CN108374321A - 能降低纵向联结系与主桁共同作用的钢桁架桥结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能降低纵向联结系与主桁共同作用的钢桁架桥结构及方法，它解决了无法降低钢桁架桥纵向联结系和主桁共同作用的问题，其在施工架设阶段使纵向联结系呈现K形联结系的受力特点，降低了桥梁架设阶段主桁与纵向联结系的共同作用，其技术方案为：包括第一主桁杆件和第二主桁杆件，所述第一主桁杆件和第二主桁杆件之间连接有垂直于二者的横杆，所述第一主桁杆件和第二主桁杆件还设置有斜杆，所述斜杆两端部均固定于节点板上；所述斜杆一端部对应的第一节点板设置有多个长圆孔，长圆孔内穿设临时螺栓将第一节点板与斜杆连接；所述斜杆另一端部对应的第二节点板设置有多个圆孔，圆孔内穿设高强螺栓将第二节点板与斜杆紧固。

Description

能降低纵向联结系与主桁共同作用的钢桁架桥结构及方法

技术领域

本发明涉及钢桁架桥技术领域，特别是涉及一种能降低纵向联结系与主桁共同作用的钢桁架桥结构及方法。

背景技术

钢桁架梁一般包括主桁、纵横向联结系、桥面系等主要零部件，通过高强螺栓或者焊接成整体，具有刚度大及可以化“整梁段”为“零杆件”的特点，可以应用于悬索桥、斜拉桥、拱桥、梁桥等不同的桥梁结构型式，适用于山区、平原、海洋等不同地理条件，近年在我国公路和铁路桥梁得到了广泛的运用。

钢桁架结构在实际的使用过程中，构成钢桁架梁的主桁要与纵向联结系、桥面系发生共同作用。这种共同作用对主桁、纵向联结系和桥面系是不利的；主桁与桥面系共同作用的结果是桥面系横梁的面外受力较大，往往控制设计；主桁与纵向联结系共同作用使联结系杆件的内力增大，而联结系对主桁的作用力是面外方向的，增加了主桁节点钢板发生层状撕裂的风险。

桥面系的作用是承担及传递车辆、行人等荷载，桥面系与主桁的共同作用已经得到了有效的解决。早期是采用伸缩纵梁的办法；近年来一般采用板桁组合体系，即桥面板与主桁焊接(钢桥面板)或者浇筑(混凝土桥面板)成整体，也可以将桥面系纵梁预拉伸使其在恒载状态下与主桁变形协调，降低其不利影响。

纵向联结系的作用是使桥跨结构形成稳定的空间结构，在纵横向不均匀荷载下两侧主桁能共同受力。纵向联结系有交叉形、菱形、三角形和K形等几种型式(如图1所示)，设计时根据主桁节间的间距和主桁的中心间距选择不同的联结系布置型式，纵横向间距比在0.8～1.2时纵向联结系一般采用菱形或者三角形，纵横向比例较大或者较小时一般采用K形。根据桥梁规范可知，除K形联结系因其横杆较长刚度较小与主桁的共同作用可以忽略不计外，其它形式的联结系与主桁的共同作用较大，应考虑其不利影响。随着钢桁架结构朝着大跨、长联的方向发展，纵向联结系的设计也由刚度控制(内力较小)逐渐的转向了强度控制(内力较大)，因纵向联结系不能像桥面系那样与主桁形成整体，如何降低主桁与纵向联结系的共同作用成为改善钢桁架结构体系受力的关键。

公路桥梁具有恒载占比大的特点，一般恒载占全部荷载的比例在70％以上；铁路桥梁恒载占比也有逐渐增大的趋势，部分桥梁恒载比例可达50％。若能降低甚至消除恒载阶段主桁与纵向联结系的共同作用则可以大大改善钢桁架梁结构的受力状态。

综上所述，除K形纵向联结系外，现有技术中对于无法降低钢桁架桥纵向联结系和主桁共同作用的问题，尚缺乏有效的解决方案。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种能降低纵向联结系与主桁共同作用的钢桁架桥结构，其在施工架设阶段使纵向联结系呈现K形联结系的受力特点，降低了桥梁架设阶段主桁与纵向联结系的共同作用；

进一步的，本发明采用下述技术方案：

一种能降低纵向联结系与主桁共同作用的钢桁架桥结构，包括第一主桁杆件和第二主桁杆件，所述第一主桁杆件和第二主桁杆件之间连接有垂直于二者的横杆，所述第一主桁杆件和第二主桁杆件还设置有斜杆，所述斜杆两端部均固定于节点板上；所述斜杆一端部对应的第一节点板设置有多个长圆孔，长圆孔内穿设临时螺栓将第一节点板与斜杆连接；所述斜杆另一端部对应的第二节点板设置有多个圆孔，圆孔内穿设高强螺栓将第二节点板与斜杆紧固。

