CN107974917A - 一种弯折节点、曲线连续钢桁梁桥及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弯折节点、曲线连续钢桁梁桥及其设计方法，涉及桥梁技术领域。弯折节点用于连接钢桁梁桥的相邻两个主桁杆件，主桁杆件包括上弦杆、下弦杆和腹杆。弯折节点分为两个连接段以及设置在两个连接段之间的弯折段，每个连接段的端部均为自由端，用于连接上弦杆或者下弦杆，弯折节点具有贯穿两个连接段以及弯折段的中心线，弯折段的中心线为弧线，两个连接段的中心线均为直线，两个连接段的中心线之间形成弯折角α，90°＜α＜180°；弯折段的侧面还设有横向联系板，横向联系板位于弧线凸出的方向或者相反方向。本发明通过弯折节点改变相邻主桁杆件之间的夹角，通过弯折节点相连的所有主桁杆件的中心线近似一条连续曲线，实现曲线钢桁连续梁桥的建造。

Description

一种弯折节点、曲线连续钢桁梁桥及其设计方法

技术领域

本发明涉及桥梁技术领域，具体是涉及一种弯折节点、曲线连续钢桁梁桥及其设计方法。

背景技术

钢桁结构造型美观，具有较强的跨越能力，广泛应用于建筑结构和桥梁结构中。钢桁梁桥由两片或多片主桁及连接主桁的横向联结系组成，单片主桁包括主桁杆件和连接相邻主桁杆件的主桁节点，主桁杆件包括上弦杆、下弦杆和腹杆。在传统的钢桁梁桥中，所有主桁节点必须布置在一条直线上，而且传统的整体式主桁节点，例如节点内焊接以及节点外拼接的结构形式，必须保证被连接的主桁杆件的上弦杆、下弦杆和腹杆都在同一平面内。传统钢桁梁的这一结构特点使得目前只能采取整跨以直代曲的总体布置方式来建造曲线钢桁梁桥，即整跨钢桁梁的主桁结构仍然在同一平面内，所有主桁节点仍然在一条直线上，而且整跨以直代曲的布置方式也只能应用于曲线简支梁桥，因此，在曲线连续梁桥的设计中无法采用钢桁梁的结构形式，严重限制了钢桁梁的应用范围。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种弯折节点、曲线连续钢桁梁桥及其设计方法，通过弯折节点改变相邻主桁杆件之间的夹角，使得通过弯折节点相连的所有主桁杆件的中心线近似一条连续曲线，实现曲线钢桁连续梁桥的建造。

本发明提供一种弯折节点，用于连接钢桁梁桥中的相邻两个主桁杆件，每个所述主桁杆件均包括上弦杆、下弦杆和腹杆；

所述弯折节点分为两个连接段以及设置在两个所述连接段之间的弯折段，每个所述连接段的端部均为自由端，用于连接所述上弦杆或者下弦杆，所述弯折节点具有贯穿两个所述连接段以及所述弯折段的中心线，所述弯折段的中心线为弧线，两个所述连接段的中心线均为直线，两个所述连接段的中心线之间形成弯折角α，90°＜α＜180°；

所述弯折段的侧面还设有横向联系板，所述横向联系板位于所述弧线凸出的方向或者相反方向。

在上述技术方案的基础上，所述弧线为圆弧。

在上述技术方案的基础上，两个所述连接段和所述弯折段之间固定连接。

在上述技术方案的基础上，两个所述连接段和所述弯折段一体成型。

在上述技术方案的基础上，所述弯折节点包括第一节点板、第二节点板、顶板和底板，所述第一节点板和第二节点板均与所述底板垂直且固定连接，所述第一节点板和第二节点板平行设置且均向面外弯曲，面外弯曲的方向与所述弧线的凸出方向相同，且面外弯曲的角度均为所述弯折角α，所述顶板设置于所述第一节点板和第二节点板之间，且分别与第一节点板和第二节点板的侧面固定连接。

在上述技术方案的基础上，所述第一节点板、第二节点板、顶板和底板的两端分别与所述上弦杆或者下弦杆配合连接。

本发明还提供一种具有上述弯折节点的曲线连续钢桁梁桥，曲线连续钢桁梁桥包括至少两片主桁和用于连接主桁的横向联结系，每片主桁均包括多个主桁杆件；

在每片主桁中，相邻两个所述主桁杆件的上弦杆之间以及下弦杆之间分别通过一个所述弯折节点连接，所述弯折角α根据每片主桁的主桁中心线和所述主桁杆件确定，所述主桁中心线是根据曲线连续钢桁梁桥平面上的中心线和主桁间距确定的连续曲线，所有所述主桁杆件的中心线连接形成弦杆系统线，且所述弦杆系统线接近所述主桁中心线，两片主桁中的所述横向联系板通过所述横向联结系互相连接。

