CN103343508B - 一种上弦杆加长型装配式主梁 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种上弦杆加长型装配式主梁，包括多个单元桁架，所述单元桁架的两端分别设有阳头和阴头，各个单元桁架的阳头、阴头依次串联后通过桁架销联接起来，所述单元桁架包括有上弦杆，下弦杆，上弦杆和下弦杆通过竖杆和斜杆组装焊接固定；其特征在于所述主梁跨度之间的单元桁架中有部分或全部单元桁架的上弦杆的长度比下弦杆的长度长。本发明提供一种结构简单，符合设计要求、解决主梁下弯问题的上弦杆加长型装配式主梁。

Description

一种上弦杆加长型装配式主梁

【技术领域】

本发明涉及一种上弦杆加长型装配式主梁。

【背景技术】

装配式公路钢桥桁架（以下简称“桁架”），俗称“贝雷架”、“贝雷桁架”或“贝雷片”，是装配式公路钢桥的主要承载结构件之一，有321型和200型两种结构型式。图11为321型桁架，由阴头竖杆、斜杆、上弦杆、中间竖杆、下弦杆、阳头竖杆等构件组装焊接而成。

其主要材料规格是：阴头竖杆、中间竖杆、阳头竖杆、斜杆均为8号工字钢，上、下弦杆为10号槽钢。其主要特征尺寸是：阴、阳头孔径为竖向孔距为H＝1400、横向孔距为L₂＝3000。图12为200型桁架，由阴头竖杆、斜杆、上弦杆、中间竖杆、下弦杆、阳头竖杆等构件组装焊接而成。其主要材料规格是：阴头竖杆、中间竖杆、阳头竖杆、斜杆均为8号槽钢，上、下弦杆为10号槽钢。其主要特征尺寸是：阴、阳头孔径为竖向孔距为H＝2134、横向孔距为L₂＝3048。桁架与桁架之间用桁架销联接起来(图3)，多排桁架之间用支撑架联接起来（多排的一片桁架称为一“节”），双层桁架之间用螺栓联接起来，就可以拼装成满足多种跨径和多种承载能力组合的321型或200型装配式公路钢桥主梁，再在其上铺设横梁和桥面系构件，及在两端加装其它构件，就可成为321型或200型装配式公路钢桥。

桁架作为一个基本拼装单元，也可以被用来拼装成起重机械主梁，如图13-14所示。当起重机械空载时，在主梁自重作用下，主梁上弦杆受压，下弦杆受拉，因为桁架阴、阳头销孔与桁架销之间有最大为0.6mm的间隙，所以主梁将下挠，产生的下挠度称为非弹性挠度，用f_m表示；主梁自重产生的弹性下挠度用f₀表示，主梁的下挠度f_下＝f_m＋f₀。在设计起重机械主梁时，为了防止主梁在承载后因下挠度过大而使小车自行下滑或产生爬坡现象，应将主梁设计成具有上拱度f，其值通常为f=（0.9～1.4）S/1000（S为起重机跨度）。显然，桁架拼装型起重机械主梁因具有下挠度f_下而不能满足这一要求。

本发明就是在此种情况下作出的。

【发明内容】

本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种结构简单，符合设计要求、解决主梁下弯问题的上弦杆加长型装配式主梁。

针对上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种上弦杆加长型装配式主梁，包括多个单元桁架1，所述单元桁架1的两端分别设有阳头11和阴头12，各个单元桁架1的阳头11、阴头12依次串联后通过桁架销2联接起来，所述单元桁架1包括有上弦杆3，下弦杆5，上弦杆3和下弦杆5通过竖杆4和斜杆6组装焊接固定；其特征在于所述主梁跨度之间的单元桁架中有部分或全部单元桁架的上弦杆3的长度比下弦杆5的长度长。

