CN111455815B - 一种板壳式大跨度轻量机械化桥结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种板壳式大跨度轻量机械化桥结构，包括导梁和桥体，采用模块化分节设计，每节的长度由载具、桥体总长及计算优化结果等方面因素确定，便于桥体运输和快速架桥。桥体与导梁均采用横向钢板夹层结构和纵向钢板夹层结构，一方面可以满足减重需求，另一方面需要增加桥体的抗弯截面系数，满足变形要求，纵向钢板夹层结构承受主要载荷，增加抗弯系数，横向钢板夹层结构增加屈曲稳定性，可以提高屈曲安全系数。

Description

一种板壳式大跨度轻量机械化桥结构

技术领域

本发明涉及机械化桥领域，尤其适合于对于架桥速度、桥体重量有要求的救灾抢险领域。具体地说，是指一种具有板壳式特点、模块化设计、架设速度快的轻量化机械桥。

背景技术

在救灾抢险过程中，时间是制约受灾人员存活率的关键因素。对于地震等自然灾害的救援经验表明，在24小时内救出的人员，其存活率在90％左右；在24～48小时内救出的人员，其存活率则下降至约60％；而在48～72小时内救出的人员，其存活率仅约为30％。

使用大型机械能够显著地提高救援效率。但是，自然灾害不但带来了人员伤亡及经济损失，对于地形地貌往往也有不同程度的影响，并且，天然存在的河流、沟壑等因素同样制约了大型救援机械的到达受灾现场的时间。目前，在救灾抢险过程中，较短距离的机械化桥多多为厚钢板结构，大跨度的机械化桥均为传统桁架结构，这类结构具有的共同特点是单位长度的重量较大，对配套的运输设施及架桥设施均有较高要求。

传统的桁架式机械化桥已经出现70余年，多基于材料力学中的经典梁单元理论进行设计，在减重方面，多依赖于材料性能的提高，结构上，已经很难进行突破。

本发明即针对该种情况，根据有限元理论，依托现代计算机技术，抛弃了桁架结构，转而创新性的采用横板和隔板即板壳式结构，根据分析，在同样跨度下，在满足强度、变形及屈曲稳定性的前提下，能大大减少桥体重量。

发明内容

针对现有技术的上述缺点和不足，本发明提供了一种板壳式大跨度轻量机械化桥结构，桥的长度方向采用分节模块化设计，每节的长度由载具、桥体总长及计算优化结果等方面因素确定，不同于传统机械化桥为桁架结构，板壳式轻量机械化桥多采用钢板夹层结构，一方面可以满足减重需求，另一方面增加了桥体的抗弯截面系数，满足变形要求，纵向钢板夹层结构承受主要载荷，增加抗弯系数，横向钢板夹层结构增加屈曲稳定性，可以提高屈曲安全系数。本发明的板壳式大跨度轻量机械化桥结构，有效减少机械化桥的桥体重量，同时满足使用过程中强度、变形要求及屈曲稳定性要求。

为实现上述技术目的，本发明采取以下解决方案：

一种板壳式大跨度轻量机械化桥结构，至少包括导梁和桥体，机械化桥在架设过程中，所述导梁铺设完毕后，所述导梁作为铺设所述桥体的轨道；机械化桥在使用过程中，所述导梁用以增加机械化桥的稳定性，其特征在于，所述导梁和桥体在长度方向上均为分节模块式结构，各分节桥体与各分节导梁的长度相当，其中，

--所述分节导梁呈中空箱体结构，包括平行且在高度方向上间隔布置的导梁顶板、导梁底板以及固定设置在所述导梁顶板与导梁底板之间的左、右导梁侧板，所述左、右导梁侧板均沿竖直方向布置，所述导梁顶板、导梁底板、左右导梁侧板围成所述中空箱体结构，其中，

所述导梁顶板、导梁底板均为横向钢板夹层结构，分别包括沿导梁长度方向延伸的上、下水平钢板，上、下水平钢板之间沿导梁宽度方向间隔布置多个竖直钢板，且各竖直钢板均沿导梁长度方向延伸；