在上述技术方案的基础上，所有所述弯折节点均位于所述主桁中心线上。

在上述技术方案的基础上，所有弯折节点均位于所述主桁中心线的同侧或两侧。

本发明还提供一种曲线连续钢桁梁桥的设计方法，其包括以下步骤：

根据曲线连续钢桁梁桥的自然条件和桥梁荷载确定结构参数，结构参数包括跨度布置、主桁高度、主桁间距和节点间距；

根据曲线连续钢桁梁桥平面上的中心线和主桁间距确定主桁中心线，按照所述节点间距布置所有所述弯折节点，所有所述主桁杆件通过所述弯折节点连接，且所有所述主桁杆件的中心线连接形成所述弦杆系统线，所述弦杆系统线接近所述主桁中心线；

根据所述弦杆系统线确定所述弯折角α，并根据所述弯折角设计所述弯折节点；

设计所述主桁杆件，所述主桁杆件的上弦杆、下弦杆和腹杆均为直杆；

设计所述横向联结系，所述横向联结系所在平面垂直于两片主桁的所有所述弯折节点所形成的曲面。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

(1)弯折节点的两个连接段之间具有弯折角，使得两个连接段所分别连接的主桁杆件不在同一平面内，实现通过弯折节点改变相邻主桁杆件之间的夹角。

(2)弯折节点采用节点板、顶板和底板组焊而成，节点板、顶板和底板直接根据弯折节点的弯折角确定，结构简单，制造方便。

(3)通过弯折节点相连的所有主桁杆件的中心线近似一条连续曲线，使得所有主桁节点可以布置在弯曲的主桁中心线上，实现安全、高效地设计和制造曲线钢桁连续梁桥。

附图说明

图1是本发明实施例弯折节点的结构示意图，弯折节点设于图4中A处；

图2是图1中的B向视图；

图3是本发明实施例带有弯折节点的曲线连续钢桁梁桥平面上的中心线和主桁中心线示意图；

图4是本发明实施例带有弯折节点的曲线连续钢桁梁桥平面上的中心线和弦杆系统线示意图。

图中：

1-主桁杆件，2-弯折节点，21-连接段，22-弯折段，23-横向联系板，24-第一节点板，25-第二节点板，26-顶板，27-底板，28-加强板，3-横向联结系，10-主桁间距，20-曲线连续钢桁梁桥平面上的中心线，30-第一主桁中心线，40-第二主桁中心线，60-第一弦杆系统线，70-第二弦杆系统线，80-弯折节点的中心线。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

参见图1所示，本发明实施例提供一种弯折节点，用于连接钢桁梁桥中的相邻两个主桁杆件1，每个主桁杆件1均包括上弦杆、下弦杆和腹杆，弯折节点2分为两个连接段21以及设置在两个连接段21之间的弯折段22，每个连接段21的端部均为自由端，用于连接上弦杆或者下弦杆，弯折节点2具有贯穿两个连接段21以及弯折段22的中心线80，弯折段22的中心线为弧线，两个连接段21的中心线均为直线，且通过弧线过渡连接，两个连接段21的中心线之间形成弯折角α，90°＜α＜180°。优选的，弯折段22的中心线为半径为R的圆弧。弯折段22的侧面还设有横向联系板23，横向联系板23位于弧线凸出的方向或者相反方向。

弯折节点2的两个连接段21之间具有弯折角，使得两个连接段21所分别连接的主桁杆件1不在同一平面内，实现通过弯折节点2改变相邻主桁杆件1之间的夹角。

具体的，弯折节点2包括第一节点板24、第二节点板25、顶板26和底板27，第一节点板24和第二节点板25与底板27垂直且固定连接。其中，底板27固定在第一节点板24和第二节点板25之间，底板27与第一节点板24和第二节点板25相连接的两个侧面与第一节点板24和第二节点板25的弯曲侧面相配合。第一节点板24和第二节点板25还可以固定在底板27表面上。第一节点板24和第二节点板25平行设置且均向面外弯曲，面外弯曲的方向与弧线的凸出方向相同，且面外弯曲的角度均为弯折角α，顶板26设置于第一节点板24和第二节点板25之间，顶板26平行于底板27，顶板26分别与第一节点板24和第二节点板25的侧面固定连接，顶板26与第一节点板24和第二节点板25连接的两个侧面与第一节点板24和第二节点板25的弯曲侧面相配合，第一节点板24、第二节点板25、顶板26和底板27的两端分别与上弦杆或者下弦杆配合连接。横向联系板23和顶板26在同一平面内。横向联系板23与底板27之间还设有加强板28，加强板28分别与横向联系板23、第二节点板25和横向联系板25固定连接。