进一步的，所述斜杆为工字型构件。

进一步的，所述斜杆的上下两端面均通过第一拼接板与第一节点板连接。

进一步的，所述第一拼接板设有多个圆孔，与斜杆对应的圆孔内穿设高强螺栓将第一拼接板和斜杆连接；与第一节点板对应的圆孔和第一节点板的长圆孔对应设置，并由临时螺栓连接。

进一步的，所述工字型构件的中部竖杆通过第二拼接板与节点内隔板连接，所述节点内隔板与第一节点板固定连接。

进一步的，所述节点内隔板设有多个长圆孔，长圆孔内穿设临时螺栓将第二拼接板与节点内隔板连接。

进一步的，所述第二拼接板设有多个圆孔，与中部竖杆对应的圆孔内穿设高强螺栓将第二拼接板和中部竖杆连接；与节点内隔板对应的圆孔和节点内隔板的长圆孔对应设置，并由临时螺栓连接。

进一步的，所述第一节点板与第一主桁杆件或第二主桁杆件或横杆固定连接。

进一步的，所述第二节点板与第一主桁杆件或第二主桁杆件固定连接。

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了一种能降低纵向联结系与主桁共同作用的钢桁架桥结构的施工方法，包括以下步骤：

架设各主桁杆件、横杆和斜杆，在主桁杆件上固定第二节点板，将第二节点板和斜杆通过高强螺栓固定，在主桁杆件或横杆上固定第一节点板，将第一节点板和斜杆之间通过临时螺栓和冲钉临时连接；架设过程中，斜杆在第一节点板的长圆孔处发生微量移动，释放恒载内力；待桥梁恒载全部施加完成后，将临时螺栓和冲钉全部更换为高强螺栓紧固。

进一步的，所述冲钉数量不多于临时螺栓数量的30％。

进一步的，斜杆与第一节点板连接处设置的临时螺栓和冲钉数量之和不少于长圆孔数量的1/3。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的钢桁架桥结构，在第一节点板设置多个长圆孔，将斜杆和第一节点板在长圆孔处通过临时螺栓连接，使其在施工架设阶段斜杆会在长圆孔处发生微量移动，纵向联结系呈现出K形联结系的受力特点，也就降低桥梁架设阶段主桁与纵向联结系的共同作用，大大改善钢桁架梁结构的受力状态。

本发明的方法中，先将斜杆和第一节点板通过临时螺栓和冲钉临时连接，进而使得其在架设过程中斜杆会在长圆孔处发生微量移动，能释放掉恒载阶段纵向联结系的杆件内力，而后再将临时螺栓和冲钉更换为高强螺栓紧固，降低了主桁与纵向联结系的共同作用，避免了主桁因与纵向联结系发生作用产生的风险。

通过本发明的结构及方法，不仅可以降低纵向联结系杆件的内力，减少杆件的材料用量，降低工程造价，还能降低主桁节点处的外面力，大大降低主桁节点板层状撕裂的风险。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为纵向联结系的几种布置型式示意图；

图2为在不同型式纵向联结系中设置第一节点板的位置示意图；

图3为本发明交叉型式纵向联结系的钢桁架桥结构示意图；

图4为本发明菱形型式纵向联结系的钢桁架桥结构示意图；

图5为本发明三角型式纵向联结系的钢桁架桥结构示意图；

图6为斜杆的截面示意图；

图7为图3-5中的A-A剖面图；

图8为图7中C-C剖面图；

图9为图3-5中的B-B剖面图；

图10为图9中D-D剖面图；

图11为第一拼接板示意图；

图12为第二拼接板示意图；

图13为节点内隔板Ⅰ示意图；

图14为节点内隔板Ⅱ示意图；

图15为第一节点板设置长圆孔处示意图；

图16为第二节点板设置圆孔处示意图；

图中，1第一主桁杆件，2第二主桁杆件，3横杆，4斜杆，5第一节点板，6长圆孔，7第二节点板，8圆孔，9第一拼接板，10圆孔，11第二拼接板，12节点内隔板Ⅰ，13长圆孔，14圆孔，15第三拼接板，16第四拼接板，17节点内隔板Ⅱ，18圆孔，19圆孔，20圆孔。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在无法降低钢桁架桥纵向联结系和主桁共同作用的问题，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种能降低纵向联结系与主桁共同作用的钢桁架桥结构及方法。

