專利名稱：基于三種鋼管桁架節段的裝配式橋梁建造工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及橋梁建造技術領域，尤其是涉及一種基于三種鋼管桁架節 段的裝配式橋梁建造工藝。
背景技術：
目前，國內的橋梁建造形式主要是預應力混凝土結構和鋼桁架、鋼箱 梁結構，而鋼管混凝土結構和鋼管桁架結構在現有橋梁建造工程中的應用 也較多。上述橋梁結構形式雖各自具備諸多優點，適用于不同的橋梁建造 環境，但同時這些結構也存在一些較大的缺陷。如預應力混凝土箱梁由于 其結構材料比強度(材料強度/材料容重)較小，恒載在總荷載中所占比
例很大，承受力利用效率低，以致無法適應大跨徑橋梁需求；因而實踐中 為減輕自重，橋梁的腹板通常需設置大量的預應力鋼筋，使得施工需要大 量的、復雜的機械設備，而且現場施工場地大，施工周期較長。而鋼桁架 梁用鋼量大，結構整體剛度小、節點構造復雜，再加上其節點性能也不好 保證，安全系數較低、需定期實施加固等維修措施，使用年限有限制且完 全利用鋼材承受壓力也不經濟。對于鋼箱梁結構來說，同樣用鋼量大，焊 接要求高，不便于現場制作、拼裝和架設，不適宜在山區峽谷地帶建造。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一 種基于三種鋼管桁架節段的裝配式橋梁建造工藝，其建造工藝簡單、所建 造強梁結構受力合理且適用范圍廣，能有效解決橋梁建造中的施工、造價 以及工程質量問題。
為解決上述技術問題，本發明的技術方案是 一種基于三種鋼管桁架節
段的裝配式橋梁建造工藝，首先施工建造橋梁的下部結構，包括用于支撐
橋梁上部結構的橋臺7、橋墩8以及用于承載二者下傳壓力的基礎；其次 施工建造橋梁的上部結構，包括承重結構以及橋面16,先預制組成橋梁承
重結構的多段桁架節段，再將其依次架設在下部結構之上并連接拼裝組成
橋梁承重結構，最終鋪設橋面16完成整個橋梁的建造施工，其桁架節段 的上弦桿1與下弦桿2通過腹桿3固定連接為一體，預制組成所述承重結 構的多段鋼管桁架節段之前，應首先分析各個桁架節段在整個橋梁承重結 構中所處位置的受力情況，根據受力分析將多段鋼管桁架節段分為三種類 型，即對上弦桿1與下弦桿2均不受壓力或均受壓力較小的桁架節段釆用 上弦桿l與下弦桿2均不填充混凝土的空鋼管桁架節段，對上弦桿l或下 弦桿2單獨受較大壓力的桁架節段釆用受壓的上弦桿1或下弦桿2單獨填 充混凝土的鋼管桁架節段，對于上弦桿1與下弦桿2均受較大壓力的桁架 節段釆用上弦桿1與下弦桿2全部填充混凝土的鋼管桁架節段；預制完成 后，在工廠或施工現場依受力情況將預制的多段鋼管桁架節段固定連接并 拼裝組成整個桁架結構即橋梁的承重結構。
作為本發明的一種優選方案，所述三種類型的鋼管桁架節段的上弦桿 1與下弦桿2通過腹桿3焊接成一體，腹桿3為空鋼管。
作為本發明的另一種優選方案，所述上弦桿l、下弦桿2與腹桿3為 矩形、方形或圓形鋼管。
作為本發明的又一種優選方案，所述三種類型的鋼管桁架節段之間以 法蘭盤4或者焊接方式連接構成整體桁架結構。
作為本發明的進一步優選方案，所述三種類型鋼管桁架節段組成的桁 架結構為二榀、三榀或多榀，各榀桁架結構之間通過橫連桿5進行連接。