实际制造弯折节点2时，参见图1和图2所示，第一节点板24和第二节点板25具有桥梁平面上、板件面外的弯折角α，顶板26、底板27和横向联系板23具有桥梁平面上、板件面内的弯折角α。第一节点板24和第二节点板25下料完成后，进行面外折弯，折弯角度为弯折角α，顶板26、底板27和横向联系板23按照弯折角α进行下料，随后将第一节点板24、第二节点板25、顶板26、底板27和横向联系板23等板件进行组焊，结构简单，制造方便。

第一节点板24、第二节点板25、顶板26和底板27的两端与上弦杆或者下弦杆可以直接焊接固定，或者在第一节点板24、第二节点板25、顶板26和底板27的两端设置通孔，通过多个螺栓和连接板与上弦杆或者下弦杆紧固连接。

在其他的实施例中，两个连接段21和弯折段22之间固定连接，固定连接为焊接或者紧固连接，弯折段22可以是实心结构，也可以是空心结构，连接段21可以是类似上述实施例中多个板件连接而成。在其他的实施例中，两个连接段21和弯折段22一体成型。

参见图3和图4所示，本发明实施例还提供一种具有上述弯折节点2的曲线连续钢桁梁桥及其设计方法，曲线连续钢桁梁桥包括两片主桁和用于连接主桁的横向联结系3，每片主桁均包括多个主桁杆件1，每个主桁杆件1均包括上弦杆、下弦杆和腹杆，上弦杆、下弦杆和腹杆均为直杆。其他的曲线连续钢桁梁桥还可以包括两片以上的主桁。

在每片主桁中，相邻两个主桁杆件1的上弦杆之间以及下弦杆之间分别通过一个弯折节点2连接。弯折角α根据第一主桁中心线30、第二主桁中心线40和主桁杆件1确定，第一主桁中心线30和第二主桁中心线40是根据曲线连续钢桁梁桥平面上的中心线20和主桁间距10确定的连续曲线，曲线连续钢桁梁桥平面上的中心线20为连续曲线。第一主桁的所有主桁杆件1的中心线连接形成第一弦杆系统线60，第二主桁的所有主桁杆件1的中心线连接形成第二弦杆系统线70。且第一弦杆系统线60接近第一主桁中心线30，第二弦杆系统线70接近第二主桁中心线40。图3和图4中没有示出主桁杆件1和横向联结系3。

两片主桁中的横向联系板23通过横向联结系3互相连接。在第一主桁中，横向联系板23设置在弯折段22向弧线凸出的一侧，在第二主桁中，横向联系板23设置在弯折段22向弧线凸出的相反一侧，横向联结系3连接两片主桁中相对设置的横向联系板23。

在每片主桁中，弯折节点2均需靠近该主桁的主桁中心线，使得通过弯折节点2相连接的所有主桁杆件1的中心线连接形成的弦杆系统线接近主桁中心线。

当第一主桁中心线30和第二主桁中心线40均为内凹弧线时，参见图3和图4所示，第一主桁中所有弯折节点2均位于第一主桁中心线30上，同样的，第二主桁中所有弯折节点2均位于第二主桁中心线40上。在这种情况下，所有主桁杆件1均分别位于第一主桁中心线30或第二主桁中心线40内凹的一侧。在其他的实施例中，第一主桁中心线30和第二主桁中心线40还可以与所有主桁杆件1相切，在这种情况下，所有弯折节点2和所有主桁杆件1都位于位于第一主桁中心线30或第二主桁中心线40向外凸出的一侧。

在其他的实施例中，所有弯折节点2还可以均位于主桁中心线的同侧或两侧。例如，对于特殊的例如S形曲线连续钢桁梁桥，弯折节点2还可以位于主桁中心线的两侧。两片主桁中的横向联系板23相对设置，以便于通过横向联结系3连接两片主桁。

本发明实施例还提供一种曲线连续钢桁梁桥的设计方法，包括以下步骤：

S1.总体布置：根据曲线连续钢桁梁桥的自然条件和桥梁荷载确定结构参数，结构参数包括跨度布置、主桁高度、主桁间距和节点间距。其中，跨度布置可以包括多跨连续。

S2.弦杆系统线设计：根据曲线连续钢桁梁桥平面上的中心线和主桁间距确定主桁中心线，按照节点间距布置所有主桁节点，所有主桁杆件1通过主桁节点连接，且所有主桁杆件1的中心线连接形成弦杆系统线，弦杆系统线为折线，弦杆系统线接近主桁中心线。其中，所有主桁节点包括中墩顶节点和边墩顶节点。确定用于连接上弦杆、下弦杆的弦杆系统线后，腹杆及横向联系系统线随之确定。