本发明的钢桁架桥结构针对纵向联结系的三种型式对第一节点板位置有三种设置方式，如图2所示，以下针对不同型式纵向联结系分别描述。

实施例1：

本申请的一种典型的实施方式中，如图3、6-16所示，提供了一种能降低纵向联结系与主桁共同作用的钢桁架桥结构，该钢桁架结构纵向联结系属于交叉型式，其结构包括第一主桁杆件1和第二主桁杆件2，所述第一主桁杆件1和第二主桁杆件2之间连接有垂直于二者的横杆3，所述第一主桁杆件1和第二主桁杆件2还设置有斜杆4，所述斜杆4两端部均固定于节点板上；所述斜杆4一端部对应的第一节点板5设置有多个长圆孔6，长圆孔6内穿设临时螺栓将第一节点板5与斜杆4连接；所述斜杆4另一端部对应的第二节点板7设置有多个圆孔8，圆孔8内穿设高强螺栓将第二节点板7与斜杆4紧固。

本实施例中，设置两个斜杆4成交叉型式，一个斜杆4左端部对应在第一主桁杆件1上，该斜杆4与第一主桁杆件1连接处设置第二节点板7，斜杆4右端部对应在第二主桁杆件2上，该斜杆4与第二主桁杆件2连接处设置第一节点板5；另一个斜杆4左端部对应在第二主桁杆件2上，该斜杆4与第二主桁杆件2连接处设置第二节点板7，斜杆4右端部对应在第一主桁杆件1上，该斜杆4与第一主桁杆件1连接处设置第一节点板5。

所述斜杆4为工字型构件。

所述斜杆4的上下两端面均通过第一拼接板9与第一节点板5连接。

所述第一拼接板9设有多个圆孔10，与斜杆4对应的圆孔10内穿设高强螺栓将第一拼接板9和斜杆4连接；与第一节点板5对应的圆孔10和第一节点板5的长圆孔6对应设置，并由临时螺栓连接。

所述工字型构件的中部竖杆通过第二拼接板11与节点内隔板(即节点内隔板Ⅰ12)连接，节点内隔板Ⅰ12与第一节点板5固定连接。

所述节点内隔板Ⅰ12设有多个长圆孔13，长圆孔13内穿设临时螺栓将第二拼接板11与节点内隔板Ⅰ12连接。

所述第二拼接板11设有多个圆孔14，与中部竖杆对应的圆孔14内穿设高强螺栓将第二拼接板11和中部竖杆连接；与节点内隔板Ⅰ12对应的圆孔14和节点内隔板Ⅰ12的长圆孔13对应设置，并由临时螺栓连接。

第二节点板7和斜杆4的配合如图9-10所示，斜杆4的上下两端面均通过第三拼接板15与第二节点板7连接。

所述第三拼接板15设有多个圆孔19，与斜杆4对应的圆孔19内穿设高强螺栓将第三拼接板15和斜杆4连接；与第二节点板7对应的圆孔19和第二节点板7的圆孔8对应设置，穿设高强螺栓紧固。

所述工字型构件的中部竖杆通过第四拼接板16与节点内隔板Ⅱ17连接，节点内隔板Ⅱ17与第二节点板7固定连接。

所述节点内隔板Ⅱ17设有多个圆孔20，第四拼接板16设有多个圆孔18，与中部竖杆对应的圆孔18内穿设高强螺栓将第四拼接板16和中部竖杆连接；与节点内隔板Ⅱ17对应的圆孔18和节点内隔板Ⅱ17的圆孔20对应设置，并由高强螺栓紧固。

实施例2：

如图4、6-16所示，该钢桁架结构纵向联结系属于菱形型式，该实施例中第一节点板5固定于横杆3中，第一节点板5为长方形，长方形四个边角均连接斜杆至主桁杆件，第一节点板右侧与斜杆连接处未设置长圆孔，设置圆孔与斜杆之间采用固定连接形式；第一节点板左侧与斜杆的连接形式与实施例1相同，第一节点板左侧的两斜杆与主桁杆件的连接形式与实施例1相同。

实施例3：

如图5、6-16所示，该钢桁架结构纵向联结系属于三角型式，斜杆4左端部与主桁杆件采用第二节点板连接，其连接形式与实施例1相同。斜杆右端部与主桁杆件采用第一节点板连接，其连接形式与实施例1相同。