如上所述的一种上弦杆加长型装配式主梁，其特征在于所述主梁跨度之间的单元桁架的节数为偶数，所述主梁跨度中间左右对称的单元桁架的上弦杆的长度比下弦杆的长度长a，单元桁架的上弦杆的总加长量为2b=an₁；其中n₁表示上弦杆加长的单元桁架的节数，为偶数，且n₁小于或等于主梁跨度之间的单元桁架的节数；b=2Hf_上/S，f_上＝f_下+f，f_下＝f_m＋f₀，f=（0.9～1.4）S/1000，故b=2H{f_m＋f₀+[（0.9～1.4）S/1000]}/S；其中H表示一个单元桁架的竖向孔距，f_上表示下弦杆中间联接点的抬高值，f_下表示主梁的下挠度，f_m表示非弹性挠度，f₀表示弹性挠度；f表示主梁的上拱度，S表示主梁的跨度。

如上所述的一种上弦杆加长型装配式主梁，其特征在于所述单元桁架上弦杆的加长量a为在上弦杆的阳头和阴头上各向外延伸a/2。

如上所述的一种上弦杆加长型装配式主梁，其特征在于主梁跨度之间的单元桁架的节数为奇数，所述主梁跨度中间的单元桁架的上弦杆的长度比下弦杆的长度长a，上弦杆的总加长量为2b=an₁，其中n₁表示上弦杆加长的单元桁架的节数，且n₁小于或等于主梁跨度之间的单元桁架的节数；b=2Hf_上/（S-L₂），f_上＝f_下+f，f_下＝f_m＋f₀，f=（0.9～1.4）S/1000，故b=2H{f_m＋f₀+[（0.9～1.4）S/1000]}/（S-L₂）；其中H表示一个单元桁架的竖向孔距，f_上表示下弦杆中间联接点的抬高值，f_下表示主梁的下挠度，f_m表示非弹性挠度，f₀表示弹性挠度；f表示主梁的上拱度，S表示主梁的跨度，L₂表示单元桁架的横向孔距。

如上所述的一种上弦杆加长型装配式主梁，其特征在于所述单元桁架上弦杆的加长量a为在上弦杆的阳头和阴头上各向外延伸a/2。

本发明的有益效果有:

本发明的主梁跨度之间的部分或全部单元桁架的上弦杆的长度比下弦杆的长度长，从而使桁架拼装型起重机械主梁具有上拱度。即对称改动主梁跨度中间左右两边单元桁架的结构，使其上弦杆加长，从而使主梁上弦杆加长；各节单元桁架的上弦杆加长量相等，而桁架上其它构件的位置均不变，从而使主梁上弦杆长于主梁下弦杆。解决了主梁下挠的问题。

此外本发明还具有结构简单，符合设计要求等优点。

【附图说明】

图1为不带悬臂的主梁上拱示意图。

图2为带悬臂的主梁上拱示意图

图3为单元桁架通过桁架销连接的示意图。

图4为321型偶数节主梁计算示意图。

图5为321型奇数节主梁计算示意图。

图6为200型偶数节主梁计算示意图。

图7为200型奇数节主梁计算示意图。

图8为本发明321型单元桁架的正视示意图。

图9为本发明321型单元桁架的俯视示意图。

图10为本发明200型单元桁架的示意图。

图11为现有技术的321型单元桁架的示意图。

图12为现有技术的200型单元桁架的示意图。

图13为现有技术的不带悬臂的主梁的示意图。

图14为现有技术的带悬臂的主梁示意图

【具体实施方式】

下面结合附图与实施例对本发明作详细说明：

如图1-2所示，一种上弦杆加长型装配式主梁，包括有多个单元桁架1，所述单元桁架1的两端分别设有阳头11和阴头12，各个单元桁架1的阳头11、阴头12依次串联后通过桁架销2联接起来。所述单元桁架1包括有上弦杆3，下弦杆5，上弦杆3和下弦杆5通过竖杆4和斜杆6组装焊接固定。所述多个单元桁架1的上弦杆3串联联接后组成所述主梁的上弦杆7。所述多个单元桁架1的下弦杆5串联联接后组成所述主梁的下弦杆8。所述主梁跨度之间多个单元桁架1中有部分或全部单元桁架1的上弦杆3的长度比下弦杆5的长度长。所述主梁的上弦杆7的长度比下弦杆8的长度长。

