一种基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构
技术领域
本实用新型属于轨道交通结构技术领域,具体涉及一种基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构。
背景技术
随着经济的不断发展,城市人口越来越密集,道路拥挤带来的交通问题不仅影响了城市居民的正常生活,而且还对环境造成一定的污染。悬挂式单轨交通的列车设置于支撑柱或者桥墩上的吊挂轨道上,其悬挂于空中运行,不占用地面轨道和地面空间,能够很好地适应现代城市的交通状况,极大地缓解了城市交通拥挤的问题,具有极高的研究与应用价值。
由于悬挂式单轨交通是悬挂于空中运行,列车的底部处于悬空状态而不受力,整个轨道交通列车的受力承载均由悬挂式单轨列车顶部的横梁及设置于单轨列车侧面的支撑柱或桥墩提供,因此,悬挂式单轨交通的横梁、支撑柱或桥墩的结构强度和使用寿命极大影响了悬挂式单轨交通运行过程中的稳定性和安全性,也影响着悬挂式单轨交通的使用寿命和经济成本。
目前,悬挂式单轨交通属于轨道交通的新兴技术,相关的技术规范和可参考的应用资料十分有限,悬挂式单轨交通比较成功的应用是在日本和德国,而在上述两国的应用过程中,悬挂式单轨交通的桥墩结构大多采用空心薄壁矩形截面钢结构,即由空心钢构结构作为悬挂式单轨交通的支撑结构,这种结构设计与施工较为简单,能一定程度上满足悬挂式单轨交通的受力要求,但是,空心薄壁钢结构桥墩适用于高度较小、承载力较小的应用环境,而在高度较高、承载力较大的应用环境下,空心薄壁钢结构桥墩的应用就十分受限,再加上该结构还存在受外力易曲屈、稳定性较差、结构耐久性较差等问题,都极大地影响了空心薄壁钢结构桥墩的应用。
我国是多地震国家,据统计,我国有41%的国土、一半以上的城市位于地震基本烈度7度或7度以上地区,再加上我国地势条件多变,因此,对悬挂式交通的桥墩高度和稳定性能提出了更高的要求,现有的空心薄壁钢结构桥墩已无法有效适应悬挂式单轨交通在我国的应用,提出一种抗震性能良好、应用范围较广的悬挂式单轨桥墩是推动悬挂式单轨交通发展的客观需要;而现有的钢管混凝土格构柱鲜有用于悬挂式单轨交通之中,且由于传统的钢管混凝土格构柱结构的钢管之间通常采用缀板连接,这在钢管长细比较大的情况下其各钢管柱肢容易发生失稳破坏,因而传统的钢管混凝土格构柱结构在悬挂式单轨交通中的应用也有较大的局限。
实用新型内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本实用新型提供了一种基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构,其中通过采用钢管和缀管匹配连接形成格构柱结构,由缀管连接各相邻的钢管形成整体结构,提高了钢管混凝土格构柱的设计高度,增强了钢管混凝土格构柱的结构刚度和受力稳定性,还通过在钢管混凝土格构柱与横梁或墩底相互连接的部位设置肋板、钢板、锚筋等结构,大大提升了钢管混凝土格构柱支撑结构的稳定性和抗震性。
为实现上述目的,本实用新型提供一种基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构,其包括多组沿悬挂式单轨轨道方向间隔布置的支撑结构单元,以用于对挂载有悬挂式单轨列车的悬挂式单轨轨道提供支撑,其特征在于,
所述支撑结构单元包括两组竖向对应布置的钢管混凝土格构柱、两端分别设置于两组所述钢管混凝土格构柱顶部的横梁、以及对应所述钢管混凝土格构柱底部设置以使得所述钢管混凝土格构柱底端固定其上的墩底;
所述钢管混凝土格构柱由一定数量的钢管竖向间隔布置并在所述钢管内灌注管芯混凝土而成,其底部穿入所述墩底并固定其中,其顶部穿入所述横梁端部并固定其中以用于将所述横梁稳固连接在所述钢管混凝土格构柱的顶部,且相邻的所述钢管之间以一定数量沿所述钢管纵向间隔布置的缀管相连接;
所述横梁的两端分别固定在两组所述钢管混凝土格构柱的顶部,其与所述钢管混凝土格构柱连接的端部灌注有混凝土结构,并在位于两组所述钢管混凝土格构柱之间的所述横梁下方设置有承载悬挂式单轨轨道的箱梁。
作为本实用新型的进一步改进,所述钢管混凝土格构柱伸入所述横梁或伸入所述墩底部分的外周壁上沿所述钢管的径向间隔设置有一定数量的剪力钉。
作为本实用新型的进一步改进,所述横梁与所述钢管混凝土格构柱顶部连接的部位设置有第一钢板,所述墩底与所述钢管混凝土格构柱底部连接的部位设置有第二钢板,以使得所述钢管混凝土格构柱的端部可以快速固定在所述钢板上从而实现所述钢管混凝土格构柱的稳固连接。