作為本發明的更進一步優選方案，所述三種類型鋼管桁架節段組成的 每兩榀桁架結構橫連桿5組成一個組合榀架，由一個、兩個或多個組合榀 架構成整體桁架結構。
作為本發明的再一種優選方案，所述三種鋼管桁架節段整體為直線形
狀或弧線形狀。
綜上，釆用本發明一種基于三種鋼管桁架節段的裝配式橋梁建造工 藝，具有以下優點1、建造工藝簡單、加工制作及施工方便，受外界建 造環境限制少，適合于各種橋梁建造環境；2、適用范圍范圍廣，適用于
各種結構形式橋梁的建造；3、所建造橋梁工程質量好且造價低，其橋梁 結構自重輕、跨越能力強，與傳統鋼桁架相比，該結構構造簡單、用鋼量 低，結構整體剛度大、節點性能好，且便于施加預應力；4、釆用的三種 鋼管桁架節段便于工廠標準化制作，而且現場拼裝和架設方便，尤其在山 區峽谷地帶建造特大跨橋梁具有明顯優勢；5、釆用三種鋼管桁架節段建 造的橋梁結構性能穩固，該結構的拱橋在拱頂區域可釆用空鋼管節段，有 利于提高橋梁結構的穩定性，與傳統鋼管混凝土拱橋相比，其構造簡單， 施工方便，混凝土的填充質量好；6、應用于斜拉橋、自錨式懸索橋等體 外預應力橋梁結構體系中，通過充分利用鋼管混凝土的抗壓性能，從而大 大減少用鋼量。
下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
圖1是本發明第一優選實施方式基于三種直線型鋼管桁架節段的梁橋 結構示意圖。
圖2是本發明第二優選實施方式基于三種弧線型鋼管桁架節段的拱橋 結構示意圖。
圖3是圖1或圖2中鋼管桁架節段組合連接處P處經放大后的結構示意圖。
圖4是圖1或圖2中鋼管桁架節段組合連接處Q處經放大后的結構示意圖。
圖5是本發明第三優選實施方式基于三種鋼管桁架節段的中承式拱橋 結構示意圖。
圖6是本發明第三優選實施方式基于三種鋼管桁架節段的斜拉橋結構 示意圖。
圖7是本發明第三優選實施方式基于三種鋼管桁架節段的懸索橋結構 示意圖。
圖8是本發明基于三種鋼管桁架節段的八榀梁橋縱向結構示意圖。
附圖標記說明:
l一上弦桿； 4 —法蘭盤； 7—橋臺； 10—立柱； 13—纜索 16—橋面；
2 —下弦桿；
5—橫連桿;
8—橋墩；
ll一吊桿；
14一塔架；
17—地基；
3—腹桿 6—支座 9 —主拱 12 —主梁; 15—錨碇; 18 —螺栓。
具體實施例方式
第一優選實施方式，如圖1所示，所述基于三種直線型鋼管桁架節段的 梁橋建造中，首先施工建造橋梁的下部結構，即用于支撐橋梁上部結構的 3個支座6;其次施工建造橋梁的上部結構，包括承重結構以及橋面16, 先預制組成橋梁承重結構的多段桁架節段，再將其依次架設在下部結構之 上并連接拼裝組成橋梁承重結構，最終鋪設橋面16完成整個橋梁建造施 工。其桁架節段的上弦桿1與下弦桿2通過腹桿3焊接成一體，且三者均 為矩形鋼管。預制組成所述承重結構的多段鋼管桁架節段之前，應首先分 析各個桁架節段在整個橋梁承重結構中所處位置的受力情況，根據受力分 析將多段鋼管桁架節段分為三種類型，即對上弦桿1與下弦桿2均不受壓 力或受壓力較小的桁架節段釆用上弦桿l與下弦桿2均不填充混凝土的空 鋼管桁架節段，對上弦桿1或下弦桿2單獨受較大壓力的桁架節段釆用上 弦桿1或下弦桿2單獨填充混凝土的鋼管桁架節段，對于上弦桿1與下弦 桿2均受較大壓力的桁架節段釆用上弦桿1與下弦桿2全部填充混凝土的鋼管桁架節段；預制完成后，在工廠或現場施工過程中依受力情況將預制 的多段鋼管桁架節段固定連接并拼裝組成橋梁的承重結構。
