CN205100085U - 一种模块化复合材料-金属组合空间桁架桥 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种模块化复合材料-金属组合空间桁架桥，包括两个平行设置的三角桁架以及固定于两个三角桁架顶部的铝合金桥面板；三角桁架包括下弦杆、一组斜腹杆、一组互相平行的垂向竖杆和一组斜向竖杆；下弦杆间隔相同距离的每个垂直平面上分别连接有一个垂向竖杆和两个斜向竖杆，两个斜向竖杆分别设于垂向竖杆两侧；一组斜腹杆分别连接垂向竖杆顶部和相邻垂向竖杆底部；两个平行设置的三角桁架顶部通过一组加强横梁连接相邻斜向竖杆、底部通过一组横向连杆连接下弦杆，横向连杆的一端通过斜向连杆连接相邻横向连杆的远端。该桁架桥重量小、运输、拼装和架设快捷方便，且可适应不同跨径的障碍，在应急保障中有广阔应用前景。

Description

一种模块化复合材料-金属组合空间桁架桥

技术领域

本实用新型属于工程领域，涉及一种应急桥梁，具体涉及一种轻质、高承载、模块化复合材料-金属组合空间桁架桥。

背景技术

现有的制式应急桥梁装备多数为金属结构，其中包括为数较多的钢结构和为数较少的铝合金结构。虽然钢材具有强度高、塑性和韧性好、各向受力均匀以及设计计算理论成熟等优点，但是钢制桥梁存在自重大、机动性差、运输车辆多和作业劳动强度大等缺陷，难以满足现阶段应机动保障任务不断增强的苛刻需求。如抢险器材中较为常用的装配式公路钢桥，由一系列预制钢桁架片和其它拼装构件组装而成，其单片桁架片的重量约为270kg，自重荷载几乎占整个桥梁设计荷载的约1/4，严重影响了该应急桥梁的承载效率。由于自重较大、拼装连接件数量较多，致使整个桥梁的机动性能差和作业任务大，严重降低了桥梁的拼装和架设效率，不利于应急抢修快速保障作业。

无论从战时角度还是非战争救援行动角度讲，都迫切需要我们寻求新型的应急桥梁装备。结构轻型化、高强化和模块化是应急桥梁装备未来发展的主要方向，新结构的设计、新材料的应用以及新技术工艺的采用是实现结构轻型化的必由之路。轻质的复合材料具有比强度/比模量高、可设计性好、运输架设轻便和耐腐蚀性好等显著优点，其已在民用固定桥梁结构中得到了广泛的应用，比如已建桥梁的加固补强和新建结构的建造。若将这种轻质高强的复合材料应用于应急移动式桥梁器材，可在保证承载能力的前提下降低桥梁自重，提高机动性能和架设速度。

应急桥梁的自重、跨度、结构形式与架设方法等因素之间往往相互影响和制约，所以在应急桥梁设计中需要将材料、结构形式与架设技术作为一个相互影响的整体。鉴于平面和空间桁架的传力机理较为明确、杆件传力路径相对单一，是一种承载效率较高的结构形式。而纤维增强树脂基拉挤复合材料纤维含量高，材料利用率高，具有优异的单向力学性能。若将纤维增强树脂基拉挤型材与桁架结构进行联合设计，则可充分发挥二者的优势，从而达到大幅减重的目的。另外，合理的选材和组合设计同样能够提高桥梁结构的承载力，其中若将复合材料与传统金属材料在结构进行组合设计，可充分发挥不同材料的利用效率，达到继续减重的目的。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的是针对目前制式应急桥梁装备中钢桥的一些不足，如自重大、机动性差、运输车辆多和作业劳动强度大、拼装架设效率低等，将材料、结构形式与架设技术作为一个相互影响的整体，提供一种轻质、高承载、模块化的复合材料-铝组合空间桁架桥。

