專利名稱：大跨度后張的鋼筋混凝土桁架及其制造方法
技術領域：
本發明主要涉及傳統的鋼結構大跨度桁架，其上緣和下緣上有混凝土包殼，混凝土包殼中加有鋼筋，在下緣和還可選擇在上緣的混凝土包殼中有后張的鋼筋。本發明還涉及一種制造上述桁架的方法，此法中，首先架設輕結構鋼桁架，并設置臨時的鋼腳手架和撐桿，以支承模板。鋼筋和鋼筋束置于模板中，并澆灌混凝土，以包裹桁架的上、下緣。鋼筋是后張的，使之具有最大承載能力。本發明的桁架可用于在大跨度上作用有重載的情況下，如橋梁、有看臺的大型運動場、會議大廳等，特別有利的是當桁架跨越繁忙的交通干線或水路，桁架包括單跨或使用一個或多個中間支承的兩跨或兩跨以上的連續桁架。
采用的桁架在結構上有多種型式和配置，通常有上緣和下緣，上、下緣之間用一些垂直的或斜的撐桿剛性連接，在桁架上連接在一起的端部被支承，從而在下緣中產生拉力，而在上緣中產生壓力，在另一種情況下，連續桁架除兩端外，還支承在中點，因此除了在下緣外，上緣亦產生拉力，這取決于桁架和支點間的關系。眾所周知，將桁架構件包裹或包復在混凝土中，是為了增加桁架的強度，絕緣、耐火和達到其他的目的。以前的桁架結構，沒有在桁架架設后再用混凝土包裹上緣和下緣這種做法，此時，桁架可被設計成是比較輕的鋼桁架，用它來支承澆灌用來包裹桁架上、下緣的混凝土的模板，在下緣和也可選上緣中設有預應力鋼筋，這些鋼筋是后張的，使桁架具有最大承載能力。
本發明的一個目的是，提供一種鋼結構的大跨度桁架，上緣和下緣有鋼筋混凝土外包殼，下緣和也可選上緣和下緣有預應力鋼筋，此鋼筋是后張的，使桁架有最佳承載能力。
本發明另一個目的是提出一種制造大跨度桁架的方法，此法中，首先架設較輕的鋼桁架，用它來支承模板，以便能澆灌包圍桁架上、下緣的混凝土，鋼筋和加固物一起在澆灌混凝土前放置于模板中，以加強桁架，鋼筋混凝土中有鋼筋，采用傳統的后加拉力的技術，使鋼筋后張，由此顯著提高桁架的強度和剛度。
本發明進一步的目的是提供達到上述目的桁架和方法，其中，當桁架只在其兩端支承時，僅下緣有可后張的鋼筋;當桁架是連續的并除兩端支承之外設中間支承時，下緣和上緣均有可后張的預應力鋼筋。
本發明還有一個目的是提供一種大跨度桁架和它的制造方法，其中桁架是鋼結構，上緣和下緣用混凝土包裹，下緣和也可包括上緣中設有可后張的鋼筋，它們可被后張，使桁架有最大承載能力，此桁架尤其適用于作大跨度桁架，如用在橋梁、有看臺的大型運動場、會議大廳和其他建筑物等結構中，在這些場合，大跨度桁架比較有利。
這些和其他的一些目的和優點可參見附圖和從下文的內容和權利要求中，對結構和施工所作的更為完整的說明中看出，附圖中同一種零件用相同的編號。
圖1縱剖面示意圖，表示基本的輕質鋼結構桁架，它具有曲線狀下緣和直的上緣，兩者之間用垂直的或斜的撐桿連接;
圖2類似于圖1的視圖，表示已包裹混凝土的上緣和下緣;
圖3多個桁架的橫截面圖，表示通過腳手架裝在有關桁架上的模板，腳手架用撐桿固定在桁架上;
圖4比例放大的圖2之4－4橫剖面圖，表示有鋼筋混凝土包裹上下緣的桁架結構，上緣混凝土中加有鋼筋，下緣有加強的鋼筋束，加強鋼筋是后張的，使桁架有最大的承載能力;
圖5類似于圖2的縱剖面圖，但表示一種結構，其中的連續桁架至少在中心有一個支點，并表示由于連續桁架有一個或多個中間支承，可以在上緣中產生拉力，所以其中的上緣也有后張的預應力鋼筋。