所述左、右导梁侧板均为纵向钢板夹层结构，分别包括沿导梁长度方向延伸的两间隔布置的竖直钢板，两竖直钢板之间沿导梁高度方向间隔布置多个水平钢板，且各水平钢板均沿导梁长度方向延伸；

--所述分节桥体，包括一顶部桥板以及固定设置在所述顶部桥板底面上并沿桥体跨度方向布置在所述顶部桥板两侧的左、右跨体，所述左、右跨体之间的宽度与分节导梁的宽度相适配，使得在使用时分节桥体在宽度方向上跨设在所述导梁上，其中，

所述顶部桥板为横向钢板夹层结构，包括沿桥体长度方向延伸的上、下水平钢板，上、下水平钢板之间沿桥体宽度方向间隔布置多个竖直钢板，且各竖直钢板均沿桥体长度方向延伸；

所述左、右跨体均为顶部开口的中空箱体结构，分别包括左右竖直侧板以及位于左右竖直侧板之间的多层间隔布置的水平隔板，其中，左右竖直侧板均为纵向钢板夹层结构，分别包括沿桥体长度方向延伸的两间隔布置的竖直钢板，两竖直钢板之间沿桥体高度方向间隔布置多个水平钢板，且各水平钢板均沿桥体长度方向延伸；每层水平隔板均为横向钢板夹层结构，至少包括沿桥体长度方向延伸的上、下水平钢板，上、下水平钢板之间沿桥体宽度方向间隔布置多个竖直钢板，且各竖直钢板均沿桥体长度方向延伸。

优选地，每一所述分节导梁还包括至少一在高度方向上位于所述导梁顶板与导梁底板之间并与二者平行布置的中间隔板，且所述中间隔板的钢板夹层结构与所述导梁顶板、导梁底板相同。

优选地，每一所述分节导梁、分节桥体的长度至少根据载具、桥体总长等因素确定，以便于桥体的运输。

优选地，每一分节桥体的左、右跨体中，位于跨体底部的水平隔板，其横向钢板夹层结构还包括至少一层沿桥体长度方向延伸的中间水平钢板，相邻两层水平钢板之间沿桥体宽度方向间隔布置多个竖直钢板，且各竖直钢板均沿桥体长度方向延伸。

本发明的上述板壳式大跨度轻量机械化桥结构，在设计桥的过程中，采用多层钢板夹层结构，有效减少了机械化桥的桥体重量；并且桥的长度方向采用模块化设计，将桥体分节，每节的长度由载具、桥体总长及计算优化的结果等方面的因素确定，使用分节的模块化设计手段便于桥体的运输；整个轻量化桥由两部分组成，导梁部分及桥体部分，导梁部分一方面充当架设过程中的轨道，另一方面在使用过程中增加桥的稳定性，采用导梁设计，便于整个轻量化桥的假设。

本发明的上述板壳式大跨度轻量机械化桥结构，在设计机械化桥的过程中，需要依据相关设计要求，根据载荷分布形式来优化轻量机械化桥的截面形式。具体而言，为了满足变形要求，需要增加轻量化桥横截面的抗弯刚度系数，因此在桥体的上下部分增加了多层钢板；考虑所承受的轮式或履带式载荷的轮距及重量等因素，在桥体中间设计了两道纵向钢板夹层结构，利用该两道纵向钢板夹层结构来承受主要载荷；为了增加桥体的屈曲稳定性，在桥体的多层板结构中间，加入了两道横向钢板夹层结构，利用该两道横向钢板夹层结构来提高屈曲系数。导梁为箱体结构，通过设置多层竖直钢板增加了导梁的抗弯截面系数，在纵向钢板夹层结构中设置多层横向钢板结构是为了提高屈曲稳定性。此外，为了满足强度要求，可根据载荷形式适当调整钢板的厚度。

同现有技术相比，本发明具有显著的技术优点：(1)本发明的大跨度轻量机械化桥结构，在长度方向上通过采用分节模块化设计，每节的长度由载具、桥体总长及计算优化结果等方面因素确定，便于桥体的运输和快速架桥；(2)本发明的大跨度轻量机械化桥结构，不同于传统机械化桥为桁架结构，板壳式轻量机械化桥多采用横向钢板夹层结构和纵向钢板夹层结构，一方面可以满足减重需求，另一方面增加了桥体的抗弯截面系数，满足变形要求，纵向钢板夹层结构承受主要载荷，增加抗弯系数，横向钢板夹层结构增加屈曲稳定性，可以提高屈曲安全系数，同时还具有结构简单、操作简便、便于运输等优点；(3)本发明的轻量机械化桥结构针对性强、实际可操作性高、适合工程应用。

