CN113502725A - 一种装配式钢木组合拱桥结构及其构建方法 - Google Patents

Abstract

一种装配式钢木组合拱桥结构及其构建方法，本发明涉及桥梁建造技术领域，它由若干个空间十二面体依次相连而成；空间十二面体包含若干个角部连接件和结构杆件单元；角部连接件包含三向连接件和四向连接件；结构杆件单元包含单体结构杆和分体结构杆；分体结构杆为对称并利用榫卯结构活动插设连接的两个半圆柱体结构制成；同一个空间十二面体中相邻的三根单体结构杆均利用三向连接件连接；位于相邻的两个空间十二面体连接面位置处的五个四向连接件上均分别连接两根单体结构杆和两根分体结构杆。多样化，受力情况良好，且具有优异的结构稳定性，结合轻质高强材料，使得其自重轻，兼具空间利用率和造型优美的同时、打破传统桥梁结构形式。

Description

一种装配式钢木组合拱桥结构及其构建方法

技术领域

本发明涉及桥梁建造技术领域，具体涉及一种装配式钢木组合拱桥结构及其构建方法。

背景技术

桥梁是一种用来跨越障碍而建造的结构，按形式和构造其主要分为梁式桥、桁架桥、拱式桥、斜拉桥、悬索桥等。当前桥梁结构形式较为传统，缺乏突破。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供了一种装配式钢木组合拱桥结构及其构建方法，多样化，受力情况良好，且具有优异的结构稳定性，结合轻质高强材料，使得其自重轻，兼具空间利用率和造型优美的同时、打破传统桥梁结构形式。

为达到上述目的，本发明所述的装配式钢木组合拱桥结构，它由若干个空间十二面体依次相连而成；所述空间十二面体包含若干个角部连接件和结构杆件单元；

所述角部连接件包含三向连接件和四向连接件；

所述结构杆件单元包含单体结构杆和分体结构杆；所述分体结构杆为对称并利用榫卯结构活动插设连接的两个半圆柱体结构制成；

同一个空间十二面体中相邻的三根单体结构杆均利用三向连接件连接；

位于相邻的两个空间十二面体连接面位置处的五个四向连接件上均分别连接两根单体结构杆和两根分体结构杆。

优选地，位于两端部的两个空间十二面体中的其中一个平面框架分别固定在左右两个桥梁支座上。

优选地，所述的三向连接件、四向连接件、单体结构杆和分体结构杆上均贯穿开设有螺栓孔。

优选地，位于拱桥结构拱顶位置处的空间十二面体的每个面均为正五边形平面框架。

本发明所述的装配式钢木组合拱桥的构建方法，它的操作步骤如下：

步骤一、在结构设计阶段，需根据地形条件与实际跨度确定拱桥所需的角部连接件、结构杆件单元的尺寸参数及空间十二面体的空间构建与延展方向，调整结构杆件单元的数量；具体操作如下：

首先，确定结构杆件单元的长度，即已知河流具体跨度确定桥梁主梁跨度，由主梁跨度L除以空间十二面体初定使用个数后确定选取何种尺度空间十二面体，由几何关系确定构成空间十二面体的结构杆件单元的长度；

其次，由桥梁航道通行的净高要求确定拱桥矢高H，即由相邻的空间十二面体的连接面位置来确定拱桥矢高H，从而确定拱桥的拱曲线；

最后，根据实际桥梁使用需求，在多个空间十二面体所组成的拱形空间内选择合适路径铺设桥面，实现桥梁通行功能；

步骤二、在施工装配阶段，根据分别确定分体结构杆以及四向连接件的个数及尺寸，将设计图纸传给预制结构加工工厂，工厂根据图纸完成施工所需三向连接件、四向连接件、单体结构杆和分体结构杆的全部预制；

步骤三、实际施工时，待三向连接件、四向连接件、单体结构杆和分体结构杆运输至现场后，即可开始装配；因该结构形式为中心对称结构，桥梁支座的两边同时从下至上进行装配建造，即从桥梁支座安置第一个空间十二面体，并在其连接面利用五个四向连接件和五根分体结构杆进入第二个空间十二面体的构建，随后根据施工图纸，完成拱桥两侧半跨结构的安装；在两个半跨桥梁中心位置安装跨中最后的空间十二面体，分别连接两个互成中心对称的半跨桥，最终完成拱桥建造。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过对结构杆件单元的构建与在所形成的空间多面体中多样化自由拼接，即在空间多面体的各面方向上进行装配式连接，可以实现对最终桥梁结构矢高、跨度以及桥面幅值延展的可变性，打破了传统桥梁结构过于平面化、单一化的弊端；