技术方案：本实用新型提供的一种模块化复合材料-金属组合空间桁架桥，包括两个平行设置的三角桁架以及固定于两个三角桁架顶部的铝合金桥面板；所述三角桁架包括下弦杆、一组斜腹杆、一组互相平行的垂向竖杆和一组斜向竖杆；所述下弦杆间隔相同距离的每个垂直平面上分别连接有一个垂向竖杆和两个斜向竖杆，两个斜向竖杆分别设于垂向竖杆两侧；所述一组斜腹杆分别连接垂向竖杆顶部和相邻垂向竖杆底部；两个平行设置的三角桁架顶部通过一组加强横梁连接相邻斜向竖杆、底部通过一组横向连杆连接下弦杆，横向连杆的一端通过斜向连杆连接相邻横向连杆的远端；所述横向连杆、斜向连杆均为纤维增强树脂基复合材料连杆或铝合金材料连杆，所述下弦杆、斜腹杆、垂向竖杆和斜向竖杆均为纤维增强树脂基复合材料连杆。

两个三角桁梁之间通过上部加强横梁、下部横向连杆和斜向连杆进行连接可以大大增强结构整体抗扭能力。

作为改进，所述加强横梁为工字型钢梁或槽型钢梁。

作为另一种改进，所述横向连杆和斜向连杆采用铰接或固结方式与下弦杆连接；加强横梁与铝合金桥面板采用固结连接。

作为另一种改进，所述下弦杆通过基于预紧力齿连接复合材料管的空间连接结构与横向连杆、斜向连杆、下弦杆、斜腹杆、垂向竖杆和斜向竖杆连接；所述预紧力齿连接复合材料管的空间连接结构包括水平金属管、焊接于水平金属管顶部的竖直金属管、焊接于水平金属管顶部且均匀分布于竖直金属管周围的倾斜金属管、与水平金属管连接且设置于水平面上的横向连杆金属管和斜向连杆金属管；所述水平金属管、竖直金属管和倾斜金属管内壁均设有金属管齿，所述复合材料管上分别设有与金属管齿配合的复合材料管齿；所述复合材料管通过复合材料管齿和金属管齿固定于水平金属管、竖直金属管和倾斜金属管内。

作为进一步改进，所述倾斜金属管与竖直金属管的夹角为-°。

作为进一步改进，所述竖直金属管和倾斜金属管与水平金属管之间通过节点板连接。

作为进一步改进，所述水平金属管、竖直金属管和倾斜金属管分别由两个半圆弧管通过螺栓连接而成。

作为进一步改进，所述金属管齿和复合材料管齿分别为互相配合的一组圆弧状凸起和凹陷；或者所述金属管齿和复合材料管齿分别为一组相互配合的锯齿状结构；或者金属管齿和复合材料管齿分别为一组互相配合的点状凸起和凹陷。

作为进一步改进，所述铝合金桥面板端部设有金属传力顶块，铝合金桥面板在其与下部复合材料杆件交叉位置设有起连接过渡作用的附属金属连接座。

有益效果：本实用新型提供的模块化复合材料-金属组合空间桁架桥相对于现有技术具有以下突出的优势：

1、本实用新型组合空间桁架桥采用双车辙式结构构型，其中每个车辙采用板-桁组合结构的倒三角截面形式桁梁，即将桁架上弦与桥面板部分共同作用形成车辙桁，这种桥跨形式综合了T型梁和传统桁架的优点，可以发挥结构各部分材料的性能，有利于节省材料从而减轻桥跨结构重量；

2、本实用新型组合空间桁架桥采用上部加强横梁以及下部横向和斜向连杆将两个三角桁梁联系起来，增强了桥跨结构的截面整体性和在竖向偏心荷载下的抗扭性能；

3、本实用新型组合空间桁架桥在单个车辙三角桁梁的桥面板和下弦之间沿纵向间隔设置了垂向竖杆，改善了桥面板的受力状态并减轻了桥面板的重量，另外还增强了双车辙整体结构的抗弯和抗扭刚度。

4、本实用新型组合空间桁架桥将轻质高强的纤维增强树脂基复合材料拉挤型材应用于除桥面板之外的所有桁杆单元，可以大幅度降低桥跨结构的自重，极大地提高了该组合空间桁架桥的承载效率。

5、本实用新型组合空间桁架桥采用模块化设计构型，全桥结构由若干个6米长的模块化桥节单元组成，模块化桥节之间采用单双耳接头进行连接。另外，可通过选用不同模块化桥节单元的数量来适应不同跨径的障碍，扩大了该空间桁架桥的使用范围。