作为本实用新型的进一步改进,所述钢板上开设有一定数量的通孔,且所述钢管混凝土格构柱伸入所述横梁或伸入所述墩底的所述钢管内沿其内壁间隔设置有一定数量的锚筋,所述锚筋的一端穿过所述钢板上的通孔而伸出所述钢管的端部。
作为本实用新型的进一步改进,所述钢管混凝土格构柱伸入所述横梁或所述墩底部分的外周壁上沿其纵向设置有一定数量的肋板,所述肋板上开设有一定数量的通孔以用于穿入钢筋穿过并由此形成带孔钢板的锚固连接。
作为本实用新型的进一步改进,所述钢管伸入所述墩底部分的内壁上竖向间隔设置有一定数量的加劲板,所述加劲板的一侧焊接在所述钢管的内壁上以增加所述钢管混凝土格构柱底部的连接稳定性。
作为本实用新型的进一步改进,所述横梁内设置有一定数量横竖交错的横隔板。
作为本实用新型的进一步改进,每组所述钢管混凝土格构柱中的所述钢管数量为3根,所述钢管竖向间隔布置后其任意横向截面上所述钢管的中心连线为正三角形。
作为本实用新型的进一步改进,每组所述钢管混凝土格构柱中的所述钢管数量为4根,所述钢管竖向间隔布置后任意横向截面上各相邻所述钢管的中心连线为正方形。
作为本实用新型的进一步改进,所述钢管混凝土格构柱与所述横梁或所述墩底连接端部的所述钢管之间设置有呈交叉状的支撑管,即所述支撑管以其两端将两两相对的所述钢管连接,继而形成呈十字交叉状的支撑管结构。
总体而言,通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比,具有以下有益效果:
(1)本实用新型的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构,通过竖向设置钢管混凝土格构柱来与横梁相匹配组成门式墩结构,利用钢管混凝土格构柱竖向受压强度大的特性,相较现有的空心薄壁钢结构,大大提升了悬挂式单轨交通支撑结构的适用高度和承载力,减少了支撑结构的曲屈风险,提升了支撑结构的稳定性和耐久性;
(2)本实用新型的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构,通过竖向设置钢管混凝土格构柱来为悬挂式单轨交通提供结构支撑,采用缀管来对相邻的钢管进行有效连接,有效提高了格构柱结构的连接稳固性,减少了格构柱结构失稳破坏的风险,大大提升了悬挂式单轨交通支撑结构的适用高度和适用环境;
(3)本实用新型的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构,通过在钢管混凝土格构柱伸入横梁和墩底部分的外周壁上设置剪力钉、肋板和穿入钢筋等构件,并在横梁和墩底上设置钢板来实现与钢管混凝土格构柱的快速稳固连接,减少了钢管混凝土格构柱受剪切应力而发生结构失稳破坏的风险,提高了结构的稳定性和使用寿命;
(4)本实用新型的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构,结构较为简单,施工便捷,易于维护,大大提高了悬挂式单轨交通支撑结构的稳定性,提升了悬挂式单轨交通应用的经济性和实用性。
附图说明
图1是本实用新型实施例一中的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构的整体结构正视图;
图2是本实用新型实施例一中的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构的整体结构侧视图;
图3是本实用新型实施例一中的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构的整顶部结构正视图;
图4是本实用新型实施例一中的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构的格构柱平面布置图;
图5是本实用新型实施例一中的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构的柱顶立面构造图;
图6是本实用新型实施例一中的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构的柱顶平面布置图;
图7是本实用新型实施例一中的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构的柱底立面构造图;