由于主梁是单元桁架串联拼装起来的，故主梁跨度之间的单元桁架的节数n有偶数和奇数之分。以下分两种情况分别介绍：

如图4、6所示。当所述主梁跨度之间的单元桁架1的节数n为偶数时，所述主梁上弦杆7的长度比下弦杆8的长度长2b，即主梁跨度之间各个单元桁架的上弦杆的加长量之和为2b。其中b=2Hf_上/S，f_上＝f_下+f，f_下＝f_m＋f₀，f=（0.9～1.4）S/1000，故b=2H{f_m＋f₀+[（0.9～1.4）S/1000]}/S。其中H表示一个单元桁架的竖向孔距，f_上表示下弦杆中间联接点的抬高值，f_下表示主梁的下挠度，f_m表示非弹性挠度，f₀表示弹性挠度；f表示主梁的上拱度，S表示主梁的跨度。从主梁跨度中间左右两边各第一节桁架开始，左右对称地加长单元桁架的上弦杆，每节单元桁架上弦杆的加长量相等，加长量为a＝2b/n₁。其中n₁表示上弦杆加长的单元桁架的节数，为偶数，且n₁≤n。其中n表示主梁跨度之间的单元桁架的节数。主梁中上弦杆加长的单元桁架个数共为m＝cn₁。其中c表示主梁桁架的排数。

为了使主梁桁架受力均匀，应加长桁架上弦杆后，桁架上弦杆的加长量a为在上弦杆的阳头11和阴头12上各向外延伸a/2。

另一种情况，如图5、7所示。当所述主梁跨度之间的单元桁架1的节数n为奇数时，所述主梁上弦杆7的长度比下弦杆8的长度长2b。即主梁跨度之间各个单元桁架的上弦杆的加长量之和为2b。其中b=2Hf_上/（S-L₂），f_上＝f_下+f，f_下＝f_m＋f₀，f=（0.9～1.4）S/1000，故b=2H{f_m＋f₀+[（0.9～1.4）S/1000]}/（S-L₂）；其中H表示一个单元桁架的竖向孔距，f_上表示下弦杆中间联接点的抬高值，f_下表示主梁的下挠度，f_m表示非弹性挠度，f₀表示弹性挠度，f表示主梁的上拱度，S表示主梁的跨度，L₂为单元桁架的横向孔距。从主梁跨度中间单元桁架开始，左右对称地加长单元桁架的上弦杆，每节单元桁架上弦杆的加长量相等，加长量为a＝2b/n₁。其中n₁表示上弦杆加长的单元桁架的节数。n₁≤n。其中n表示主梁跨度之间的单元桁架的节数。当n₁＝1时，只加长中间节单元桁架的上弦杆。当n₁为奇数时，上弦杆加长的单元桁架节包括中间节；当n₁为偶数时，上弦杆加长的单元桁架节不包括中间节。主梁中上弦杆加长的单元桁架个数共为m＝cn₁。其中c表示主梁桁架的排数。

