CN100402754C - 桁架桥或拱桥的加强结构 - Google Patents

Abstract

一种桁架桥或拱桥的加强结构，通过在桁架梁或拱形梁的两端建造的辅三角形结构框架和在辅三角形结构框架之间延伸的绳索之间的共同作用，一个向上方向的力作用在桁架梁或拱形梁上，从而有效地引入了载荷抵抗力。该加强结构包括：桁架梁或拱形梁；绳索，其沿所述桁架桥的纵向延伸，在位于桁架梁第一端侧的辅三角形结构框架的顶点处的连接部的附近区域和位于所述桁架梁第二端侧的所述辅三角形结构框架的相应顶点处的连接部的附近区域之间延伸；偏置元件，其适合于对所述绳索施加向下方向的力，该偏置元件插入在绳索和所述桁架梁的下桁弦之间，从而张紧所述绳索，向上方向力通过一适合于通过所述偏置元件张紧绳索的反作用力施加在所述下桁弦上。

Description

桁架桥或拱桥的加强结构

技术领域

本发明涉及可有效提高建造于河流或陆地上方的桁架桥或拱桥的载荷抵抗力的加强结构。

背景技术

作为加强桁架桥或拱桥的工作，已经知道一种方法，其中，构成桁架桥或拱桥的桁架梁或拱形梁的结构框架，更具体地说，桁架桥的上桁弦、下桁弦和斜撑元件，或拱桥的下桁弦和垂直元件，由短小的加强元件抵靠和覆盖，并且螺接在一起，这样，各结构框架的横截面增加了，从而提高了载荷抵抗力。

然而，上述加强工作需要麻烦的工作，需要很多加强板，各板都需要螺接。另外，该工作需要很长的周期，工作成本也提高了。

另外，很多螺栓头穿过结点板从结构框架的连接部延伸出来。在加强板覆盖在排除结点板的结构框架的区域的情况下，产生的问题是，在静载荷和动载荷集中的连接部难以提高载荷抵抗力。

为了避免这样的问题，需要大量工作，需要从连接部拆除很多螺栓和结点板，更换加强板，然后，重新螺接。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种桁架桥或拱桥的加强结构，其中，通过在桁架梁或拱形梁的两端建造的辅三角形结构框架和在辅三角形结构框架之间延伸的绳索之间的共同作用，一个向上方向的力作用在桁架梁或拱形梁上，从而有效地引入了载荷抵抗力。

为了达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种桁架桥的加强结构，其包括：桁架梁，其第一和第二端都设有主三角形结构框架，在主三角形结构框架的内部进一步设有辅三角形结构框架，而辅三角形结构框架的顶点在主三角形结构框架的相应边上与结构框架元件相连接；绳索，其沿桁架桥的纵向延伸，在位于桁架梁第一端侧的辅三角形结构框架的顶点处的连接部和位于桁架梁第二端侧的辅三角形结构框架的相应顶点处的连接部之间延伸；偏置元件，其适合于对绳索施加向下方向的力，该偏置元件插入在绳索和桁架梁的下桁弦之间，从而张紧绳索，向上方向力通过一适合于通过偏置元件张紧绳索的反作用力施加在下桁弦上。

根据本发明的另外一个方面，提供了一种拱桥的加强结构，其包括：拱形梁，其第一和第二端都设有主三角形结构框架或主矩形结构框架，在其内部进一步设有辅三角形结构框架，辅三角形结构框架的顶点在主三角形结构框架或主矩形结构框架的相应边上与结构框架元件相连接；绳索，其沿拱桥的纵向延伸，在位于拱形梁第一端端侧的辅三角形结构框架的顶点处的连接部和位于拱形梁第二端侧的辅三角形结构框架的相应顶点处的连接部之间延伸；偏置元件，其适合于对绳索施加向下方向的力，该偏置元件插入在绳索和拱形梁的下桁弦之间，从而张紧绳索，向上方向力通过一适合于通过偏置元件张紧绳索的反作用力施加在下桁弦上。

