鄰處的竹拱肋外側(cè)表面貼合設(shè)置有一個鋼板且靠角鋼固定用螺栓水平穿過鋼板和竹系梁固定用角鋼連接固定，所述竹系梁固定用角鋼位于竹拱肋一側(cè)的面板表面還與一個剪刀撐固定用角鋼的一側(cè)面板貼合并靠所述角鋼固定用螺栓固定，所述剪刀撐固定用角鋼另一側(cè)面板水平位于下方并用于固定剪刀撐；竹系梁和竹拱肋固定連接形成橋梁骨架；
剪刀撐，所述剪刀撐為兩根重組竹材料制得的竹桿中部交叉固定連接構(gòu)成X形，剪刀撐為上下并列設(shè)置的多對且連接安裝在每相鄰的兩個竹系梁之間，剪刀撐四角端部貼合在所述剪刀撐固定用角鋼的水平設(shè)置的面板上并靠豎向設(shè)置的剪刀撐固定用螺栓連接固定;
竹面板，所述竹面板為由重組竹材料制得矩形板狀結(jié)構(gòu)，竹面板為多塊且并列地橫向鋪接在2榀竹拱肋上表面并靠鋼釘固定連接；
鋼靴，鋼靴數(shù)量為兩對，鋼靴為鋼板制得的矩形筒狀結(jié)構(gòu)，其下端為封閉端且預(yù)埋在橋臺拱座上，上端為開放端且上端相對傾斜設(shè)置，鋼靴上端部內(nèi)腔形狀和竹拱肋兩端形狀匹配，所述竹拱肋兩端插入并固定到鋼靴上端部內(nèi)腔中。
[0007]本發(fā)明中，主要構(gòu)件均采用重組竹材料制得，具有綠色、低碳、環(huán)保的特點。具體地說，全橋竹拱肋、竹系梁、X型竹剪刀撐、竹面板均采用重組竹材，在加工廠進(jìn)行結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化和工廠化預(yù)制生產(chǎn)，繼而運(yùn)至橋位現(xiàn)場，通過橋臺鋼靴與竹拱肋連接，并形成橋梁骨架，然后再安裝竹系梁、X型竹剪刀撐，形成橋梁空間結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)了橫向剛度和整體穩(wěn)定性，最后鋪裝竹面板；工序簡單且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。竹拱肋(含護(hù)拱)分為3段，全橋設(shè)置2榀竹拱肋，結(jié)頭位置應(yīng)避開拱頂和竹系梁處，使結(jié)構(gòu)受力良好，避免應(yīng)力集中導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，拱肋結(jié)頭通過槽鋼和螺栓連接；全橋可以優(yōu)選設(shè)置7道竹系梁，6道上下分層的X型竹剪刀撐，其與竹拱肋連接通過鋼板、角鋼和螺栓連接；全橋竹面板整體形成有坡度，采用小型規(guī)格型材，通過鋼釘使橋面板與竹拱肋連接穩(wěn)固；全橋竹拱肋與橋臺通過鋼靴連接，鋼靴在橋臺施工時預(yù)埋，并精度定位，同時竹肋可以插入橋臺5cm，竹肋與鋼靴涂有環(huán)氧膠，以保證支撐強(qiáng)度。
[0008]優(yōu)選的是，所述的鋼靴為1mm厚鋼板焊接而成，改善了拱腳受力；所述的重組竹經(jīng)過防霉、防腐和防蛀處理，耐久性強(qiáng)；所述連接件由槽鋼、角鋼、鋼板組成，并通過螺栓連接，構(gòu)造簡單，使用方便，裝配化程度高；所述的拱式竹橋集合了拱橋和竹材的共同優(yōu)點，受力良好。
[0009]作為優(yōu)化，所述鋼靴兩側(cè)和底部外表面各垂直向外延伸焊接有一組鋼筋，鋼筋和預(yù)設(shè)在橋臺拱座內(nèi)的鋼筋網(wǎng)捆綁焊接固定并現(xiàn)澆到橋臺拱座中。這樣，更好地提高鋼靴連接強(qiáng)度。
[0010]作為優(yōu)化，所述鋼靴內(nèi)腔深度大于5cm。這樣，保證鋼靴和竹拱肋之間連接強(qiáng)度和支撐穩(wěn)定性。
[0011]本發(fā)明還公開了一種如上所述的現(xiàn)代拱式竹質(zhì)橋梁的施工方法，其特征在于，包括以下步驟:
(I)在竹質(zhì)加工廠按照圖紙將竹拱肋、竹系梁、剪刀撐和竹面板預(yù)制好，同時按照圖紙，獲取足夠數(shù)量的槽鋼、角鋼、螺栓和鋼釘；同時按照圖紙預(yù)制好鋼靴，并在鋼靴兩側(cè)和底部外表面各垂直焊接固定一組鋼筋；
(2)在工廠進(jìn)行拱式竹橋的預(yù)拼裝，此時的預(yù)拼裝需要完成竹拱肋、竹系梁、剪刀撐上連接位置的精確打孔，保證拱式線型能夠滿足圖紙要求，經(jīng)確認(rèn)無誤后，對其拆卸，并運(yùn)至橋位現(xiàn)場，拆卸時2榀竹拱肋拆分為多段即可；
(3)預(yù)先在現(xiàn)場確定好橋臺位置并澆筑好一對拱座，每個拱座上表面預(yù)設(shè)好兩個鋼靴安裝缺口，鋼靴安裝缺口表面露出有預(yù)澆到拱座內(nèi)部的鋼筋網(wǎng)，將鋼靴安裝到鋼靴安裝缺口內(nèi)，將鋼靴外部的鋼筋捆綁焊接固定到缺口內(nèi)的鋼筋網(wǎng)上并按照要求精確調(diào)整定位好鋼靴的空間位置；