为了使主梁桁架受力均匀，应加长单元桁架上弦杆后，单元桁架上弦杆的加长量a为在上弦杆的阳头11和阴头12上各向外延伸a/2。

以下以单排321型桁架拼装型主梁为例，说明其原理（单位mm）：

如图4所示，当主梁跨度之间的桁架节数n为偶数时，拆除主梁上弦杆中间联接点处的桁架销后，可以将下弦杆的中间联接点抬高。因为桁架销与销孔之间有间隙，主梁可以稍微拉长，所以主梁将绕支座销孔A、C及中间销孔B三处的桁架销旋转，而主梁跨度不变。当主梁下弦杆中间联接点抬高后，上弦杆中间联接点处将分离，销孔与中间最高点之间的距离以b表示。为了使主梁上拱度达到要求，下弦杆中间联接点的抬高值应为f_上＝f_下＋f，通过计算得出：b=2800f _上/S。因此，加长桁架的上弦杆，使左右两边的主梁上弦杆长度各加长b后，再用桁架销联接起来，就可以使主梁上拱度达到要求。为了使主梁受力均匀及实际制作方便，应当从主梁中间开始，左右对称地加长桁架的上弦杆，且每节桁架的加长量a应相等。即：当只加长两节桁架的上弦杆时，应当加长中间两节桁架的上弦杆，a＝2b/2；当只加长四节桁架的上弦杆时，应当加长中间四节桁架的上弦杆，a＝2b/4；以此类推，当加长n₁节桁架的上弦杆时，应当加长中间n₁节桁架的上弦杆，a＝2b/n₁，其中n₁为偶数，且n₁≦n。实际制作上弦杆加长型桁架时，为了使桁架受力均匀，应加长上弦杆后，使阴阳头各向外伸出a/2，从而使阴、阳头孔各向外伸出a/2，而桁架上其它构件的位置不变。即上弦杆尺寸90加长为L₃′=90+a/2，上弦杆横向孔距加长为L₂′=3000＋a，上弦杆长度加长为L₁′=3115＋a。因为下弦杆抬高值f_上与跨度相比总是很小，其比值f_上/S＜1/200，所以，虽然桁架销孔与桁架销之间的间隙微小，也总是可以采取这种方法使主梁上拱度达到要求。

如图5所示，当主梁跨度之间的桁架节数n为奇数时，为了使主梁上拱度达到要求，也需要将左右两边的主梁上弦杆各加长b，主梁上弦杆的总加长量为2b，通过计算得出：b=2800 f_上/(S-3000)。为了使主梁受力均匀及实际制作方便，应当使上弦杆加长的桁架位于主梁中间，且每节桁架的上弦杆加长量a应相等。即：当只加长一节桁架的上弦杆时，应当加长中间节桁架的上弦杆，a＝2b；当只加长两节桁架的上弦杆时，应当加长主梁跨度中间左右对称的各第一节桁架的上弦杆，a＝2b/2；当只加长3节桁架的上弦杆时，应当加长中间3节桁架的上弦杆，a＝2b/3；当只加长四节桁架的上弦杆时，应当加长主梁跨度中间左右对称的各前两节桁架的上弦杆，a＝2b/4；以此类推，当加长n₁节桁架的上弦杆时，应当加长主梁中间n₁节桁架的上弦杆，a＝2b/n₁。n₁≦n。当n₁为奇数时，上弦杆加长的桁架中包含中间节；当n₁为偶数时，上弦杆加长的桁架中不包含中间节。实际制作上弦杆加长型桁架时，为了使桁架受力均匀，应加长上弦杆后，使阴阳头各向外伸出a/2，从而使阴、阳头孔各向外伸出a/2，而桁架上其它构件的位置不变。即上弦杆尺寸90加长为L₃′=90+a/2，上弦杆横向孔距加长为L₂′=3000＋a，上弦杆长度加长为L₁′=3115＋a。