特别是，偏置元件可由通过控制伸/缩量控制向下方向力的千斤顶构成。

附图说明

图1示出了桁架梁加强结构的侧视图；

图2A是如图1所示的加强结构的放大侧视图，图2B是绳索锚定部分的放大侧视图；

图3示出了桁架梁加强结构的另外一个实施例的侧视图；

图4是如图3所示的加强结构的放大侧视图；

图5示出了桁架梁加强结构的侧视图，该桁架梁具有这样的结构，其桥面板置于桁架梁上；

图6是沿桥的宽度方向看的横截面图，示出了具有如图1至4所示的桁架梁中的偏置元件的一部分；

图7是示出如图1和2所示的加强结构各部中轴向力的侧视图；

图8是拱形梁的加强结构的侧视图；

图9是拱形梁的加强结构的另外一个实施例的侧视图；

图10是拱形梁的加强结构的另外一个实施例的侧视图；

图11A和11B是示出构成偏置元件的千斤顶的操作状态的横截面图；

图12是示出本发明的比较例的桁架桥的加强结构的侧视图；和

图13是示出上述另外一个比较例的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图1至11对根据本发明的桁架桥或拱桥的加强结构的实施例进行说明。

如图1至7所示，桁架桥是具有两个桁架梁2的桥，每个桁架梁2建造在桥面板1的道路宽度方向的一侧。桁架梁2具有这样的结构，其中，下桁弦3和上桁弦4通过数个以折线方式插入其中的斜撑元件5连接在一起，因此，从桁架梁2的一端至另外一端形成了数个主三角形框架6。

另外一方面，如图8至10所示，拱桥是具有两个拱形梁7的桥，每个拱形梁建造在桥面板1的道路宽度方向的一侧。拱桥具有这样的结构，其中，下弦3和拱形元件4’通过数个以平行关系插入其中的垂直元件8连接在一起，因此，在两个主三角形结构框架5之间形成了数个矩形结构框架6’，每个主三角形结构框架5形成在拱桥的一端。

桁架梁2、拱形梁7和其它垂直梁22的两端经过支承件25以悬置方式支承在桥墩24上。

下面首先说明桁架桥的加强结构。附图1至4示出了一个实施例，其中，桁架梁2这样设置，使上桁弦4位于桥面板1的上方，图5示出了一种桁架桥，其中，桥面板1设置在桁架梁2上。下面的说明对两个桁架梁是相同的。

如图1至7所示，桁架梁2的第一和第二端都设有主三角形结构框架6，在主三角形结构框架6的内部进一步设有辅三角形结构框架9，而辅三角形结构框架9的顶点在主三角形结构框架6的相应边上与结构框架元件相连接。因此，各辅三角形结构框架9包括对应于三角形各顶点的连接部P1、P2和P3。

最有效的方式是，在设置于桁架桥每端的主三角形结构框架6的内侧建造辅三角形结构框架9。然而，也可以在设置于桁架桥每端的主三角形结构框架6的内侧建造主三角形结构框架6。即，辅三角形结构框架9都安装在桁架梁的第一和第二端。

主三角形结构框架6包括三个主结构框架元件6a、6b和6c。主结构框架元件6a包括下桁弦3的一部分，主结构框架元件6b和6c包括两个斜撑元件5，其适合于把主结构框架元件6a的各端部与上桁弦4相连接。主结构框架元件6a、6b和6c形成了三角形的各边。

另外一方面，辅三角形结构框架9包括三个辅结构框架元件9a、9b和9c。辅结构框架元件9a包括一斜撑元件，其连接主结构框架元件6b(一个斜撑元件5)的中部和主结构框架元件6a的中部，辅结构框架元件9b包括一斜撑元件，其连接主结构框架元件6c(另外一个斜撑元件5)的中部和主结构框架元件6a的中部。辅结构框架元件9c包括一弦杆，其连接作为斜撑元件5的主结构框架元件6b的中部和作为斜撑元件5的主结构框架元件6c的中部。