6、本实用新型组合空间桁架桥结构重量轻、模块化程度高、连接方便，整个桥跨可借助轻型吊车完成快速拼装和架设，也可采用重型直升机完成整体桥跨的吊运和架设。

附图说明

图1为本实用新型模块化复合材料-金属组合空间桁架桥的结构示意图；

图2为本实用新型模块化复合材料-金属组合空间桁架桥的主视图；

图3为本实用新型模块化复合材料-金属组合空间桁架桥的右视图；

图4为本实用新型模块化复合材料-金属组合空间桁架桥的俯视图；

图5为基于预紧力齿连接复合材料管的空间连接结构的结构示意图；

图6为铝合金桥面板端部的局部放大图；

图7为多个本实用新型模块化复合材料-金属组合空间桁架桥拼接结构示意图；

图8为金属管齿和复合材料管齿分别为互相配合的一组圆弧状凸起和凹陷的局部放大图；

图9为金属管齿和复合材料管齿分别为一组相互配合的锯齿状结构的局部放大图；

图10为金属管齿和复合材料管齿分别为一组互相配合的点状凸起和凹陷的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细描述。本实用新型的保护范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求加以限定。

模块化复合材料-金属组合空间桁架桥，见图1至6，包括两个平行设置的三角桁架1以及固定于两个三角桁架1顶部的铝合金桥面板10；三角桁架1包括下弦杆5、一组斜腹杆6、一组互相平行的垂向竖杆7和一组斜向竖杆8；下弦杆5间隔相同距离的每个垂直平面上分别连接有一个垂向竖杆7和两个斜向竖杆8，两个斜向竖杆8分别设于垂向竖杆7两侧；一组斜腹杆6分别连接垂向竖杆7顶部和相邻垂向竖杆7底部；两个平行设置的三角桁架1顶部通过一组加强横梁2连接相邻斜向竖杆8、底部通过一组横向连杆3连接下弦杆5，横向连杆3的一端通过斜向连杆4连接相邻横向连杆3的远端；横向连杆3、斜向连杆4均为纤维增强树脂基复合材料连杆或铝合金材料连杆，下弦杆5、斜腹杆6、垂向竖杆7和斜向竖杆8均为纤维增强树脂基复合材料连杆。铝合金桥面板10端部设有金属传力顶块11，铝合金桥面板10在其与下部复合材料杆件交叉位置设有起连接过渡作用的附属金属连接座。加强横梁2为工字型钢梁或槽型钢梁。横向连杆3和斜向连杆4采用铰接或固结方式与下弦杆5连接；加强横梁2与铝合金桥面板10采用固结连接。

下弦杆5通过基于预紧力齿连接复合材料管的空间连接结构9与横向连杆3、斜向连杆4、下弦杆5、斜腹杆6、垂向竖杆7和斜向竖杆8连接；预紧力齿连接复合材料管的空间连接结构9包括水平金属管13、焊接于水平金属管13顶部的竖直金属管14、焊接于水平金属管13顶部且均匀分布于竖直金属管14周围的倾斜金属管15、与水平金属管13连接且设置于水平面上的横向连杆金属管19和斜向连杆金属管20；水平金属管13、竖直金属管14和倾斜金属管15内壁均设有金属管齿16，复合材料管12上分别设有与金属管齿16配合的复合材料管齿17；复合材料管12通过复合材料管齿17和金属管齿16固定于水平金属管13、竖直金属管14和倾斜金属管15内；倾斜金属管15与竖直金属管14的夹角为30-60°；竖直金属管14和倾斜金属管15与水平金属管13之间通过节点板18连接；水平金属管13、竖直金属管14和倾斜金属管15分别由两个半圆弧管通过螺栓连接而成；金属管齿16和复合材料管齿17分别为互相配合的一组圆弧状凸起和凹陷；或者金属管齿16和复合材料管齿17分别为一组相互配合的锯齿状结构；或者金属管齿16和复合材料管齿17分别为一组互相配合的点状凸起和凹陷。

金属管齿16和复合材料管齿17分别为互相配合的一组圆弧状凸起和凹陷，见图8；或者金属管齿16和复合材料管齿17分别为一组相互配合的锯齿状结构，见图9；或者金属管齿16和复合材料管齿17分别为一组互相配合的点状凸起和凹陷，见图10。

本实用新型的模块化桥节单元的优选长度为6米；在实际使用中，也可根据实际需要采用其它长度作为单元结构的长度。通常6米长的桁架桥不能完全满足应急需要，这时可将两个桥节采用销钉拼装成12米长度的桥跨结构，并依次类推，见图7，拼装成18米、24米、30米等不同长度的应急桥梁。