同理，如图5、7所示，当主梁由200型桁架拼装而成时，为了使主梁获得要求的上拱度，需将主梁左右两边的上弦杆长度各加长b，主梁上弦杆总长度加长2b。加长桁架上弦杆时，应从主梁跨度中间开始，左右对称地加长桁架的上弦杆，每节桁架上弦杆的加长量均为a，a＝2b/n₁，其中n₁为上弦杆加长的桁架节数。当主梁跨度之间的桁架节数n为偶数时，b=4268f _上/S，n₁为偶数，且n₁≦n。当主梁跨度之间的桁架节数n为奇数时，b=4268 f_上/(S-3048)，n₁≦n，且当n₁为奇数时，上弦杆加长的桁架中包含中间节；当n₁为偶数时，上弦杆加长的桁架中不包含中间节。实际制作上弦杆加长型桁架时，为了使桁架受力均匀，应使桁架阴阳头各向外伸出a/2，从而使阴、阳头孔各向外伸出a/2，即：上弦杆尺寸95加长为L₃′=95+a/2，使得上弦杆阴、阳头孔距加长为L₂′=3048+a，上弦杆长度加长为L₁′=3163＋a，而桁架上其它构件位置均不变。

综上所述，本发明所述的上弦杆加长的桁架是：

一种上弦杆加长型装配式桁架，由321型和200型装配式公路钢桥桁架改型而成，用于拼装起重机械主梁。图8-9所示为321型上弦杆加长型桁架图，由阴头竖杆、斜杆、上弦杆、中间竖杆、下弦杆、阳头竖杆等构件组装焊接而成，其主要材料规格是：阴头竖杆、中间竖杆、阳头竖杆、斜杆均为8号工字钢，上、下弦杆为10号槽钢，其主要特征尺寸是：阴阳头竖向孔距为H＝1400，下弦杆阴阳头横向孔距为L₂＝3000，下弦杆长度为L₁=3115，上弦杆横向孔距为L₂′=3000+a，上弦杆长度为L₁′=3115＋a，上弦杆阴头孔与阴头竖杆中心距、阳头孔与阳头竖杆中心距都为L₃′=90+a/2。a＝2b/n₁。其中n₁表示主梁上上弦杆加长型装配式桁架的节数，且n₁≦n。当主梁跨度之间的桁架节数n为偶数时，b=2800f _上/S，n₁为偶数。当主梁跨度之间节数n为奇数时，b=2800 f_上/(S-3000)，n₁为整数。

图10所示为200型上弦杆加长型桁架图，由阴头竖杆、斜杆、上弦杆、中间竖杆、下弦杆、阳头竖杆等构件组装焊接而成，其主要材料规格是：阴头竖杆、中间竖杆、阳头竖杆、斜杆均为8号槽钢，上、下弦杆为10号槽钢。其主要特征尺寸是：阴阳头竖向孔距为H＝2134，下弦杆阴阳头横向孔距为L₂＝3048，下弦杆长度为L₁＝3163，上弦杆横向孔距为L₂′=3048+a，上弦杆长度为L₁′=3163＋a，上弦杆阴头孔与阴头竖杆中心距、阳头孔与阳头竖杆中心距都为L₃′=95+a/2。a＝2b/n₁。其中n₁表示主梁上上弦杆加长型装配式桁架的节数，且n₁≦n。当主梁跨度之间的桁架节数n为偶数时，b=4268f _上/S，n₁为偶数。当主梁跨度之间的桁架节数n为奇数时，b=4268 f_上/(S-3048)，n₁为整数。

将改型前后桁架的主要特征尺寸以表1、表2对比如下：

表1：321型桁架改型前后特征尺寸（单位mm）

表2：200型桁架改型前后特征尺寸（单位mm）

例：某预制梁场使用一台电动葫芦门式起重机，型号MH10—24—A3，额定起重量10t，跨度24m，无悬臂。主梁采用双排321型装配式公路钢桥桁架拼装，桁架质量270kg/片，桁架销质量3.12kg/个，电动葫芦轨道采用30b工字钢，工字钢及安装附件质量55kg/m，竖向支撑架质量23kg/片，水平支撑架质量35kg/片。试设计上弦杆加长型桁架，使空载时起重机主梁上拱度符合标准要求。

解：主梁采用321型桁架拼装，下弦杆孔距为L₂＝3m，主梁跨度之间的桁架节数n=24/3=8(节)