附图说明

图1桥体横截面结构示意图；

图2导梁横截面结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的结构、技术方案作进一步的具体描述，给出本发明的一个实施例。

如图1所示，本发明的板壳式大跨度轻量机械化桥结构，至少包括导梁1和桥体2，机械化桥在架设过程中，导梁1铺设完毕后，导梁1作为铺设桥体2的轨道；机械化桥在使用过程中，导梁1用以增加机械化桥的稳定性。导梁1和桥体2在长度方向上均为分节模块式结构，各分节桥体与各分节导梁的长度相当，每一分节导梁、分节桥体的长度至少根据载具、桥体总长等因素确定，以便于桥体的运输。

如图2所示，分节导梁1呈中空箱体结构，包括平行且在高度方向上间隔布置的导梁顶板11、导梁底板12以及固定设置在导梁顶板11与导梁底板12之间的左、右导梁侧板13，导梁顶板11与导梁底板12之间还设置中间隔板14，左、右导梁侧板13均沿竖直方向布置，导梁顶板11、导梁底板12、左右导梁侧板13围成中空箱体结构，其中，导梁顶板11、导梁底板12、中间隔板14均为横向钢板夹层结构，分别包括沿导梁长度方向延伸的上、下水平钢板，上、下水平钢板之间沿导梁宽度方向间隔布置多个竖直钢板，且各竖直钢板均沿导梁长度方向延伸；左、右导梁侧板13均为纵向钢板夹层结构，分别包括沿导梁长度方向延伸的两间隔布置的竖直钢板，两竖直钢板之间沿导梁高度方向间隔布置多个水平钢板，且各水平钢板均沿导梁长度方向延伸。

如图1所示，分节桥体2包括一顶部桥板21以及固定设置在顶部桥板21底面上并沿桥体跨度方向布置在顶部桥板两侧的左、右跨体，左、右跨体之间的宽度与分节导梁的宽度相适配，使得在使用时分节桥体在宽度方向上跨设在导梁上，其中，顶部桥板21为横向钢板夹层结构，包括沿桥体长度方向延伸的上、下水平钢板，上、下水平钢板之间沿桥体宽度方向间隔布置多个竖直钢板，且各竖直钢板均沿桥体长度方向延伸；左、右跨体均为顶部开口的中空箱体结构，分别包括左右竖直侧板22以及位于左右竖直侧板22之间的多层间隔布置的水平隔板23，其中，左右竖直侧板22均为纵向钢板夹层结构，分别包括沿桥体长度方向延伸的两间隔布置的竖直钢板，两竖直钢板之间沿桥体高度方向间隔布置多个水平钢板，且各水平钢板均沿桥体长度方向延伸；每层水平隔板23均为横向钢板夹层结构，至少包括沿桥体长度方向延伸的上、下水平钢板，上、下水平钢板之间沿桥体宽度方向间隔布置多个竖直钢板，且各竖直钢板均沿桥体长度方向延伸。位于跨体底部的水平隔板24，其横向钢板夹层结构还包括至少一层沿桥体长度方向延伸的中间水平钢板，相邻两层水平钢板之间沿桥体宽度方向间隔布置多个竖直钢板，且各竖直钢板均沿桥体长度方向延伸。

在使用本发明所提出的板壳式大跨度轻量机械化桥过程中，架设过程简单叙述如下：

首先，使用若干载具如卡车等运输若干段分节导梁与分节桥体，抵达事故(灾难)现场；

之后，使用紧固件将各分节导梁依次连接起来，并利用架桥车将连接后的导梁牵引至路障对面，并将导梁固定至路障地面两端；

然后，将分节桥体逐一放置在导梁上，利用滑轮或牵引装置逐一推向路障对面，之后使用紧固件将分节桥体依次连接起来，架设完成。

通过上述实施例，完全有效地实现了本发明的目的。该领域的技术人员可以理解本发明包括但不限于附图和以上具体实施方式中描述的内容。虽然本发明已就目前认为最为实用且优选的实施例进行说明，但应知道，本发明并不限于所公开的实施例，任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (4)