最后需要说明的是，本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现；以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照本实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本实用新型技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种模块化复合材料-金属组合空间桁架桥，其特征在于：包括两个平行设置的三角桁架(1)以及固定于两个三角桁架(1)顶部的铝合金桥面板(10)；所述三角桁架(1)包括下弦杆(5)、一组斜腹杆(6)、一组互相平行的垂向竖杆(7)和一组斜向竖杆(8)；所述下弦杆(5)间隔相同距离的每个垂直平面上分别连接有一个垂向竖杆(7)和两个斜向竖杆(8)，两个斜向竖杆(8)分别设于垂向竖杆(7)两侧；所述一组斜腹杆(6)分别连接垂向竖杆(7)顶部和相邻垂向竖杆(7)底部；两个平行设置的三角桁架(1)顶部通过一组加强横梁(2)连接相邻斜向竖杆(8)、底部通过一组横向连杆(3)连接下弦杆(5)，横向连杆(3)的一端通过斜向连杆(4)连接相邻横向连杆(3)的远端；所述横向连杆(3)、斜向连杆(4)均为纤维增强树脂基复合材料连杆或铝合金材料连杆，所述下弦杆(5)、斜腹杆(6)、垂向竖杆(7)和斜向竖杆(8)均为纤维增强树脂基复合材料连杆。

2.根据权利要求1所述的一种模块化复合材料-金属组合空间桁架桥，其特征在于：所述加强横梁(2)为工字型钢梁或槽型钢梁。

3.根据权利要求1所述的一种模块化复合材料-金属组合空间桁架桥，其特征在于：所述横向连杆(3)和斜向连杆(4)采用铰接或固结方式与下弦杆(5)连接；加强横梁(2)与铝合金桥面板(10)采用固结连接。

4.根据权利要求1所述的一种模块化复合材料-金属组合空间桁架桥，其特征在于：所述下弦杆(5)通过基于预紧力齿连接复合材料管的空间连接结构(9)与横向连杆(3)、斜向连杆(4)、下弦杆(5)、斜腹杆(6)、垂向竖杆(7)和斜向竖杆(8)连接，所述预紧力齿连接复合材料管的空间连接结构(9)包括水平金属管(13)、焊接于水平金属管(13)顶部的竖直金属管(14)、焊接于水平金属管(13)顶部且均匀分布于竖直金属管(14)周围的倾斜金属管(15)、与水平金属管(13)连接且设置于水平面上的横向连杆金属管(19)和斜向连杆金属管(20)；所述水平金属管(13)、竖直金属管(14)和倾斜金属管(15)内壁均设有金属管齿(16)，所述复合材料管(12)上分别设有与金属管齿(16)配合的复合材料管齿(17)；所述复合材料管(12)通过复合材料管齿(17)和金属管齿(16)固定于水平金属管(13)、竖直金属管(14)和倾斜金属管(15)内。

5.根据权利要求4所述的一种模块化复合材料-金属组合空间桁架桥，其特征在于：所述倾斜金属管(15)与竖直金属管(14)的夹角为30-60°。

6.根据权利要求4所述的一种模块化复合材料-金属组合空间桁架桥，其特征在于：所述竖直金属管(14)和倾斜金属管(15)与水平金属管(13)之间通过节点板(18)连接。

7.根据权利要求4所述的一种模块化复合材料-金属组合空间桁架桥，其特征在于：所述水平金属管(13)、竖直金属管(14)和倾斜金属管(15)分别由两个半圆弧管通过螺栓连接而成。

8.根据权利要求4所述的一种模块化复合材料-金属组合空间桁架桥，其特征在于：所述金属管齿(16)和复合材料管齿(17)分别为互相配合的一组圆弧状凸起和凹陷；或者所述金属管齿(16)和复合材料管齿(17)分别为一组相互配合的锯齿状结构；或者金属管齿(16)和复合材料管齿(17)分别为一组互相配合的点状凸起和凹陷。

9.根据权利要求1所述的一种模块化复合材料-金属组合空间桁架桥，其特征在于：所述铝合金桥面板(10)端部设有金属传力顶块(11)，铝合金桥面板(10)在其与下部复合材料杆件交叉位置设有起连接过渡作用的附属金属连接座。