(4)橋身主體周圍搭設(shè)滿堂支架，在施工場地對2榀竹拱肋各段選用槽鋼和螺栓完成連接，再選用吊車完成對竹拱肋的安裝，使得竹拱肋兩端插入到對應(yīng)鋼靴內(nèi)到底，同時調(diào)整支架高度，對竹拱肋進(jìn)行線型調(diào)整，使得竹拱肋位置精確后在拱座缺口內(nèi)澆筑混凝土，完成整個橋臺的混凝土澆筑并實現(xiàn)對鋼靴下端的最終固定；
(5)待2榀竹拱肋安裝固定后，分別通過鋼板角鋼和螺栓完成對竹系梁以及剪刀撐的安裝；
(6)拱式竹橋形成空間結(jié)構(gòu)后，對鋼靴與竹拱肋之間的縫隙采用環(huán)氧膠填充密實；
(7)然后將竹面板鋪設(shè)在竹拱肋上并通過鋼釘連接穩(wěn)固，橋面貫通；最后拆除滿堂支架。
[0012]本發(fā)明優(yōu)點顯著，具有以下有益的效果:
(I)本發(fā)明的重組竹拱式橋梁，能夠?qū)崿F(xiàn)凈跨徑20m，矢跨比1/10，在荷載組合下(考慮恒載、人群及溫度)，截面的最大壓應(yīng)力值(拱腳處)為5.71 Mpa，小于重組竹材抗壓強(qiáng)度25Mpa，且各關(guān)鍵截面應(yīng)力值均小于容許應(yīng)力值；人群荷載作用下拱橋的撓度最大值為
2.33mm < L/800=25.36mm ;橋梁結(jié)構(gòu)自振頻率(基頻)為8.50Hz > 3Hz ;以上各項指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。
[0013](2)本發(fā)明采用的鋼靴能夠有效改善竹肋拱腳和橋臺間的傳力，同時加強(qiáng)了拱腳處受力性能；鋼靴四周通過焊接鋼筋，形成靴須，使其與混凝土連接穩(wěn)固，分散傳遞的力；該鋼靴使支撐更加穩(wěn)定可靠和長久，同時因主拱圈與橋臺分離，便于后期養(yǎng)護(hù)。
[0014](3)通過設(shè)置X型竹剪刀撐，不僅提高了橋梁結(jié)構(gòu)的橫向剛度，而且加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。
[0015](4)竹質(zhì)構(gòu)件的連接通過鋼板、角鋼、槽鋼和螺栓連接，提供了一種剛性連接，保證了結(jié)構(gòu)足夠的剛度。
[0016](5)本橋主要材料為重組竹材和鋼材，取材方便，資源豐富，制作簡單，造價低，維護(hù)費(fèi)用低，各構(gòu)件工廠標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，裝配化程度高，施工工期短。
[0017](6)本發(fā)明的現(xiàn)代拱式竹橋，所用重組竹綠色環(huán)保。竹材作為我國重要的速生、可再生森林資源之一，具有生長快，成材早，產(chǎn)量高，可以持續(xù)循環(huán)利用的特點；重組竹生產(chǎn)工藝成熟，力學(xué)性能良好，耐久性好，與高能耗、高污染的鋼材和混凝土相比，是當(dāng)之無愧的“綠色建材”。
[0018](7)本發(fā)明施工步驟簡單，施工操作快捷，制得橋梁穩(wěn)定性好，橋身精確度可以現(xiàn)場調(diào)節(jié)，保證橋身拱形精確度高。
[0019]綜上所述，本發(fā)明具有制作工藝簡單，成本低，結(jié)構(gòu)構(gòu)件工廠化及標(biāo)準(zhǔn)化好，裝配化程度高，修建時間短，同時結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，剛度大，延性好，抗震性能好的優(yōu)點，使其得到的拱橋具有綠色、低碳、環(huán)保的效果。
【附圖說明】
[0020]圖1為【具體實施方式】中本發(fā)明的現(xiàn)代拱式竹質(zhì)橋梁的結(jié)構(gòu)示意圖；為了清楚顯示結(jié)構(gòu)，附圖中采用透明的方式顯示出了位于視圖方向背面的所有的線條；
圖2為圖1所示橋梁的竹拱肋、竹系梁及剪刀撐的連接構(gòu)造示意圖；
圖3為圖1所示橋梁的拱肋結(jié)頭構(gòu)造示意圖；
圖4為圖1所示橋梁的鋼靴部分結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為圖1所示橋梁的竹拱肋與竹面板的連接構(gòu)造示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0022]如圖1-5所示，一種現(xiàn)代拱式竹質(zhì)橋梁，包括