图8是本实用新型实施例一中的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构的柱底平面布置图;
图9是本实用新型实施例二中的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构的整体结构正视图;
图10是本实用新型实施例二中的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构的整体结构侧视图;
图11是本实用新型实施例二中的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构的格构柱平面布置图;
图12是本实用新型实施例二中的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构的柱顶立面构造图;
图13是本实用新型实施例二中的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构的柱顶平面布置图;
图14是本实用新型实施例二中的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构的柱底立面构造图;
图15是本实用新型实施例二中的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构的柱底平面布置图;
在所有附图中,同样的附图标记表示相同的技术特征,具体为:1.混凝土,2.格构柱桥墩,3.缀管,4.钢管,5.锚筋,6.横隔板,7.横梁,8.车辆限界,9.箱梁,10.牛腿,11.穿入钢筋,12.钢板,13.剪力钉,14.肋板,15.支撑管。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。
此外,下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
优选实施例中基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构如图1~15中所示,其中,图1是本实用新型实施例一中的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构的整体结构正视图;图2是本实用新型实施例一中的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构的整体结构侧视图;图3是本实用新型实施例一中的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构的整顶部结构正视图;图4是本实用新型实施例一中的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构的格构柱平面布置图;图5是本实用新型实施例一中的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构的柱顶立面构造图;图6是本实用新型实施例一中的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构的柱顶平面布置图;图7是本实用新型实施例一中的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构的柱底立面构造图;图8是本实用新型实施例一中的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构的柱底平面布置图;图9是本实用新型实施例二中的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构的整体结构正视图;图10是本实用新型实施例二中的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构的整体结构侧视图;图11是本实用新型实施例二中的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构的格构柱平面布置图;图12是本实用新型实施例二中的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构的柱顶立面构造图;图13是本实用新型实施例二中的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构的柱顶平面布置图;图14是本实用新型实施例二中的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构的柱底立面构造图;图15是本实用新型实施例二中的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构的柱底平面布置图。