在圖l所示的整個梁橋的承重結構中，各部分受力情況為上弦桿1單 獨受較大壓力或下弦桿2單獨受較大壓力，因而只單純地選擇一種類型的 鋼管桁架節段，即受壓上弦桿1或下弦桿2單獨填充混凝土的鋼管桁架節
段，腹桿3為空鋼管。結合圖3、圖4，在相鄰的鋼管桁架節段上弦桿1 或下弦桿2中交錯填充混凝土，之后將預制好的多段鋼管桁架節段以法蘭 盤4連接構成整體桁架結構即承重結構，最終架設在梁橋兩端及中心處的 三個支座6上，最終再在整個承重結構上鋪設橋面16完成后續工作即可。 此種方式裝配成的梁橋既能保證良好的承受性能，而且制造工藝簡單、省 時省料。
第二優選實施方式，如圖2所示，所述基于三種弧線型鋼管桁架節段的 拱橋建造工藝同第一優選實施方式，其橋梁的承重結構即主拱部分也由多段 預制的三種類型鋼管桁架節段依橋梁結構受力情況相應進行裝配而成，其 中鋼管桁架節段由上弦桿1、下弦桿2與腹桿3組成，其上弦桿l與下弦 桿2通過腹桿3焊接成一體且三者均為矩形鋼管。拱橋與梁橋相比，其不 僅要承受豎直方向的荷載，而且還要承受水平方向的力。
首先，分析各個桁架節段在整個橋梁承重結構中所處位置的受力情況, 根據受力分析將多段鋼管桁架節段分為三種類型，即對上弦桿1與下弦桿 2均不受壓力或受壓力較小的桁架節段釆用上弦桿1與下弦桿2均不填充 混凝土的空鋼管桁架節段，對上弦桿1或下弦桿2單獨受較大壓力的桁架 節段釆用上弦桿1或下弦桿2單獨填充混凝土的鋼管桁架節段，對于上弦 桿1與下弦桿2均受較大壓力的桁架節段釆用上弦桿1與下弦桿2全部填 充混凝土的鋼管桁架節段；預制完成后，在工廠或現場施工過程中依受力 情況將預制的多段鋼管桁架節段固定連接并拼裝組成橋梁的承重結構。在 拱橋的建造中，根據受力特點，其拱頂中心處所受的壓力較小，因而此部 分選擇上弦桿1與下弦桿2均不填充混凝土的空鋼管桁架節段；從拱頂中
心處逐漸往外各個鋼管桁架節段的上弦桿1所需承受荷載的壓力逐漸增 大，因而選擇上弦桿1單獨填充混凝土的鋼管桁架節段；而越靠近主拱底 部，由于底部支撐作用等的影響其下弦桿2所需承受的壓力也逐漸增大，
因而選擇上弦桿1與下弦桿2全部填充混凝土的鋼管桁架節段，腹桿3均 為空鋼管。結合圖3、圖4,將預制好的多段三種類型弧線型的鋼管桁架 節段以法蘭盤4連接構成整體桁架結構，并采用螺栓18固定法蘭盤4，之 后再在整體桁架結構上鋪上橋面16完成后續工作即可。
第三優選實施方式，如圖5所示，所述基于三種弧線型鋼管桁架節段的 中承式拱橋建造同第一、第二優選實施方式，首先施工建造橋梁的下部結構 即兩端的橋臺7及其支座6,再在橋臺7上架設橋梁的承重結構。本橋梁的 承重結構即主拱9也由多段預制的三種類型鋼管桁架節段依橋梁結構受力 情況相應進行裝配而成，其中鋼管桁架節段由上弦桿1、下弦桿2與腹桿 3組成，其上弦桿1與下弦桿2通過腹桿3焊接成一體且三者均為矩形鋼 管。若僅供人行走，拱橋所需承受的壓力力度較小，則可以把橋面16直 接鋪在呈弧形的主拱9上。但現代交通工具通行的拱橋橋面16必須保持 一定的平直度，不能直接鋪在弧線形的主拱9上。拱橋的支撐部分不但要 承受豎直方向的壓力，還要承受水平方向的作用力。因此拱橋對橋臺7與 地基17的要求比梁橋要高。而中承式拱橋橋面16的一部分在主拱9上方， 一部分在主拱9下方，要通過立柱IO或吊桿11將橋面16間接支承起來。 其中主拱9架設在兩端的橋臺7上，橋面16的兩端分別固定在兩個支座6 上。