2、提出结构杆件单元装配式拱桥拼装概念，即该类新型桥梁结构均可用单元化的木结构杆系单元进行组装，进一步开发和利用单元化装配概念可形成的多种平面形式或空间多面体构建的拼装规律，从而设计出更多结构新颖的新型桥梁形式；

3、提出由结构杆件单元拼装组成的拱桥结构在保持空间结构不变的情况下，整体尺寸变化可根据实际工程对使用空间的需要进行调整，可以较好地解决桥梁跨度问题及桥梁环境地域复杂性问题，提高结构空间利用率和环境自适应性；

4、提出的该桥梁结构具有较好的建筑空间，同时正多面体结构稳定，受力传力途径合理，有较好的结构性能优势；

5、该桥梁结构单元体截面形式采用实心圆形截面木杆（单体结构杆和分体结构杆），杆系结构形式大大减少了桥梁自重，也加大了桥梁上部结构的利用空间，同时杆系结构可大大满足桥梁的防汛泄洪要求；

6、该桥梁为装配式钢木结构桥梁，结构杆件单元为木杆，故各结构杆件单元可在工厂中完成预制，方便在施工现场快速装配；同时，各结构杆件单元连接节点处采用了由钢材制成的角部连接件，用以连接空间中各汇交杆系，并以螺栓连接加强节点；此外，连接面处所采用的分体结构杆在保留木结构榫卯连接、减少相应节点连接的同时，加以螺栓连接，具有高度的工业化、机械化和组装的性能，提高了施工效率，也增强了连接的强度与刚度。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中单体结构杆的结构示意图。

图3是本发明中分体结构杆的结构示意图。

图4是本发明中三向连接件的结构示意图。

图5是本发明中四向连接件的结构示意图。

图6是本发明中空间十二面体的连接面以及该连接面位置处的角部连接件结构示意图。

附图标记说明：

角部连接件1、三向连接件1-1、四向连接件1-2、结构杆件单元2、单体结构杆2-1、分体结构杆2-2、桥梁支座3、螺栓孔4。

具体实施方式：

下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，以描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员在没有做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。

如图1-图6所示，本具体实施方式所述的装配式钢木组合拱桥结构，它由若干个空间十二面体依次相连而成；所述空间十二面体包含若干个角部连接件1和结构杆件单元2；

所述角部连接件1包含三向连接件1-1和四向连接件1-2；

所述结构杆件单元2包含单体结构杆2-1和分体结构杆2-2；所述分体结构杆2-2为对称并利用榫卯结构活动插设连接的两个半圆柱体结构制成，即两个半圆柱体结构的连接面上分别设置有相互插接的榫卯槽与榫卯块；

所述三向连接件1-1、四向连接件1-2、单体结构杆2-1和分体结构杆2-2上均贯穿开设有螺栓孔4；

同一个空间十二面体中相邻的三根单体结构杆2-1均利用三向连接件1-1连接，且连接处均利用螺栓连接固定；

位于相邻的两个空间十二面体连接面位置处的五个四向连接件1-2上均分别连接两根单体结构杆2-1和两根分体结构杆2-2，且连接处均利用螺栓连接固定。

作为优选方案，位于两端部的两个空间十二面体中的其中一个平面框架分别利用螺栓连接固定在左右两个桥梁支座3上。

作为优选方案，更进一步地，位于拱桥结构拱顶位置处的空间十二面体的每个面均为正五边形平面框架。

本具体实施方式所述的装配式钢木组合拱桥的构建方法，它的操作步骤如下：

步骤一、在结构设计阶段，需根据地形条件与实际跨度确定拱桥所需的角部连接件1、结构杆件单元2的尺寸参数及空间十二面体的空间构建与延展方向，调整结构杆件单元2的数量；具体操作如下：

首先，确定结构杆件单元2的长度，即已知河流具体跨度确定桥梁主梁跨度，由主梁跨度L除以空间十二面体初定使用个数后确定选取何种尺度空间十二面体，由几何关系确定构成空间十二面体的结构杆件单元2的长度；

其次，由桥梁航道通行的净高要求确定拱桥矢高H，即由相邻的空间十二面体的连接面位置来确定拱桥矢高H，从而确定拱桥的拱曲线；

最后，根据实际桥梁使用需求，在多个空间十二面体所组成的拱形空间内选择合适路径铺设桥面，实现桥梁通行功能；

步骤二、在施工装配阶段，根据分别确定分体结构杆2-2以及四向连接件1-2的个数及尺寸，将设计图纸传给预制结构加工工厂，工厂根据图纸完成施工所需三向连接件1-1、四向连接件1-2、单体结构杆2-1和分体结构杆2-2的全部预制；

