CN113152246A - 一种适用于双层悬索桥钢桁加劲梁结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于双层悬索桥钢桁加劲梁结构，其包括：上下设置的上层桥面系和下层桥面系，以及沿纵桥向设置的主桁架；所述主桁架包括：平行设置的上弦杆和下弦杆、以及与所述上弦杆和下弦杆垂直设置的多个竖杆；所述上弦杆沿纵桥向与所述上层桥面系连接；所述下弦杆沿纵桥向与所述下层桥面系连接；所述竖杆的横断面为工字型结构，且所述工字型结构的翼缘板与所述主桁架的轴向面垂直设置。有效解决了超宽桁架所带来的竖杆腹板受力问题，大大节省了钢材，提高结构经济性。

Description

一种适用于双层悬索桥钢桁加劲梁结构

技术领域

本发明涉及桥梁工程领域，特别涉及一种适用于双层悬索桥钢桁 加劲梁结构及施工方法。

背景技术

由于超宽悬索桥桥面系横向跨度大，在桥面系恒载以及车辆活载 的作用下，在桥面系与主桁连接部位由于腹杆固端约束作用而产生了 巨大的面外弯矩，此面外弯矩主要由腹杆承受；为了方便竖杆与主桁 的连接，目前H型竖杆翼缘板一般设置于主桁面内，竖杆面外为强轴， 面内为弱轴，这进一步加剧了巨大的面外弯矩这一不利效应，而悬索 桥腹杆所受轴力较小，腹杆均由面外弯矩控制设计，造成了竖杆材料 的大量浪费。

目前相关技术中，一方面通过使桥面系采用密横梁体系，尽量分 散作用于节点处面外力，降低竖杆面外弯矩数值，而对于超宽钢桁梁 而言，由于横梁跨度大导致竖向弯矩大，横梁截面需要足够强大才能 满足受力要求，同时横梁纵向间距一般在3m左右，布置较密，造成桥 面系整体经济性较差；另一方面通过加强竖杆截面，提高竖杆面外抗 弯能力。但由于竖杆面外弯矩随竖杆刚度也随之增加，竖杆应力水平 降低有限，效率较低，容易造成截面增加内力不断变大的恶性循环。 因此目前针对超宽双层悬索桥钢桁梁结构的施工存在材料浪费严重的 问题，亟需找到有效措施解决超宽桁架所带来的受力问题，提高结构经济性。

发明内容

本发明实施例提供一种适用于双层悬索桥钢桁加劲梁结构，使超 宽双层钢桁梁的结构受力更合理，以节省钢材，提高桥梁的经济性指 标。

第一方面，提供了一种适用于双层悬索桥钢桁加劲梁结构，其包 括：上下设置的上层桥面系和下层桥面系，以及沿纵桥向设置的主桁 架；所述主桁架包括：平行设置的上弦杆和下弦杆、以及与所述上弦 杆和下弦杆垂直设置的多个竖杆；所述上弦杆沿纵桥向与所述上层桥 面系连接；所述下弦杆沿纵桥向与所述下层桥面系连接；所述竖杆的 横断面为工字型结构，且所述工字型结构的翼缘板与所述主桁架的轴 向面垂直设置。

一些实施例中，沿纵桥向的所述竖杆之间设有斜杆，且所述斜杆 的上端与所述上弦杆连接，所述斜杆的下端与所述下弦杆连接；至少 部分相邻所述斜杆的交接处不设置竖杆。

一些实施例中，所述钢桁加劲梁结构上设有多个吊点；所述竖杆 设置于所述吊点对应的上弦杆节点处；所述斜杆的交接处中，不是吊 点的所述交接处不设置竖杆。

一些实施例中，述竖杆与所述上弦杆和下弦杆的连接处分别设有 节点板；所述节点板固定于所述上弦杆和下弦杆的侧板；所述翼缘板 的宽度在上、下端部逐渐加宽，以使其的上、下端部与对应的节点板 垂直相接。

一些实施例中，所述工字型结构的腹板的上端部和下端部分别与 对应的所述上弦杆和下弦杆保持一定距离d，且所述距离d小于或等于 所述节点板的高度；所述工字型结构的腹板的上端部和下端部呈燕尾 板结构。