S3.弯折节点2设计：根据弦杆系统线确定弯折节点2的弯折角α，并设计弯折节点2。

S4.主桁杆件1设计：设计主桁杆件1，主桁杆件1的上弦杆、下弦杆和腹杆均为直杆，采用传统的设计方法设计。

S5.横向联结系设计：设计横向联结系3，横向联结系3设置在弯折节点2部位，横向联结系3所在平面垂直于两片主桁的所有弯折节点2所形成的曲面，即每个弯折节点2处的横向联结系杆件均在同一平面内，可以采用传统的设计方法进行设计。

与传统的钢桁梁相比，所有主桁节点布置在弯曲的主桁中心线上，而非直线。通过弯折节点2改变相邻主桁杆件1的夹角，可安全高效的完成曲线钢桁连续梁桥设计。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种弯折节点，用于连接钢桁梁桥中的相邻两个主桁杆件(1)，每个所述主桁杆件(1)均包括上弦杆、下弦杆和腹杆，其特征在于：

所述弯折节点(2)分为两个连接段(21)以及设置在两个所述连接段(21)之间的弯折段(22)，每个所述连接段(21)的端部均为自由端，用于连接所述上弦杆或者下弦杆，所述弯折节点(2)具有贯穿两个所述连接段(21)以及所述弯折段(22)的中心线，所述弯折段(22)的中心线为弧线，两个所述连接段(21)的中心线均为直线，两个所述连接段(21)的中心线之间形成弯折角α，90°＜α＜180°；

所述弯折段(22)的侧面还设有横向联系板(23)，所述横向联系板(23)位于所述弧线凸出的方向或者相反方向。

2.如权利要求1所述的弯折节点，其特征在于：所述弧线为圆弧。

3.如权利要求1所述的弯折节点，其特征在于：两个所述连接段(21)和所述弯折段(22)之间固定连接。

4.如权利要求1所述的弯折节点，其特征在于：两个所述连接段(21)和所述弯折段(22)一体成型。

5.如权利要求1所述的弯折节点，其特征在于：所述弯折节点(2)包括第一节点板(24)、第二节点板(25)、顶板(26)和底板(27)，所述第一节点板(24)和第二节点板(25)均与所述底板(27)垂直且固定连接，所述第一节点板(24)和第二节点板(25)平行设置且均向面外弯曲，面外弯曲的方向与所述弧线的凸出方向相同，且面外弯曲的角度均为所述弯折角α，所述顶板(26)设置于所述第一节点板(24)和第二节点板(25)之间，且分别与第一节点板(24)和第二节点板(25)的侧面固定连接。

6.如权利要求5所述的弯折节点，其特征在于：所述第一节点板(24)、第二节点板(25)、顶板(26)和底板(27)的两端分别与所述上弦杆或者下弦杆配合连接。

7.一种具有如权利要求1至6任一项所述的弯折节点的曲线连续钢桁梁桥，曲线连续钢桁梁桥包括至少两片主桁和用于连接主桁的横向联结系(3)，每片主桁均包括多个主桁杆件(1)，其特征在于：

在每片主桁中，相邻两个所述主桁杆件(1)的上弦杆之间以及下弦杆之间分别通过一个所述弯折节点(2)连接，所述弯折角α根据每片主桁的主桁中心线和所述主桁杆件(1)确定，所述主桁中心线是根据曲线连续钢桁梁桥平面上的中心线和主桁间距确定的连续曲线，所有所述主桁杆件(1)的中心线连接形成弦杆系统线，且所述弦杆系统线接近所述主桁中心线，两片主桁中的所述横向联系板(23)通过所述横向联结系(3)互相连接。

8.如权利要求7所述的曲线连续钢桁梁桥，其特征在于：所有所述弯折节点(2)均位于所述主桁中心线上。

9.如权利要求7所述的曲线连续钢桁梁桥，其特征在于：所有弯折节点(2)均位于所述主桁中心线的同侧或两侧。

10.一种如权利要求7所述的曲线连续钢桁梁桥的设计方法，其特征在于，其包括以下步骤：

根据曲线连续钢桁梁桥的自然条件和桥梁荷载确定结构参数，结构参数包括跨度布置、主桁高度、主桁间距和节点间距；

根据曲线连续钢桁梁桥平面上的中心线和主桁间距确定主桁中心线，按照所述节点间距布置所有所述弯折节点(2)，所有所述主桁杆件(1)通过所述弯折节点(2)连接，且所有所述主桁杆件(1)的中心线连接形成所述弦杆系统线，所述弦杆系统线接近所述主桁中心线；

根据所述弦杆系统线确定所述弯折角α，并根据所述弯折角设计所述弯折节点(2)；

设计所述主桁杆件(1)，所述主桁杆件(1)的上弦杆、下弦杆和腹杆均为直杆；

设计所述横向联结系(3)，所述横向联结系(3)所在平面垂直于两片主桁的所有所述弯折节点(2)所形成的曲面。