因此，辅三角形结构框架9的辅结构框架元件9a、9b通过结点板12a螺接在主结构框架元件6a的中部，辅结构框架元件9a、9c通过结点板12b螺接在主结构框架元件6b的中部，而辅结构框架元件9b、9c通过结点板12c螺接在主结构框架元件6c的中部，从而形成了连接部P1、P2和P3。

沿桥纵向延伸的绳索10在位于第一侧的辅三角形结构框架9的顶点处的连接部的附近区域和位于第二侧的辅三角形结构框架9的相应顶点处的连接部的附近区域之间延伸。用于对绳索10施加向下方向力的偏置元件11插入在绳索10和桁架梁2的下桁弦3之间，这样，由用于张紧绳索10的反作用力产生的向上方向力W1通过偏置元件11施加在下桁弦3上。

偏置元件11通过螺栓等连接至下桁弦3上，这样，偏置元件11向下延伸，其下端支撑着绳索10。

作为推荐实施例，如图1和2所示，沿桥纵向延伸的绳索10在辅三角形结构框架9对应于下桁弦3的顶点处在连接部P1、P1之间延伸，即，在第一和第二侧在对应于辅结构框架元件9a、9b的主结构框架元件6a的连接部P1、P1之间延伸。用于对绳索10施加向下方向力的偏置元件11被插入，以在绳索10和桁架梁2的下桁弦3之间张紧绳锁10，这样，向上方向力W1通过偏置元件11施加在下桁弦3上，该向上方向力W1通过下桁弦3施加在桥上，同时，通过用于张紧绳索10的反作用力把张紧力施加在连接部P1、P1。

作为另外一个推荐实施例，如图3和4所示，沿桥纵向延伸的绳索10在辅三角形结构框架9对应于主结构框架元件6c的连接部P3、P3之间延伸，即，在第一和第二侧在对应于辅结构框架元件9b、9c的主结构框架元件6c的连接部P3、P3之间延伸。用于对绳索10施加向下方向力的偏置元件11被插入，以在绳索10和桁架梁2的下桁弦3之间张紧绳锁10，这样，向上方向力W1通过偏置元件11施加在下桁弦3上，该向上方向力W1通过下桁弦3施加在桥上，同时，通过可张紧绳索10的反作用力把张紧力施加在连接部P3、P3。

类似地，在拱桥中，如图8和9所示，拱形梁7的第一和第二端都设有主三角形结构框架6，或如图10所示，设有主矩形结构框架6’，在其内部进一步设有辅三角形结构框架9。辅三角形结构框架9的顶点在主三角形结构框架6或主矩形结构框架6’的相应边上与结构框架元件相连接。因此，各辅三角形结构框架9包括对应于三角形各顶点的三个连接部P1、P2和P3。

与上述方式相同，在每个拱形梁7的第一和第二端主三角形结构框架6都包括三个主结构框架元件6a、6b和6c。主结构框架元件6a包括下桁弦3的一端部(第一或第二端部)，主结构框架元件6b包括拱形元件4’的一端部(第一或第二端部)，主结构框架元件6c在下桁弦3的一端部(第一或第二端部)包括一垂直元件8。主结构框架元件6a、6b和6c形成了三角形的各边。

另外一方面，辅三角形结构框架9包括三个辅结构框架元件9a、9b和9c。辅结构框架元件9a包括一斜撑元件，其连接主结构框架元件6b(拱形元件4’的第一或第二端部)的中部和主结构框架元件6a(下桁弦3的第一或第二端部)的中部，辅结构框架元件9b包括一斜撑元件，其连接主结构框架元件6c(垂直元件8)的中部和主结构框架元件6a(下桁弦3的第一或第二端部)的中部。辅结构框架元件9c包括一弦杆，其连接作为拱形元件4’的第一或第二端部的主结构框架元件6b的中部和作为垂直元件8的主结构框架元件6c的中部。