在本中承式拱橋的建造中，拱橋橋面16的一部分在主拱9上方，該 部分橋面16靠連接固定在地基17與主拱9上的豎直向立柱10支承；另 一部分在主拱9下方，該部分橋面16靠連接固定在主拱9上的豎直向吊 桿ll支承起來。同樣地，首先分析各個鋼管桁架節段的上弦桿1與下弦桿 2所處位置的受力情況，根據受力分析，主拱9處于橋面16上方的部分中， 拱頂中心處承受的荷載壓力力度較小，因而選擇上弦桿l與下弦桿2均不
填充混凝土的空鋼管桁架節段；從頂端中心處逐漸往外、接近橋面16的 部分，上弦桿1與下弦桿2通過吊桿11需承受的壓力逐漸增大，因而需 釆用上弦桿1與下弦桿2全部填充混凝土的鋼管桁架節段，腹桿3均為空 鋼管。對于主拱9處于橋面16下方的部分，其上弦桿1與下弦桿2通過 立柱10均需承受很大的壓力，因而選擇上弦桿1與下弦桿2全部填充混 凝土的鋼管桁架節段，腹桿3均為空鋼管。結合圖3、圖4,將預制好的 多段三種類型弧線型的鋼管桁架節段以法蘭盤4連接構成整體主拱9桁架 結構，并采用螺栓18固定法蘭盤4，再鋪設橋面19完成后續工作即可。
第四優選實施方式，如圖6所示，所述基于三種直線型鋼管桁架節段的 斜拉橋建造工藝同上述三個優選實施方式，首先施工建造橋梁的下部結構， 包括固定主梁12的兩個橋墩8以及位于兩端的兩個支座6,之后在下部結 構上架設固定橋梁的承重結構。其橋梁的承重結構即主梁12也由多段預制 的三種類型鋼管桁架節段依橋梁結構受力情況相應進行裝配而成，其中鋼 管桁架節段由上弦桿l、下弦桿2與腹桿3組成，其上弦桿1與下弦桿2 通過腹桿3焊接成一體且三者均為矩形鋼管。
在本斜拉橋的建造中，其承重結構兩端架設在固定在地基17之上的 兩個支座6上，中間部分由兩個固定在地基17上的豎直向橋墩8支撐， 在承重部分即主梁12上方相對兩個橋墩8固定設置有兩個豎直向的塔架 14，同時分別在兩個塔架14兩側與承重部分即主梁12之間對稱連接設置 多根纜索13。同樣地，首先分析各個鋼管桁架節段的上弦桿1與下弦桿2 所處位置的受力情況，根據受力分析，其承重結構即主梁12的各個鋼管 桁架節段中，其上弦桿1均需承受來自上部荷載的較大水平壓力，因而其 所有鋼管桁架節段的上弦桿1中均填充混凝土。具體來說，在靠近塔架14 的部分，上弦桿1與下弦桿2同時需承受來自纜索13的水平壓力，因而 該部分釆用上弦桿1與下弦桿2全部填充混凝土的鋼管桁架節段；對于承 重部分即主梁12的中間部分以及兩端部分，上弦桿1需承受較大的荷載 壓力，而下弦桿2承受的壓力較小，因而選擇上弦桿1單獨填充混凝土的
鋼管桁架節段。對于塔架14部分，根據受力分析，靠近主梁12的部分其
上弦桿1與下弦桿2均需承受來自纜索13和塔架14自重很大的豎向壓力， 因而選擇上弦桿1與下弦桿2全部填充混凝土的鋼管桁架節段；對于塔架 14上端部分，因為上弦桿1與下弦桿2承受來自纜索13和塔架14自重的 豎向壓力較小，因而選擇上弦桿1與下弦桿2均不填充混凝土的空鋼管桁 架節段，而各個鋼管桁架節段的腹桿3均為空鋼管。結合圖3、圖4，將 預制好的多段三種類型弧線型的鋼管桁架節段以法蘭盤4連接構成整體主 梁12桁架結構，并采用螺栓18固定法蘭盤4，再鋪設橋面16并完成后續 工作即可。