一些实施例中，所述工字型结构的腹板为高强度钢结构。

一些实施例中，沿横桥向对应的两所述竖杆之间设有横联；所述 横联包括与所述上层桥面系连接的斜撑杆，以及与所述竖杆连接的横 撑杆。

一些实施例中，所述横联还包括垂直于所述横撑杆设置的中吊杆； 所述中吊杆的上、下端分别与所述横撑杆和所述下层桥面系连接。

一些实施例中，所述中吊杆设于所述横撑杆的中部；中吊杆的长 度略短于所述横撑杆和所述下层桥面系之间的最短垂直距离。

一些实施例中，所述上层桥面系和下层桥面系均为纵横梁结构； 所述上层桥面系包括上层桥面板以及若干分别沿纵桥向和横桥向布置 的上层桥面纵梁和上层桥面横梁；所述下层桥面板包括下层桥面板以 及若干分别沿纵桥向和横桥向布置的下层桥面纵梁和下层桥面横梁。

本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：本发明实施例提供 了一种适用于双层悬索桥钢桁加劲梁结构，由于竖杆翼缘板与主桁架 的轴向面垂直设置，将竖杆面内和面外刚度进行置换，使竖杆的面外 刚度大大降低，面外弯矩大幅减少，使主桁架结构受力更合理。因此， 可减小竖杆的截面尺寸，进一步减小截面刚度，节约工程成本，并解 决了针对超宽钢桁梁的竖杆由于面外弯矩过大而难以设计其竖杆截面 的技术难题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例 描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的 附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在 不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的适用于双层悬索桥钢桁加劲梁结构沿 横桥向的截面示意图；

图2为本发明实施例提供的主桁架沿纵桥向的立面示意图；

图3为本发明实施例提供的竖杆与下弦杆的连接结构示意图；

图4为本发明实施例提供的竖杆与下弦杆的连接结构剖视图；

图5为本发明实施例提供的上层桥面系的水平剖视图；

图6为本发明实施例提供的下层桥面系的水平剖视图。

附图标记：1、主桁架；11、上弦杆；12、下弦杆；13、竖杆；14、 斜杆；21、上层桥面系；22、下层桥面系；31、横联；32、中吊杆；101、节点板；102、隔板；121、下弦杆顶板；131、竖杆翼缘板；132、 竖杆腹板；211、上层桥面板；212、上层桥面横肋；213、上层桥面横 梁；214、上层桥面纵梁；221、下层桥面板；222、下层桥面横肋；223、 下层桥面横梁；224、下层桥面纵梁；311、横撑杆；312、斜撑杆；4、 吊点。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、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清楚、 完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不 是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没 有做出创造性劳动的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。

本发明实施例提供了一种适用于双层悬索桥钢桁加劲梁结构，使 超宽双层钢桁梁的结构受力更合理，以节省钢材，提高桥梁的经济性 指标。

如图1、2所示，本发明实施例提供了一种适用于双层悬索桥钢桁 加劲梁结构包括上下设置的上层桥面系21和下层桥面系22，以及沿纵 桥向设置的主桁架1；主桁架1包括：平行设置的上弦杆11和下弦杆 12、以及与所述上弦杆和下弦杆垂直设置的多个竖杆13；上弦杆11 沿纵桥向与上层桥面系21连接；下弦杆12沿纵桥向与下层桥面系22 连接；如图3所示，竖杆13的横断面为工字型结构，且竖杆翼缘板131 与主桁架1的轴向面垂直设置。

需要说明的是，主桁架1的轴向面是指沿纵桥向由上弦杆与下弦 杆所确定的面，竖杆翼缘板131与主桁架1的轴向面垂直设置是指将 竖杆翼缘板131设置在主桁架1的面外方向。

不同于现有技术中将竖杆翼缘板131设置于主桁架1的面内方向 (竖杆腹板132与主桁架1的轴向面垂直设置)，本实施例中将工字 型结构的竖杆13转动90度，将竖杆13面内和面外刚度进行置换，(使 原面外方向由强轴(刚度大)变为弱轴(刚度小)，从而使竖杆13的 面外刚度大大降低，面外弯矩大幅减少，使主桁架结构受力更合理， 可减小竖杆13的截面尺寸，节约工程成本。竖杆13可采用高强度钢 材，减小竖杆13的截面尺寸可进一步减小截面刚度，解决了针对超宽 钢桁梁的竖杆由于面外弯矩过大而难以设计其竖杆截面的技术难题。 可优选地，竖杆13的腹板采用高强度钢，更进一步减小腹板的厚度， 从而进一步减小面外刚度和面外弯矩。

如图1所示，在一些实施例中，钢桁加劲梁结构上设有多个吊点4； 竖杆13设置于吊点4对应的上弦杆11的节点处。进一步地，沿纵桥 向的竖杆13之间设有斜杆14，且斜杆14的上端与上弦杆11连接，斜 杆14的下端与下弦杆12连接；至少部分相邻斜杆14的交接处不设置 竖杆。减少了主桁架1的竖杆数量，节省了工程材料，使主桁架结构 更为简洁，提升了桥梁整体景观效果。可优选地，斜杆14的交接处中， 不是吊点4的交接处不设置竖杆。取消吊点4之间小节点处的竖杆， 传力简单明确，更进一步地减少竖杆数量，使达到最精简的效果。