圖1表示傳統的桁架10，并描述了制成本發明大跨度后張的鋼筋混凝土桁架方法中的第一步。桁架10是傳統的結構形式，它包括上緣12、下緣14，它在標號16處與上緣12的端頭剛性連接、垂直支柱18和斜撐桿20。桁架10的構件是比較輕的工字鋼或其它適用的形狀，構件之間采用各種固定方法相互剛性連接，如用螺栓或焊接。桁架10的長度以及具體形狀可以變化。例如，上緣12和下緣14可以是直的、彎的或斜的，這要取決于設施的要求。
圖2表示具有本發明結構的桁架22，與桁架10基本相同，不同處是上緣12現在已被混凝土24包裹，下緣同樣也被混凝土26包裹，示意表示的承載支承28位于桁架外端。
圖3表示若干個彼此隔開平行的桁架橫截面。固定在桁架10上的腳手架30在上緣12之下與之相隔一定距離，腳手架32在下緣14下面一定距離處，腳手架用撐桿34支承，撐桿34連接在桁架10的撐桿18和20上，或用任何能有效支承腳支承30和32的適當方式固定在桁架上。腳手架30支承著上緣12的模板36，腳手架32支承下緣14的模板38，模板36和38可示意表示為向上開口對稱的“U”形模具，模板中可澆灌混凝土24和26，使混凝土包裹上緣12和下緣14。
圖4表示完成后的桁架22，此時，上緣12已被混凝土24包裹，混凝土24中沒有鋼筋40。下緣14由加鋼筋42和鋼筋束44的混凝土26包裹，鋼筋束44在混凝土26硬化后，用傳統的后加拉力技術進行后張。
圖5表示的桁架46類似于桁架22，其區別只是，在桁架46中，只有上緣48的一部分用混凝土50包裹，以及下緣52的全部用混凝土54包裹。在這一結構中，包裹上緣48一部分的混凝土50，還在標號56處向斜下方伸，包裹住斜撐桿58。此外，如圖5所示，設有一個中間支承62，它和端部支承62共同支撐桁架，一個或多個中間支承60可在上緣中產生拉力。因此，在上緣48和撐桿58的混凝土中鋼筋束被用圖4所示同樣的方式所包裹，鋼筋束貫通混凝土包殼50和56的全長，此鋼筋束還延伸到外包混凝土54的末端，所以上緣和下緣外包混凝土中的鋼筋束，在桁架端頭采用一傳統的后張的。另一種方案是，只在上緣的一部分，而不在任何撐桿上，外包混凝土，在這種情況下，當在大跨度桁架中采用一個或多個中間支承時，可對包裹在混凝土中沒有一直延伸到上緣端頭的鋼筋束單獨后張，以增加上緣的抗拉強度。
如上所述，首先架設起輕結構的鋼桁架10，用來支承模板，模板用來盛裝和支承澆灌八模板中以包裹上緣和下緣的混凝土包殼。混凝土包殼中加鋼筋和加入后張的鋼筋束，當鋼筋處于受力狀態時，使桁架的強度明顯增加，例如鋼筋的極限強度為270000psi，與普通的結構鋼相比，普通結構鋼的極限屈服強度在36000至50000psi范圍內。鋼筋的后張還減小了在大跨度桁架受重載荷時產生的撓度。包裹下緣和上緣的混凝土，增加了構件的結構剛度，上緣還起桁架主要壓縮構件的作用。這種桁架結構在顯著降低成本的情況下，提供最大和最佳的載荷承受能力，這是由于利用了結構重量輕的優點達到的，它易于架設，從而方便地提供了一個高架的模板支架，用于澆灌上緣和下緣的鋼筋混凝土。通過使用的輕質鋼桁架支承模板，不再需要暫時的或永久的支柱，從而免除了昂貴的技術裝備，這種設施還有阻塞交通和妨礙視線的缺點，這一點在建設橇梁、立體交叉和涉及交通的其他類似設施中尤為重要。
此外，采用鋼桁架支承模板，可使泵出的混凝土沿鋼桁架的上緣和下緣到位，從而可免除架設大重量大跨度桁架的巨大開支。雖然在下緣中或也在上緣中埋置后張的鋼筋的費用大約是結構鋼費用的兩倍，但它將提供大約五倍的強度。混凝土提供了桁架上、下緣所需的剛性和耐火的外殼，由于與結構鋼相比，混凝土是一種廉價材料，故可以降低費用。然而，混凝土靜重大，使之對于大跨度桁架難以預制和架設，例如在高架天花板、陸路交通或水路交通中的情況。