第五優選實施方式，如圖7所示，所述基于三種直線型鋼管桁架節段的 懸索橋建造工藝同上述四種優選實施方式，首先施工建造橋梁的下部結構， 包括固定主梁12的兩個橋墩8以及位于兩端的兩個支座6,之后在下部結 構上架設固定橋梁的承重結構。其橋梁的承重結構即主梁12也由多段預制 的三種類型鋼管桁架節段依橋梁結構受力情況相應進行裝配而成，其中鋼 管桁架節段由上弦桿l、下弦桿2與腹桿3組成，其上弦桿1與下弦桿2 通過腹桿3焊接成一體且三者均為矩形鋼管。
本懸索橋的建造與斜拉橋大體相同，其承重部分兩端架設在固定在地 基17之上的兩個支座6上，中間部分由兩個固定在地基17上的豎直向橋 墩8支撐，在承重部分即主梁12上方相對兩個橋墩8固定設置有兩個豎 直向的塔架14。同時在兩個塔架14頂端之間搭設一根纜索13，另外從每 個塔架14的頂端向外引出一根纜索13并錨固在主梁12兩端的錨碇15上。 這樣便在整個主梁12上方搭設了纜索13,同時在纜索13與主梁12之間 均勻連接固定有多根吊桿ll。
同樣地，首先分析各個鋼管桁架節段的上弦桿1與下弦桿2所處位置 的受力情況，根據受力分析，其承重結構即主梁12的各個鋼管桁架節段 中，其上弦桿l均需承受來自上部荷載的較大水平壓力，因而其所有鋼管 桁架節段的上弦桿1中均需填充混凝土。具體來說，對于靠近塔架14的 部分，其各個鋼管桁架節段的下弦桿需承受水平很大的壓力，即此部分中 上弦桿1與下弦桿2同時均需承受很大的壓力，因而該部分釆用上弦桿1
與下弦桿2全部填充混凝土的鋼管桁架節段；對于承重部分即主梁12的
中間部分以及兩端部分，相對來說需承受的作用力較小，只是上弦桿l需
承受較大的壓力，而下弦桿2承受的壓力較小，因而選擇上弦桿l單獨填 充混凝土的鋼管桁架節段。對于塔架14部分，靠近主梁12的部分其上弦 桿1與下弦桿2通過吊桿11均需承受來自纜索13和塔架自重很大的豎向 壓力，因而選擇上弦桿1與下弦桿2全部填充混凝土的鋼管桁架節段；對 于塔架14上端部分，因為上弦桿1與下弦桿2通過吊桿11承受來自纜索 13和塔架自重的豎向壓力較小，因而選擇上弦桿l與下弦桿2均不填充混 凝土的空鋼管桁架節段，而各個鋼管桁架節段的腹桿3均為空鋼管。結合 圖3、圖4,將預制好的多段三種類型弧線型的鋼管桁架節段以法蘭盤4 連接構成整體主梁12桁架結構，并釆用螺栓18固定法蘭盤4,再鋪設橋 面16并完成后續工作即可。
綜上五種本發明的優選實施方式中，不論是拱橋、斜拉橋，還是懸索 橋，均可以根據實際需要建造成二榀、三榀或多榀，以增大所建橋梁的穩 固性，增大橋梁的承受能力。如圖8所示，所述八榀梁橋由四個組合榀架 構成整體桁架結構，各個組合榀架的各榀桁架結構之間通過橫連桿5進行 連接，通過橫連桿5將各個鋼管桁架節段的上弦桿1之間、下弦桿2之間 連接固定起來。最終在整體桁架結構上鋪設橋面16并完成后續工作即可。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明作任何限制，凡是 根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構 變化，均仍屬于本發明技術方案的保護范圍內。
權利要求