如图3所示，在一些实施例中，在竖杆13与上弦杆11和下弦杆 12的连接处还设有节点板101；节点板101与上弦杆11和下弦杆12 的侧板在同一平面；竖杆翼缘板131的宽度在上、下端部逐渐加宽， 以使其的上、下端部与对应的节点板101垂直相接。实现了工字型结 构的竖杆13与主桁架1的上弦杆11、下弦杆12进行安全可靠的连接， 使竖杆内力匀顺过度，解决了将竖杆翼缘板131沿主桁架1面外方向 连接的问题，提供了一种全新的工字型结构竖杆与弦杆的连接方式。

如图4所示，(a)为横桥向剖视图，(b)为纵桥向剖视图，在 一些实施例中，竖杆翼缘板131宽度在杆端由宽度b1逐渐加宽至节点 板101内宽b2，并延伸至下弦杆顶板121，在节点板范围内，竖杆翼 缘板131侧边与节点板101焊接，翼缘板131端部与下弦杆顶板121焊接。

如图4所示，在一些实施例中，竖杆腹板132的下端部与下弦杆 12保持一定距离d，且距离d小于或等于节点板101的高度；竖杆腹 板132的下端部呈燕尾板结构。腹板设置为燕尾板结构可进一步使腹 板应力得到匀顺传递。

需要说明的是，竖杆13的上、下端为对称结构，因此可以理解的 是竖杆腹板132的上端部与上弦杆11也保持一定距离d，且距离d小 于或等于节点板101的高度；竖杆腹板132的上端部也呈燕尾板结构。

如图4所示，在一些实施例中，下弦杆12内增设与竖杆翼缘板131 对应的隔板102，对应的在上弦杆11内也设有对应位置的隔板102。 设置隔板102可防止箱体内部受力变形，同时还保证了应力传递匀称。

如图2所示，在一些实施例中，沿横桥向对应的两竖杆13之间设 有横联31；横联31包括与上层桥面系21连接的斜撑杆312，以及与 竖杆13连接的横撑杆311。在节点处设置桁架式的横联，可替代在纵 横梁桥面系节点处所需设置的“大横梁”，可进一步节省钢材，提高 钢桁结合梁的受力效率。

如图2所示，在一些实施例中，横联31还包括垂直于横撑杆311 设置的中吊杆32；中吊杆32的上、下端分别与横撑杆311和下层桥面 系22连接。设置中吊杆32可减小下层桥面节点处下层桥面横肋223 的横向跨度，减小由主桁架1、上层桥面系21和下层桥面系22所构成 的桁架结构的横向框架效应，从而减小竖杆的面外受力。

在一些实施例中，中吊杆32设于横撑杆311的中部；中吊杆32 的长度略短于横撑杆311和下层桥面系22之间的最短垂直距离。

需要说明的是，在制造过程中，可根据需要减小中吊杆32的制造 长度，使其与设计长度(该设计长度一般为横撑杆311和下层桥面系 22之间的最短垂直距离)形成长度差△l。连接中吊杆32时，可先连 接中吊杆32与横联31，然后将下层桥面对应的连接点处(通常为下层 桥面横梁223的中点处)向上顶起高度△l，再将中吊杆32与下层桥 面系22连接起来，由此起到主动反向调节桁架结构(由主桁架1、上 层桥面系21和下层桥面系22所构成的)的横向框架效应的效果。

如图5、6所示，在一些实施例中，上层桥面系21和下层桥面系 22均为纵横梁结构；上层桥面系21包括上层桥面板211以及若干分别 沿纵桥向和横桥向布置的上层桥面纵梁214和上层桥面横梁213；下层 桥面板22包括下层桥面板221以及若干分别沿纵桥向和横桥向布置的 下层桥面纵梁224和下层桥面横梁223。

需要说明的是，上层桥面系21还包括上层桥面横肋212，下层桥 面系22还包括上层桥面横肋222。所述的纵横梁结构可以是板桁组合 式正交异性桥面板纵横梁整体桥面系。纵横梁可采用Q500qD高强度钢 材，降低桥面系自重导致的腹杆(包括竖杆和斜杆的腹板)面外弯矩。 由于纵横梁体系纵梁设计只需考虑单个重车的影响，而密横梁体系每 道横梁需考虑横向多个重车的影响，而超宽桁架横梁用钢量指标占比 大，故纵横梁体系可以大幅节省桥面系钢材。