主梁为双排桁架拼装，采用支撑架数量为:竖向支撑架1片/节，水平支撑架1片/节。

主梁自重：q＝（270×2＋23＋35）/3+55＝254.3kg/m＝2492N/m

根据《装配式公路钢桥多用途使用手册》，考虑到桁架销孔与桁架销之间最大间隙为0.06cm，主梁的非弹性挠度为：

f_m＝0.06n²＝0.06×8²＝3.84cm＝38.4mm

主梁自重产生的弹性挠度采用有限元法求得：f₀＝28

则:f_下＝f_m＋f₀＝38.4+28＝66.4

f＝（0.9～1.4）S/1000，取f=1.1×24000/1000＝26.4

f_上＝f_下＋f＝66.4+26.4＝92.8

根据表1，b=2800f_上/S＝2800×92.8/24000＝11

考虑到b值较小，选择只加长主梁中间两节桁架，n₁＝2

a＝2b/n₁＝2b/2＝b＝11，a/2＝5.5

主梁采用双排321型桁架拼装，c=2，m=cn₁=2×2＝4，故需制作4节上弦杆加长型321型桁架，其需改动的特征尺寸参数为：

Claims (2)

1.一种上弦杆加长型装配式主梁，包括多个单元桁架(1)，所述单元桁架(1)的两端分别设有阳头(11)和阴头(12)，各个单元桁架(1)的阳头(11)、阴头(12)依次串联后通过桁架销(2)联接起来，所述单元桁架(1)包括有上弦杆(3)，下弦杆(5)，上弦杆(3)和下弦杆(5)通过竖杆(4)和斜杆(6)组装焊接固定；其特征在于所述主梁跨度之间的单元桁架中有部分或全部单元桁架的上弦杆(3)的长度比下弦杆(5)的长度长，所述主梁跨度之间的单元桁架(1)的节数为偶数时，所述主梁跨度中间左右对称的单元桁架的上弦杆(3)的长度比下弦杆(5)的长度长a，单元桁架的上弦杆的总加长量为2b＝an₁；其中n₁表示上弦杆加长的单元桁架的节数，为偶数，且n₁小于或等于主梁跨度之间的单元桁架(1)的节数；b＝2Hf_上/ ^/S，f_上＝f_下+f，f_下＝f_m+f₀，f＝(0.9～1.4)S/1000，故b＝2H{f_m+f₀+[(0.9～1.4)S/1000]}_/ ^/S；其中H表示一个单元桁架的竖向孔距，f_上表示下弦杆中间联接点的抬高值，f_下表示主梁的下挠度，f_m表示非弹性挠度，f₀表示弹性挠度；f表示主梁的上拱度，S表示主梁的跨度；主梁跨度之间的单元桁架(1)的节数为奇数时，所述主梁跨度中间的单元桁架的上弦杆(3)的长度比下弦杆(5)的长度长a，上弦杆的总加长量为2b＝an₁，其中n₁表示上弦杆加长的单元桁架的节数，且n₁小于或等于主梁跨度之间的单元桁架(1)的节数；b＝2Hf_上/ ^/(S-L₂)，f_上＝f_下+f，f_下＝f_m+f₀，f＝(0.9～1.4)S/1000，故b＝2H{f_m+f₀+[(0.9～1.4)S/1000]}_/ ^/(S-L₂)；其中H表示一个单元桁架的竖向孔距，f_上表示下弦杆中间联接点的抬高值，f_下表示主梁的下挠度，f_m表示非弹性挠度，f₀表示弹性挠度；f表示主梁的上拱度，S表示主梁的跨度，L₂表示单元桁架的横向孔距。

2.根据权利要求1所述的一种上弦杆加长型装配式主梁，其特征在于所述单元桁架上弦杆的加长量a为在上弦杆的阳头(11)和阴头(12)上各向外延伸a/2。