因此，辅三角形结构框架9的辅结构框架元件9a、9b通过结点板12a螺接在主结构框架元件6a的中部，辅结构框架元件9a、9c通过结点板12b螺接在主结构框架元件6b的中部，而辅结构框架元件9b、9c通过结点板12c螺接在主结构框架元件6c的中部，从而形成了连接部P1、P2和P3。

如图10所示，在每个拱形梁7的第一和第二端位于主三角形结构框架6、6之间的主三角形结构框架6’都包括四个主结构框架元件6a、6b、6c和6d。主结构框架元件6a包括下桁弦3的一部分，主结构框架元件6b、6c包括两个以平行关系相邻的垂直元件8。主结构框架元件6d包括拱形元件4’的一部分。主结构框架元件6a、6b、6c和6d形成了矩形的各边。

另外一方面，辅三角形结构框架9包括三个辅结构框架元件9a、9b和9c。辅结构框架元件9a包括一斜撑元件，其连接主结构框架元件6b(一个垂直元件8)的中部和主结构框架元件6a(下桁弦3的一部分)的中部，辅结构框架元件9b包括一斜撑元件，其连接主结构框架元件6c(另外一个垂直元件8)的中部和主结构框架元件6a(下桁弦3的一部分)的中部。辅结构框架元件9c包括一弦杆，其连接作为垂直元件8的主结构框架元件6b的中部和作为垂直元件8的主结构框架元件6c的中部。

因此，辅三角形结构框架9的辅结构框架元件9a、9b通过结点板12a螺接在主结构框架元件6a的中部，辅结构框架元件9a、9c通过结点板12b螺接在主结构框架元件6b的中部，而辅结构框架元件9b、9c通过结点板12c螺接在主结构框架元件6c的中部，从而形成了连接部P1、P2和P3。

在图10中，一对辅三角形结构框架9、9’都包括作为弦杆的辅结构框架元件9c，包括辅三角形框架9’的斜撑元件的辅结构框架元件9a’、9b’通过结点板12d连接至包括拱形元件4’的一部分的主结构框架6d的中部，从而形成了连接部P1、P2、P3和P4。

换句话说，包括辅结构框架元件9a、9b、9a’和9b’的平行四边形结构建造在主矩形结构框架6’的内侧。包括辅结构框架元件9c的斜撑元件沿一连接平行四边形倾斜结构框架的对顶点的直线插入，该平行四边形结构框架的各顶点连接至主结构框架元件6a、6b、6c和6d的中部。

在拱桥中，沿拱桥纵向延伸的绳索10在位于拱形梁第一侧的辅三角形结构框架9的顶点处的连接部的附近区域和位于拱形梁第二侧的辅三角形结构框架9的相应顶点处的连接部的附近区域之间延伸。适合于对绳索10施加向下方向力的偏置元件11插入在绳索10和拱形梁元件4’的下桁弦3之间，从而张紧绳索10，由适合于张紧绳索10的反作用力通过偏置元件11施加在下桁弦3上的向上方向力W1。

偏置元件11通过螺栓等连接至下桁弦3上，这样，偏置元件11向下延伸，其下端支撑着绳索10。

作为一个推荐实施例，如图8所示，沿桥纵向延伸的绳索10在辅三角形结构框架9对应于下桁弦3的顶点处的连接部P1、P1之间延伸，即，在第一和第二侧在对应于辅结构框架元件9a、9b的主结构框架元件6a的连接部P1、P1之间延伸。用于对绳索10施加向下方向力的偏置元件11被插入，以在绳索10和下桁弦3之间张紧绳锁10，这样，向上方向力W1通过偏置元件11施加在下桁弦3上，该向上方向力W1施加在下桁弦3上，同时，通过用于张紧绳索10的反作用力把张紧力施加在连接部P1、P1。