如图5、6所示，在一些实施例中，上层桥面横梁213沿横桥向设 置在有吊点4的节点处；上层桥面横肋212间隔一定距离布置在两道 上层桥面横梁213之间，间距3m左右；上层桥面纵梁214沿纵桥向布 置，其横向间距4.5m左右；上层桥面板211设置在上层桥面横肋212、 上层桥面横梁213和上层桥面纵梁214上，共同形成纵横梁桥面体系。

如图5、6所示，在一些实施例中，下层桥面横梁223沿横桥向设 置在有竖杆13的节点处；下层桥面横肋222间隔一定距离布置在两道 下层桥面横梁223之间，间距3m左右；下层桥面纵梁224沿纵桥布置， 其横向间距4.5m左右；下层桥面板221设置在下层桥面横肋222、下 层桥面横梁223和下层桥面纵梁224上，共同形成纵横梁桥面体系。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示 的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于 描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具 有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明 的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连 接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接， 或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连， 也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本 领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明 中的具体含义。

需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的 关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开 来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的 关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体 意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、 物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要 素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。 在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并 不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的 相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理 解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说 将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精 神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限 制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖 特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种适用于双层悬索桥钢桁加劲梁结构，其特征在于，其包括：上下设置的上层桥面系和下层桥面系，以及沿纵桥向设置的主桁架；

所述主桁架包括：平行设置的上弦杆和下弦杆、以及与所述上弦杆和下弦杆垂直设置的多个竖杆；

所述上弦杆沿纵桥向与所述上层桥面系连接；

所述下弦杆沿纵桥向与所述下层桥面系连接；

所述竖杆的横断面为工字型结构，且所述工字型结构的翼缘板与所述主桁架的轴向面垂直设置。

2.如权利要求1所述的适用于双层悬索桥钢桁加劲梁结构，其特征在于：

沿纵桥向的所述竖杆之间设有斜杆，且所述斜杆的上端与所述上弦杆连接，所述斜杆的下端与所述下弦杆连接；

至少部分相邻所述斜杆的交接处不设置竖杆。

3.如权利要求2所述的适用于双层悬索桥钢桁加劲梁结构，其特征在于：

所述钢桁加劲梁结构上设有多个吊点；

所述竖杆设置于所述吊点对应的上弦杆节点处；

所述斜杆的交接处中，不是吊点的所述交接处不设置竖杆。

4.如权利要求1所述的适用于双层悬索桥钢桁加劲梁结构，其特征在于：

在所述竖杆与所述上弦杆和下弦杆的连接处分别设有节点板；

所述节点板固定于所述上弦杆和下弦杆的侧板；

所述翼缘板的宽度在上、下端部逐渐加宽，以使其的上、下端部与对应的节点板垂直相接。

5.如权利要求4所述的适用于双层悬索桥钢桁加劲梁结构，其特征在于：

所述工字型结构的腹板的上端部和下端部分别与对应的所述上弦杆和下弦杆保持一定距离d，且所述距离d小于或等于所述节点板的高度；

所述工字型结构的腹板的上端部和下端部呈燕尾板结构。

6.如权利要求4所述的适用于双层悬索桥钢桁加劲梁结构，其特征在于：

所述工字型结构的腹板为高强度钢结构。

7.如权利要求1所述的适用于双层悬索桥钢桁加劲梁结构，其特征在于：

沿横桥向对应的两所述竖杆之间设有横联；

所述横联包括与所述上层桥面系连接的斜撑杆，以及与所述竖杆连接的横撑杆。

8.如权利要求7所述的适用于双层悬索桥钢桁加劲梁结构，其特征在于：

所述横联还包括垂直于所述横撑杆设置的中吊杆；

所述中吊杆的上、下端分别与所述横撑杆和所述下层桥面系连接。

9.如权利要求8所述的适用于双层悬索桥钢桁加劲梁结构，其特征在于：

所述中吊杆设于所述横撑杆的中部；

中吊杆的长度略短于所述横撑杆和所述下层桥面系之间的最短垂直距离。

10.如权利要求1所述的适用于双层悬索桥钢桁加劲梁结构，其特征在于：所述上层桥面系和下层桥面系均为纵横梁结构；

所述上层桥面系包括上层桥面板以及若干分别沿纵桥向和横桥向布置的上层桥面纵梁和上层桥面横梁；

所述下层桥面板包括下层桥面板以及若干分别沿纵桥向和横桥向布置的下层桥面纵梁和下层桥面横梁。

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