如圖4所示，桁架可用來做支架、混凝土樓蓋64和天花板結構66、金屬的外殼等。臨時的腳手架30、34和32可留在原地作為框架，以懸掛制成的天花板結構，并提供一個工作臺支架和操作人員的通道，以便進行線路、管道系統、照明設備的安裝、維護、更換、修理等工作。如圖5所示，在端頭之間有兩跨或多跨的連續桁架，能有效地利用如圖5所示褶曲形或長形承載區的混凝土包殼和后張，在長形中，混凝土包殼不沿斜撐桿延伸，但上緣一部分的混凝土包殼區是用同樣方式后張的。因此，桁架上緣的混凝土包殼可從桁架的端部到端部延伸，或終止在端部以前，或向下沿撐桿延伸，而后張只在上緣中需要的部位進行。此外，鋼桁架的形狀可不同于圖中所表示的結構形狀，而且，同樣的原理可應用于3、4或5跨的多跨度中，這些改變取決于所涉及設施的要求。
上面只舉例說明了本發明的原則。此外，由于技術熟練者易于想到各種修改和變化，所以本發明不限于所表示和所介紹的具體結構，因此，可在本發明范圍內作出各種適當的修改和采用等效物。
權利要求
1.大跨度桁架包括細長的下緣、與下緣有間距的細長的上緣、多根垂直的和斜的撐桿，撐桿連接上緣和下緣以構成剛性桁架，上、下緣和撐桿是鋼的，混凝土包殼包裹著此上緣和下緣，混凝土包殼包裹著整個上緣、下緣和含有的鋼筋，鋼筋束被包裹在圍繞下緣的混凝土包殼內，鋼筋束被后張，以提高下緣和桁架的強度。
2.按照權利要求1所述之桁架，其特征為鋼筋束包括多根互相隔開的鋼筋，鋼筋埋置在混凝土包殼中，并被后張。
3.按照權利要求1所述之桁架，還包括在包裹桁架上緣的混凝土包殼中的鋼筋束，當桁架支承在其端部和一個中間點時，鋼筋束被后張，以提高上緣的強度。
4.按照權利要求3所述之桁架，其特征為上緣混凝土包殼的延伸范圍小于上緣的全長，以提高上緣中通過中間支點所規定的區域的強度。
5.按照權利要求3所述之桁架，其特征為上緣混凝土包殼的延伸范圍小于上緣的全長，并沿斜撐桿延伸，與包裹下緣的包殼匯合和連接，后張的鋼筋束，沿包裹上緣的混凝土包殼和包裹斜撐桿的混凝土包殼延伸，以提高桁架強度。
6.制成大跨度桁架的方法包括以下步驟架設輕質鋼桁架;將腳手架和撐桿固定在鋼桁架上;將與桁架上、下緣有關的混凝土模板裝在腳手架上;將鋼筋置于模板中;將鋼筋束置入，它們縱向地貫通桁架下緣的長度;在模板中澆灌混凝土，以包裹桁架上、下緣，允許混凝土硬化，并后張鋼筋。
7.按照權利要求6所述方法的步驟還包括，在將混凝土澆灌到與上緣有關的模板中去之前，將鋼筋束放在與上緣有關的模板中，并在包裹上緣的混凝土硬化后，后張在上緣中的鋼筋束。
8.按照權利要求7所述方法的步驟還包括，拆除模板，并在進行各種與桁架有關的工作時，利用腳手架和撐桿去支承屋頂、天花板或人員。
全文摘要
本質上為傳統鋼結構的大跨度桁架，其上緣和下緣具有混凝土包殼，混凝土包殼加有鋼筋，在下緣和還可選擇在上緣的混凝土包殼中，有后張預應力鋼筋。本發明還涉及一種制造上述桁架的方法，此法中，首先架設輕結構鋼桁架，并設置臨時的鋼腳手架和撐桿，以支承模板。鋼筋和預應力的鋼筋置于模板中，并澆灌混凝土，以包裹桁架的上、下緣。預應力鋼筋是后張的，使之具有最大的承載能力。
文檔編號E04C3/02GK1100770SQ9311810
公開日1995年3月29日 申請日期1993年9月25日 優先權日1993年9月25日
發明者阿爾弗萊德·A·伊 申請人:阿爾弗萊德·A·伊