作为另外一个推荐实施例，如图9和10所示，沿桥纵向延伸的绳索10在辅三角形结构框架9对应于主结构框架元件6c的顶点的连接部P3、P3之间延伸，即，在第一和第二侧在对应于辅结构框架元件9b、9c的主结构框架元件6c的连接部P3、P3之间延伸。用于对绳索10施加向下方向力的偏置元件11被插入，以在绳索10和下桁弦3之间张紧绳锁10，这样，向上方向力W1通过偏置元件11施加在下桁弦3上，该向上方向力W1通过下桁弦3施加在桥上，同时，通过可张紧绳索10的反作用力把张紧力施加在连接部P3、P3。

偏置元件11的数目根据桁架桥或拱桥的支撑间隔长度设定。此时，桁架桥或拱桥的绳索10在第一端在连接部P1和偏置元件11之间倾斜地延伸，在第二端在连接部P1和偏置元件11之间倾斜地延伸，而在偏置元件11之间水平地延伸。

在绳索10的两端连接至连接点P3的情况下，辅结构框架元件9c在绳锁10的倾斜延伸部分沿倾斜轴线倾斜地定向。

在该实施例中采用的桁架桥或拱桥的绳索10是所谓“PC绳索”的钢绳索，该绳索的两端设有阳螺纹14。如图2和4所示，绳索螺接座13都与连接部P1、P3相连接，绳索10的两端都插入绳索螺接座13中。在绳索螺接座13的外端，螺母15与绳索10的阳螺纹部分螺纹连接，螺母15与绳索螺接座13的外端相抵靠，这样，可以保持绳索10的张紧状态。

即，绳索10的两端或一端由牵引机拉动，以产生绳索10的张紧状态。在该状态下，螺母15被向前旋动，以保持绳索10的张紧状态。因此，螺母15构成了张紧力的止定器。

在该张紧状态下，如图6所示，绳索10被插入在偏置元件11的下端处的绳索导向器内形成的绳索导向槽16，紧紧抵靠着偏置元件11，并且在对绳索10施加相对向下方向力的状态下张紧。作为该向下方向力的反作用力，向上方向力W1产生了。

一条或多条绳索10沿桥的宽度方向在一侧延伸。在多条绳索10在两侧延伸的状态下，数条绳索导向槽16以平行方式形成。

桥面板1由垂直梁22和水平梁23，垂直梁22由沿桥的纵向延伸的H形钢形成，而水平梁23由H形钢形成，以连接垂直梁22。水平梁23两端连接至由桁架梁2或拱形梁7的H形钢形成的下桁弦3。向上方向力W1通过水平梁23施加在垂直梁22上，从而把向上方向力W1施加在整个桥上。

由钢等制成的适当立柱可以作为偏置元件11。特别是，可以通过控制伸/缩量调节向下方向力的千斤顶可以作为偏置元件11。

至于千斤顶，可以采用液压缸结构或气压缸结构的千斤顶。

也可以采用螺纹式千斤顶。更特别是，如图11A和11B所示，可以采用液压螺纹式千斤顶11，其可以通过液体压力进行伸/缩，可以通过螺纹配合固定在伸或缩的位置上。

即，采用的千斤顶11可以具有液压缸结构和螺纹式千斤顶结构。在千斤顶11中，液压杆17的一端可滑动密封配合至液压缸18的内部，在从液压缸18伸出的液压杆17的另外端部的外周面上设有阳螺纹。止定凸缘19与阳螺纹可旋动地配合，液压缸18设有液压提供口21，其把液压提供给液压腔20，而该液压腔20在液压缸18的底部内侧设置在液压杆17的上表面上。

通过由液压提供口21提供液压，液压杆17伸出一恒定的膨胀量，从而把恒定的张紧力(向下方向力)施加在绳索10上。

然后，由液压计确定施加至绳索10上的向下方向力。在向下方向力作用在绳索10上的状态下，止定凸缘19沿液压杆17旋动倒退并坐落在液压缸18的端面上。因此，液压杆17的回缩被禁止，并且保持膨胀状态，这样，施加至绳索10上的向下方向力可以被设定并且保持。