1.一种板壳式大跨度轻量机械化桥结构，至少包括导梁和桥体，机械化桥在架设过程中，所述导梁铺设完毕后，所述导梁作为铺设所述桥体的轨道；机械化桥在使用过程中，所述导梁用以增加机械化桥的稳定性，其特征在于，

所述导梁和桥体在长度方向上均为分节模块式结构，各分节桥体与各分节导梁的长度相当，其中，

--所述分节导梁呈中空箱体结构，包括平行且在高度方向上间隔布置的导梁顶板、导梁底板以及固定设置在所述导梁顶板与导梁底板之间的左、右导梁侧板，所述左、右导梁侧板均沿竖直方向布置，所述导梁顶板、导梁底板、左右导梁侧板围成所述中空箱体结构，其中，

所述导梁顶板、导梁底板均为横向钢板夹层结构，分别包括沿导梁长度方向延伸的上、下水平钢板，上、下水平钢板之间沿导梁宽度方向间隔布置多个竖直钢板，且各竖直钢板均沿导梁长度方向延伸；

所述左、右导梁侧板均为纵向钢板夹层结构，分别包括沿导梁长度方向延伸的两间隔布置的竖直钢板，两竖直钢板之间沿导梁高度方向间隔布置多个水平钢板，且各水平钢板均沿导梁长度方向延伸；

--所述分节桥体，包括一顶部桥板以及固定设置在所述顶部桥板底面上并沿桥体跨度方向布置在所述顶部桥板两侧的左、右跨体，所述左、右跨体之间的宽度与分节导梁的宽度相适配，使得在使用时分节桥体在宽度方向上跨设在所述导梁上，其中，

所述顶部桥板为横向钢板夹层结构，包括沿桥体长度方向延伸的上、下水平钢板，上、下水平钢板之间沿桥体宽度方向间隔布置多个竖直钢板，且各竖直钢板均沿桥体长度方向延伸；

所述左、右跨体均为顶部开口的中空箱体结构，分别包括左右竖直侧板以及位于左右竖直侧板之间的多层间隔布置的水平隔板，其中，左右竖直侧板均为纵向钢板夹层结构，分别包括沿桥体长度方向延伸的两间隔布置的竖直钢板，两竖直钢板之间沿桥体高度方向间隔布置多个水平钢板，且各水平钢板均沿桥体长度方向延伸；每层水平隔板均为横向钢板夹层结构，至少包括沿桥体长度方向延伸的上、下水平钢板，上、下水平钢板之间沿桥体宽度方向间隔布置多个竖直钢板，且各竖直钢板均沿桥体长度方向延伸；

--所述板壳式大跨度轻量机械化桥在架设时，首先使用紧固件将各所述分节导梁依次连接，并利用架桥车将连接后的导梁牵引至路障对面，并将导梁固定至路障地面两端；之后，将各所述分节桥体逐一放置在导梁上，利用牵引装置逐一推向路障对面，之后使用紧固件将各所述分节桥体依次连接，从而完成机械化桥的架设。

2.根据权利要求1所述的板壳式大跨度轻量机械化桥结构，其特征在于，每一所述分节导梁还包括至少一在高度方向上位于所述导梁顶板与导梁底板之间并与二者平行布置的中间隔板，且所述中间隔板的钢板夹层结构与所述导梁顶板、导梁底板相同。

3.根据权利要求1所述的板壳式大跨度轻量机械化桥结构，其特征在于，每一所述分节导梁、分节桥体的长度至少根据载具、及桥体总长确定，以便于桥体的运输。

4.根据权利要求1所述的板壳式大跨度轻量机械化桥结构，其特征在于，每一分节桥体的左、右跨体中，位于跨体底部的水平隔板，其横向钢板夹层结构还包括至少一层沿桥体长度方向延伸的中间水平钢板，相邻两层水平钢板之间沿桥体宽度方向间隔布置多个竖直钢板，且各竖直钢板均沿桥体长度方向延伸。

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