步骤三、实际施工时，待三向连接件1-1、四向连接件1-2、单体结构杆2-1和分体结构杆2-2运输至现场后，即可开始装配；因该结构形式为中心对称结构，桥梁支座3的两边同时从下至上进行装配建造，即从桥梁支座3安置第一个空间十二面体，并在其连接面利用五个四向连接件1-2和五根分体结构杆2-2进入第二个空间十二面体的构建，随后根据施工图纸，完成拱桥两侧半跨结构的安装；在两个半跨桥梁中心位置安装跨中最后的空间十二面体，分别连接两个互成中心对称的半跨桥，最终完成拱桥建造。

采用上述结构后，本具体实施方式的有益效果如下：本具体实施方式中的桥梁中心的空间十二面体依然为各面由角部连接件和结构杆件单元拼接而成的平面五边形组成的十二面体，在拱桥中相当于拱心部分，其构造原理借鉴细胞生长理念，即以两中心对称的半跨桥梁结构相对的两面为连接面，根据正十二面体的生长形成方式构成连接两半跨桥梁的空间十二面体；中间拱顶的空间十二面体的各面均为正五边形，可根据几何关系确定其尺寸进行预制安装；装配式钢木多面体组合拱桥结构适用于中小型人行拱桥，其本身结构所受荷载主要为人行荷载，作用较小且不复杂，同时其兼具木结构质量小、弹性好、顺纹强度大、抗震性能好的优势，故具有优良的力学性能。

对于本领域的技术人员来说，其可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改、部分技术特征的等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种装配式钢木组合拱桥结构，其特征在于：它由若干个空间十二面体依次相连而成；所述空间十二面体包含若干个角部连接件（1）和结构杆件单元（2）；

所述角部连接件（1）包含三向连接件（1-1）和四向连接件（1-2）；

所述结构杆件单元（2）包含单体结构杆（2-1）和分体结构杆（2-2）；所述分体结构杆（2-2）为对称并利用榫卯结构活动插设连接的两个半圆柱体结构制成；

同一个空间十二面体中相邻的三根单体结构杆（2-1）均利用三向连接件（1-1）连接；

位于相邻的两个空间十二面体连接面位置处的五个四向连接件（1-2）上均分别连接两根单体结构杆（2-1）和两根分体结构杆（2-2）。

2.根据权利要求1所述的一种装配式钢木组合拱桥结构，其特征在于：位于两端部的两个空间十二面体中的其中一个平面框架分别固定在左右两个桥梁支座（3）上。

3.根据权利要求1所述的一种装配式钢木组合拱桥结构，其特征在于：所述的三向连接件（1-1）、四向连接件（1-2）、单体结构杆（2-1）和分体结构杆（2-2）上均贯穿开设有螺栓孔（4）。

4.根据权利要求1所述的一种装配式钢木组合拱桥结构，其特征在于：位于拱桥结构拱顶位置处的空间十二面体的每个面均为正五边形平面框架。

5.一种装配式钢木组合拱桥的构建方法，其特征在于，它的操作步骤如下：

步骤（一）、在结构设计阶段，需根据地形条件与实际跨度确定拱桥所需的角部连接件（1）、结构杆件单元（2）的尺寸参数及空间十二面体的空间构建与延展方向，调整结构杆件单元（2）的数量；具体操作如下：

首先，确定结构杆件单元（2）的长度，即已知河流具体跨度确定桥梁主梁跨度，由主梁跨度除以空间十二面体初定使用个数后确定选取何种尺度空间十二面体，由几何关系确定构成空间十二面体的结构杆件单元（2）的长度；

其次，由桥梁航道通行的净高要求确定拱桥矢高，即由相邻的空间十二面体的连接面位置来确定拱桥矢高，从而确定拱桥的拱曲线；

最后，根据实际桥梁使用需求，在多个空间十二面体所组成的拱形空间内选择合适路径铺设桥面，实现桥梁通行功能；

步骤（二）、在施工装配阶段，根据分别确定分体结构杆（2-2）以及四向连接件（1-2）的个数及尺寸，将设计图纸传给预制结构加工工厂，工厂根据图纸完成施工所需三向连接件（1-1）、四向连接件（1-2）、单体结构杆（2-1）和分体结构杆（2-2）的全部预制；

步骤（三）、实际施工时，待三向连接件（1-1）、四向连接件（1-2）、单体结构杆（2-1）和分体结构杆（2-2）运输至现场后，即可开始装配；因该结构形式为中心对称结构，桥梁支座（3）的两边同时从下至上进行装配建造，即从桥梁支座（3）安置第一个空间十二面体，并在其连接面利用五个四向连接件（1-2）和五根分体结构杆（2-2）进入第二个空间十二面体的构建，随后根据施工图纸，完成拱桥两侧半跨结构的安装；在两个半跨桥梁中心位置安装跨中最后的空间十二面体，分别连接两个互成中心对称的半跨桥，最终完成拱桥建造。

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