在通过止定凸缘19禁止液压杆17的旋动回缩而保持膨胀状态之后，液压腔20内的液压通过液压提供口21被释放。之后，施加至绳索10上的向下方向力由螺纹式液压杆17保持，从而保持绳索10的张紧力。

在随着时间的流逝绳索10变松弛的情况下，可以重新提供液压，这样，张紧状态可以得到修正，向下方向的力可以得到修正。

图12和13示出了本发明的对比例。即，如图12所示，在绳索10的两端在桁架梁2或拱形梁7的两端延伸而不设置辅三角形结构框架9和偏置元件11的情况下，绳索10的张紧力仅沿箭头所示对下桁弦3施加主轴向力(压缩力)，不能有效地传递至其它主结构框架，即桁架梁2中的上桁弦4和斜撑元件5，或拱形梁7中的拱形元件4’和垂直元件8，从而降低了加强效果。

如图13所示，在绳索10和如图12所示的下桁弦3之间设置偏置元件11而不设置辅三角形结构框架9的情况下，如图13的箭头所示的轴向力(压缩力和拉力)施加在相应梁2、7的主三角形结构框架6上。

特别是，在不设置辅三角形结构框架9的情况下，在由下桁弦3的各端部(第一或第二端部)形成的主结构框架6a中，如箭头所示的轴向力相对于连接部P1作用在外主结构框架元件部6a’和内主结构框架元件部6a”上。因此，大剪切力和弯矩施加在连接部P1上。

另外一方面，如图7所示，在设置辅三角形结构框架9并且绳索10在连接部P1、P1之间延伸的情况下，根本没有轴向力相对于连接部P1作用在外主结构框架元件部6a’上，也没有剪切力和弯矩施加在其上。

绳索10的张紧力有效地传递至其它主结构框架，即桁架梁2中的上桁弦4和斜撑元件5，或拱形梁7中的拱形元件4’和垂直元件8，同时，轴向力(压缩力)施加在下桁弦3上，这样，有效地引入了加强效果。因此，本发明适合于作为桁架梁2或拱形梁7的加强结构。

很明显，根据上述教导，可以对本发明进行很多修改和变化。因此，可以理解，在所附权利要求的范围内，除了特别的说明外也可以实施本发明。

Claims (3)

1.一种桁架桥的加强结构，其包括：桁架梁，其第一和第二端都设有主三角形结构框架，在主三角形结构框架的内部进一步设有辅三角形结构框架，所述辅三角形结构框架的顶点在所述主三角形结构框架的相应边上与结构框架元件相连接；绳索，其沿所述桁架桥的纵向延伸，在位于桁架梁第一端侧的辅三角形结构框架的顶点处的连接部和位于所述桁架梁第二端侧的所述辅三角形结构框架的相应顶点处的连接部之间延伸；偏置元件，其适合于对所述绳索施加向下方向的力，该偏置元件插入在所述绳索和所述桁架梁的下桁弦之间，从而张紧所述绳索，向上方向力通过一适合于通过所述偏置元件张紧所述绳索的反作用力施加在所述下桁弦上。

2.一种拱桥的加强结构，其包括：拱形梁，其第一和第二端都设有主三角形结构框架或主矩形结构框架，在其内部进一步设有辅三角形结构框架，所述辅三角形结构框架的顶点在所述主三角形结构框架或主矩形结构框架的相应边上与结构框架元件相连接；绳索，其沿拱桥的纵向延伸，在位于拱形梁第一端侧的所述辅三角形结构框架的所述顶点处的连接部和位于所述拱形梁第二端侧的所述辅三角形结构框架的相应顶点处的连接部之间延伸；偏置元件，其适合于对所述绳索施加向下方向的力，该偏置元件插入在所述绳索和所述拱形梁的下桁弦之间，从而张紧所述绳索，向上方向力通过一适合于通过所述偏置元件张紧所述绳索的反作用力施加在所述下桁弦上。

3.如权利要求1或2所述的桁架桥或拱桥的加强结构，其特征在于，所述偏置元件由通过控制伸/缩量控制所述向下方向力的千斤顶构成。

Images