进一步地,悬挂式单轨交通的列车悬挂设置在悬挂式单轨上运行,优选实施例一中基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构如图1~8所示,优选实施例中的悬挂式单轨设置在远离地面的单轨横梁7上,且沿单轨轨道方向上间隔设置有一定数量的横梁7,使得悬挂式单轨可以依次设置在每一根横梁7下方并连通形成供悬挂式单轨列车运行的悬挂式单轨;进一步优选地,每一根间隔设置的横梁7两端分别优选设置在钢管混凝土格构柱的顶部,每一根横梁7对应设置有两组钢管混凝土格构柱来对横梁进行支撑;进一步优选地,每组钢管混凝土格构柱的截面构造优选相同,但相互组合连接横梁7两端的两组钢管混凝土格构柱的设置高度是否相同不做具体限定,其根据地势环境而优选设置,使得横梁7设置在其顶部后横梁7横向轴线水平,从而保证悬挂式单轨列车设置在悬挂式单轨上后列车的竖向轴线平行于两钢管混凝土格构柱的竖向轴线,进而保证悬挂式单轨列车的运行稳定性和钢管混凝土格构柱的受力平衡,提升钢管混凝土格构柱的使用寿命。
进一步地,优选实施例一中的每一组钢管混凝土格构柱优选由四根相互间隔一定距离的中通钢管4竖向设置,一个优选实施例中的每一组钢管混凝土格构柱中的每一根钢管4的尺寸参数相同,即钢管4的管内径、管壁厚、管长度分别相同,每根钢管4分别优选间隔相同距离竖向设置并使得各钢管4的顶部平齐,如图1所示;进一步优选地,相邻两根钢管4之间分别利用相互平行且轴线与钢管4轴线垂直的缀管3连接,缀管3优选沿钢管4纵向均匀间隔布置,即缀管3水平设置并分别以两端连接两相邻钢管的外周壁,且缀管3与钢管4的外周壁优选以全焊的形式焊接在一起,充分保证缀管3的连接稳固性;进一步优选地,两相邻并平行的缀管3之间沿其对角线设置有斜向的缀管3,以形成稳固的缀管连接结构。
进一步地,优选实施例一中钢管混凝土格构柱的底部与位于地面上的墩底连接示意图如图7~8所示,其中,墩底大体上为混凝土结构,钢管混凝土格构柱的底部伸入墩底一定深度设置,从而将钢管混凝土格构柱固定在墩底上;进一步优选地,墩底上与钢管混凝土格构柱连接处设置有钢板12,以便于与钢管混凝土格构柱的底部连接,钢板12上沿钢管4的轴向开设有一定数量的通孔,以便于锚筋5通过该通孔,锚筋5的一端位于钢管4内,另一端穿过钢板12并伸出一定长度到墩底混凝土结构中,从而使得钢管4中灌注混凝土后钢管混凝土格构柱和墩底能够进一步稳固连接;进一步优选地,钢管4伸入墩底部分的外周壁上竖向设置有一定数量的肋板14,肋板14的一侧优选沿钢管4的轴向焊接在钢管4的外周壁上,另一边焊接在位于底部的钢板12上,肋板14上开设有一定数量的通孔以供穿入钢筋11通过,肋板14的设置位置优选为相邻两钢管4中心连线的延长线上;进一步优选地,一定数量的穿入钢筋11穿过肋板14上的通孔并相互编织成网状钢筋结构,如图8中所示,从而增加钢管混凝土格构柱与墩底的连接稳固性并提高钢管混凝土格构柱在墩底的抗剪切能力;进一步优选地,钢管4伸入墩底部分的外周壁上间隔设置有一定数量的剪力钉13,剪力钉13优选沿钢管4的径向设置,以增加钢管混凝土格构柱与墩底连接以后的抗剪切能力,防止钢管混凝土格构柱受剪切力而发生剪切破坏。
进一步地,组合拼接完成的钢管混凝土格构柱以其底部伸入并固定在墩底且每根钢管4之间分别以缀管3连接之后,向各钢管4内灌注管芯混凝土从而形成钢管混凝土格构柱结构,格构柱桥墩2的底部固定在墩底内;进一步优选地,灌注进各钢管4内的管芯混凝土强度不做具体限定,其可根据实际强度需求和结构耐久性要求具体选择,一个优选实施例中的管芯混凝土为C50混凝土;进一步地,钢管混凝土格构柱优选为两组对应施工,并保证两组钢管混凝土格构柱的顶部平齐,待两组钢管混凝土格构柱中的混凝土强度及弹性模量达到要求以后,在对应的两组钢管混凝土格构柱顶部设置横梁7。