1.一種基于三種鋼管桁架節段的裝配式橋梁建造工藝，首先施工建造橋梁的下部結構，包括用于支撐橋梁上部結構的橋臺(7)、橋墩(8)以及用于承載二者下傳壓力的基礎；其次施工建造橋梁的上部結構，包括承重結構以及橋面(16)，先預制組成橋梁承重結構的多段桁架節段，再將其依次架設在下部結構之上并連接拼裝組成橋梁承重結構，最終鋪設橋面(16)完成整個橋梁的建造施工，其桁架節段的上弦桿(1)與下弦桿(2)通過腹桿(3)固定連接為一體，其特征在于預制組成所述承重結構的多段鋼管桁架節段之前，應首先分析各個桁架節段在整個橋梁承重結構中所處位置的受力情況，根據受力分析將多段鋼管桁架節段分為三種類型，即對上弦桿(1)與下弦桿(2)均不受壓力或均受壓力較小的桁架節段采用上弦桿(1)與下弦桿(2)均不填充混凝土的空鋼管桁架節段，對上弦桿(1)或下弦桿(2)單獨受較大壓力的桁架節段采用受壓的上弦桿(1)或下弦桿(2)單獨填充混凝土的鋼管桁架節段，對于上弦桿(1)與下弦桿(2)均受較大壓力的桁架節段采用上弦桿(1)與下弦桿(2)全部填充混凝土的鋼管桁架節段；預制完成后，在工廠或施工現場依受力情況將預制的多段鋼管桁架節段固定連接并拼裝組成整個桁架結構即橋梁的承重結構。
2. 按照權利要求1所述的基于三種鋼管桁架節段的裝配式橋梁建造工 藝，其特征在于所述三種類型的鋼管桁架節段的上弦桿(1)與下弦桿(2)通過腹桿(3)焊接成一體，腹桿(3)為空鋼管。
3. 按照權利要求l或2所述的基于三種鋼管桁架節段的裝配式橋梁建 造工藝，其特征在于所述上弦桿(1)、下弦桿(2)與腹桿(3)為矩 形、方形或圓形鋼管。
4. 按照權利要求1或2所述的基于三種鋼管桁架節段的裝配式橋梁建 造工藝，其特征在于所述三種類型的鋼管桁架節段之間以法蘭盤(4) 或者焊接方式連接構成整體桁架結構。
5. 按照權利要求l或2所述的基于三種鋼管桁架節段的裝配式橋梁建造工藝，其特征在于所述三種類型鋼管桁架節段組成的桁架結構為二榀、 三榀或多榀，各榀桁架結構之間通過橫連桿(5)進行連接。
6. 按照權利要求5所述的基于三種鋼管桁架節段的裝配式橋梁建造工 藝，其特征在于所述三種類型鋼管桁架節段組成的每兩榀桁架結構橫連 桿(5)組成一個組合榀架，由一個、兩個或多個組合榀架構成整體桁架 結構。
7. 按照權利要求l或2所述的基于三種鋼管桁架節段的裝配式橋梁建 造工藝，其特征在于所述三種鋼管桁架節段整體為直線形狀或弧線形狀。
全文摘要
本發明公開了一種基于三種鋼管桁架節段的裝配式橋梁建造工藝，首先建造橋梁下部結構，其次建造上部結構，先將預制的多段桁架節段依次架設在下部結構之上并拼裝組成橋梁承重結構，最終鋪設橋面完成橋梁建造，桁架節段的上下弦桿通過腹桿連為一體，預制組成所述承重結構的多段桁架節段前，應先分析各個桁架節段的受力情況，根據受力將其分為三種類型，即上弦桿與下弦桿均不填充混凝土的空鋼管桁架節段、受壓的上弦桿或下弦桿單獨填充混凝土的鋼管桁架節段與上弦桿與下弦桿全部填充混凝土的鋼管桁架節段。本發明建造工藝簡單、所建造橋梁結構受力合理且適用范圍廣，能有效解決橋梁建造中的施工、造價以及工程質量問題，具有良好的經濟效益。
文檔編號E01D21/00GK101195989SQ200810017259
公開日2008年6月11日 申請日期2008年1月8日 優先權日2008年1月8日
發明者劍 劉, 劉君平, 劉永健, 吝紅育 申請人:長安大學