本申请的另一种典型的实施方式中，提供了一种能降低纵向联结系与主桁共同作用的钢桁架桥结构的施工方法，包括以下步骤：

架设各主桁杆件、横杆和斜杆，在主桁杆件上固定第二节点板，将第二节点板和斜杆通过高强螺栓固定，在主桁杆件或横杆上固定第一节点板，将第一节点板和斜杆之间通过临时螺栓和冲钉临时连接；架设过程中，利用长圆孔处联结系杆件可以发生微量移动的特点，斜杆在第一节点板的长圆孔处发生微量移动，释放纵向联结系的恒载内力；待恒载施加完毕后将临时螺栓和冲钉全部更换为高强螺栓紧固。

纵向联结系其它部位的高强螺栓的施工仍然采用常规工序。

斜杆与第一节点板连接处设置的临时螺栓和冲钉数量之和不少于长圆孔数量的1/3(即不少于高强螺栓总数的1/3)。

临时螺栓不应少于2颗，且不应将螺栓螺母拧紧，保持螺栓与节点若即若离即可。

所述冲钉数量不多于临时螺栓数量的30％。

目前，国内钢桁架连续梁桥平纵联与主桁基本上采用M24高强螺栓连接，螺栓孔径为26mm；纵向联结系的长度一般在10～15米，当长圆孔水平段长度为15mm时，架设杆件长度方向可移动-7.5mm～7.5mm，则可释放的应力为210000×7.5/15000～210000×7.5/10000＝105～157.5MPa。结合我国现有的钢桁架桥结构构造，当长圆孔水平段长度在10mm～15mm时，基本上能释放掉恒载阶段纵向联结系的杆件内力。

本发明的方法在施工阶段，使菱形、三角形、交叉形纵向联结系呈现出K形联结系的受力特点，从而降低桥梁架设阶段主桁与纵向联结系的共同作用。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种能降低纵向联结系与主桁共同作用的钢桁架桥结构，其特征是，包括第一主桁杆件和第二主桁杆件，所述第一主桁杆件和第二主桁杆件之间连接有垂直于二者的横杆，所述第一主桁杆件和第二主桁杆件还设置有斜杆，所述斜杆两端部均固定于节点板上；所述斜杆一端部对应的第一节点板设置有多个长圆孔，长圆孔内穿设临时螺栓将第一节点板与斜杆连接；所述斜杆另一端部对应的第二节点板设置有多个圆孔，圆孔内穿设高强螺栓将第二节点板与斜杆紧固。

2.如权利要求1所述的钢桁架桥结构，其特征是，所述斜杆为工字型构件；所述斜杆的上下两端面均通过第一拼接板与第一节点板连接。

3.如权利要求2所述的钢桁架桥结构，其特征是，所述第一拼接板设有多个圆孔，与斜杆对应的圆孔内穿设高强螺栓将第一拼接板和斜杆连接；与第一节点板对应的圆孔和第一节点板的长圆孔对应设置，并由临时螺栓连接。

4.如权利要求2所述的钢桁架桥结构，其特征是，所述工字型构件的中部竖杆通过第二拼接板与节点内隔板连接，所述节点内隔板与第一节点板固定连接。

5.如权利要求4所述的钢桁架桥结构，其特征是，所述节点内隔板设有多个长圆孔，长圆孔内穿设临时螺栓将第二拼接板与节点内隔板连接。

6.如权利要求5所述的钢桁架桥结构，其特征是，所述第二拼接板设有多个圆孔，与中部竖杆对应的圆孔内穿设高强螺栓将第二拼接板和中部竖杆连接；与节点内隔板对应的圆孔和节点内隔板的长圆孔对应设置，并由临时螺栓连接。

7.如权利要求1所述的钢桁架桥结构，其特征是，所述第一节点板与第一主桁杆件或第二主桁杆件或横杆固定连接。

8.如权利要求1所述的钢桁架桥结构，其特征是，所述第二节点板与第一主桁杆件或第二主桁杆件固定连接。

9.如权利要求1-8任一项所述的钢桁架桥结构的施工方法，其特征是，包括以下步骤：

架设各主桁杆件、横杆和斜杆，在主桁杆件上固定第二节点板，将第二节点板和斜杆通过高强螺栓固定，在主桁杆件或横杆上固定第一节点板，将第一节点板和斜杆之间通过临时螺栓和冲钉临时连接；架设过程中，斜杆在第一节点板的长圆孔处发生微量移动，释放恒载内力；待桥梁恒载全部施加完成后，将临时螺栓和冲钉全部更换为高强螺栓紧固。

10.如权利要求9所述的施工方法，其特征是，所述冲钉数量不多于临时螺栓数量的30％；斜杆与第一节点板连接处设置的临时螺栓和冲钉数量之和不少于长圆孔数量的1/3。