进一步地,一个优选实施例中的钢管混凝土格构柱的顶部与横梁7的端部连接示意图如图3~6所示,其中,钢管混凝土格构柱的顶部一端优选自下往上插入横梁7的一侧端部,横梁7中优选设置有横纵相交的横隔板6,钢管混凝土格构柱顶部插入横梁7的端部以后优选以其顶部抵接横梁7中横向布置的横隔板6,如图3所示;进一步优选地,钢管混凝土格构柱的顶部设置有钢板12,便于钢管混凝土格构柱与横梁7进行稳固连接,钢板12上优选开设有一定数量供锚筋5穿过的通孔;进一步优选地,钢管混凝土格构柱在与横梁7底面连接处也设置有开设有一定数量通孔的钢板12,以实现钢管混凝土格构柱与横梁7的有效连接;进一步地,钢管混凝土格构柱与横梁7连接以后,在两者的连接端灌注有混凝土结构,以充分保证横梁7与钢管混凝土格构柱的连接刚度和稳定性;进一步优选地,在钢管混凝土格构柱的外周上设置有一定数量的牛腿10,其一侧焊接在钢管4的外周上,另一侧焊接在靠近横梁7底部的钢板12上,以用于对横梁7提供辅助支撑,保证横梁7与钢管混凝土格构柱的连接稳定性。
进一步优选地,在钢管混凝土格构柱伸入横梁7部分的外周壁上竖向设置有一定数量开设有通孔的肋板14,肋板14的设置位置优选为两相邻钢管4中心连线的延长线上,即同一钢管4上相邻的两块肋板14之间优选以90°的角度布置,且肋板14上的通孔中优选插入穿入钢筋11,从而使得钢管4的外周上能形成以穿入钢筋11编织而成的钢筋网并由此形成带孔钢板的锚固连接,使得钢管混凝土格构柱端部泵灌混凝土以后钢管4能够稳固设置在横梁7内,减少钢管4受剪切力后位置变形的风险;进一步优选地,钢管混凝土格构柱伸入横梁7部分的外周壁上设置有一定数量的剪力钉13,其沿钢管4的径向设置,且其数量、长度等不做具体限定,可根据工程具体需要优选设置,以增加钢管4在受剪切力作用时抵抗剪切形变的能力;进一步优选地,在钢管混凝土格构柱伸入横梁7的一端设置有锚筋5,锚筋5沿钢管混凝土格构柱的钢管4轴向设置于钢管4内,其两端分别穿出钢板12上的通孔,且锚筋5优选均匀间隔设置在靠近钢管4内壁的地方,锚筋5的上端部突出钢管混凝土格构柱的端部设置,其下端部伸入钢管4内一定距离,待钢管4中和钢管4与横梁7连接的端部灌注混凝土后,锚筋5的位置固定;进一步优选地,钢筋混凝土格构柱与横梁7连接处设置有支撑管15,支撑管15呈交叉设置于钢管4之间,即每两两相对的钢管4之间沿钢管4的中心连线连接有缀管3,四根钢管4之间形成正相交的支撑管结构,如图4所示。
进一步地,横梁7优选为钢箱横梁结构,其与钢管混凝土格构柱之间组成门式墩结构,钢箱横梁7的内部设置有多道横隔板,增加钢箱横梁在受竖直方向拉力时可以将拉力平均分配到横梁7上,以提升钢箱横梁结构的受力稳定性;进一步地,横梁7的下表面上设置有箱梁9,以用于将可挂载悬挂式单轨列车的悬挂式轨道梁固定其上;当然,本领域技术人员可以想到,横梁7下表面上设置箱梁9的数量可以根据实际需求和横梁7的受力稳定性具体选择,一个优选实施例中的横梁7下表面上间隔设置有两处箱梁9,如图1所示,两处箱梁9上可平行设置两条可供悬挂式单轨列车独立运行的悬挂式单轨,两条单轨之间的距离应保证单轨上设置有悬挂式单轨列车以后,留有不小于车辆限界8的预留空间,使得相邻的两列单轨列车可以并行行驶而不受干涉影响;进一步优选地,在横梁7的下表面与箱梁9连接的部位预设有连接吊板,便于箱梁9可以快速、稳定的连接在横梁7的下方。
进一步地,优选实施例中的钢管混凝土格构柱结构的钢管4数量可以根据实际需要优选选择,可以为4根,也可以为3根、5根、或者更多、或者更少,优选实施例二中的每一组钢管混凝土格构柱优选由三根相互间隔一定距离的中通钢管4竖向设置,如图9~15中所示,其中,任意格构柱桥墩2的横向截面上的三根钢管4的中心连线优选为等边三角形,各钢管4之间也以缀管3相互连接,缀管3沿钢管4的纵向间隔布置,钢管混凝土格构柱的顶部伸入横梁7的内部并可参照实施例一中的连接形式稳固连接,其底部伸入墩底内部并可参照实施例一中的连接形式稳固连接。
本实用新型实施例中的基于钢管混凝土格构柱的悬挂式单轨交通支撑结构,不仅有效避免了空心薄壁钢结构桥墩受外力易曲屈、稳定性较差、耐久性较差的缺点,还避免了传统格构柱钢管混凝土结构采用的缀板连接易失稳破坏的风险,以缀管3连接相邻的钢管4形成衍架结构,大大提高了钢管混凝土格构柱结构的刚度和稳定性,并且在钢管混凝土格构柱与横梁或墩底连接处设置肋板14、钢板12、穿入钢筋11和剪力钉13等构件,加大了钢管混凝土格构柱与墩底或横梁的连接强度,减少在墩底或横梁处的失稳破坏。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。