钢构坝空间桁架结构单元体及拱式钢构坝的制作方法

专利名称：钢构坝空间桁架结构单元体及拱式钢构坝的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及水利水电工程的坝结构改进技术，特别涉及一种钢构坝空间桁架 结构单元体及拱式钢构坝。
二、背景技术目前，水利水电工程中的挡水建筑物主要重力坝、土石坝和拱坝三大坝型。这三种 坝型的水利工程都具有投资大，施工周期长，施工难度大，对环境影响比较大的特点。针对 不同的建筑物型式，下面具体分析一下存在的不足。重力坝的工作特点是依靠坝体自重产生的抗滑力来满足坝体稳定要求，依靠坝体 自重产生的压应力来抵消由于水压力所引起的拉应力。这就决定了重力坝要有足够大的坝 体断面尺寸，导致筑坝材料(砂石料、水泥、钢筋)用量大，由于坝体积庞大，使得筑坝材料 混凝土的强度不能充分发挥，使得建成后的坝体应力较低。而且，由于坝体断面大，坝体与 地基接触面积大，导致坝底扬压力大，对坝体自身的稳定又相当不利；同时，为避免坝体产 生不均勻沉降，必需对坝基进行固结灌浆处理，导致地基处理费用高。土石坝是土石材料构成的坝，可以利用当地材料筑坝。同样，土石坝也要有足够的 坝体断面才能维持稳定。而土石坝的安全是取决于坝体的边坡和坝基的稳定。因此，在结构 设计时，要充分考虑设置良好的防渗和排水设施以控制渗流；保证坝体、坝基的稳定。但是， 由于土石坝的坝身不宜过流，在枢纽布置时，需要设置专门的泄洪设施，才能保证工程的安 全运行，增加了工程投资；同时，也增加了施工期导流、度汛的难度和投资。而重力坝、土石坝的施工是在河流上进行的，受水文、气象、地形、地质等因素影响 很大，施工时必须要进行施工导流，才能保证工程施工的顺利进行；而且在冬季、夏季或冰 冻、降雪、雨天施工时，必须采取相应的措施，避免气候影响，保证施工质量和施工进度。如， 混凝土在冬季、夏季施工时均要采取相应的温控措施，避免坝体出现危害性裂缝，增加了施 工的难度和投资。土石料的施工冬季、雨季施工也要采取相应的防冻、雨季施工的工程措 施，保证坝体填筑施工质量。另外，水工建筑物的修建往往是位于交通不便的山区，施工的准备工作量相当大， 不仅要修建场内外交通道路(铁路、公路、水路)，布置为施工服务的辅助企业(如混凝土骨 料开采加工系统、土石料场和土石料加工系统、混凝土拌和及制冷系统、机械修配系统、汽 车修配厂、钢筋加工厂、预制构件厂、风、水、电、通信、照明系统等)，而且要修建办公和生活 用房。这些设施的修建，将增大工程的投资。
三、实用新型内容为了克服重力坝、土石坝的断面尺寸大，材料强度不能充分发挥，施工周期长，施 工难度大，投资大，材料用量大，对环境影响大的缺点，本实用新型提供一种钢构坝空间桁 架结构单元体及拱式钢构坝。技术方案[0009]一种钢构坝空间桁架结构单元体，其特征是包括近似直平行六面体或近似梯形 六面体的空间桁架结构体，所述的空间桁架结构体的前、后端面为近似“田”字形桁架结构， 左侧面、右侧面、上表面、下表面为近似“日”字形桁架结构；前端面中心节点0(主节点，即 前端面中的竖向和水平向连杆的交接点)与该空间桁架结构体的所有其他节点之间设有 支撑连杆，前端面的四个中间节点A、B、C、D分别与其对应的后端面四个顶点之间分别设有 支撑连杆，后端面中心节点0’(即后端面中的竖向和水平向连杆的交接点)与后端面四个 顶点之间设有支撑连杆，在空间桁架结构体的上、下表面或左、右侧面各节点设有连接固定 结构，该空间桁架结构单元体左侧面、右侧面、上表面、下表面的各连杆分别为其相邻空间 桁架结构单元体的公共支撑连杆，边界上单元体的边界连接面的各连杆为该单元自身支撑 连杆。上述的近似梯形六面体，其纵截面例如可以为直角梯形或等腰梯形。任一水平或斜向梁连杆与竖向或近似竖向的柱连杆之间的节点连接固定结构采 用球节点连接结构，或者采用连接耳固定连接；所述连接耳为对称的板式连接耳，两对称连 接耳一端分别固定在其对应的竖向或近似竖向柱连杆(即竖向连杆)侧面的两侧边上，两 对称连接耳另一端与水平或斜向梁连杆(水平连杆)的端面对接，并在两对称连接耳与水 平或倾斜两连杆侧壁之间固定有连接片。上述竖向的柱连杆表示竖直方向立柱连杆，近似竖向柱连杆表示略微倾斜的竖向 柱连杆，略微倾斜的竖向柱连杆可以满足上下单元体在组合后其前端面或后端面为的竖向 柱连杆之间存在折线结构，从下层单元体到上层单元体之间的渐变角度并不太大。而上述 的斜向连杆则表示不在同一高度的两连杆之间通过连接耳进行连接的连杆。另外还可以在两平行连接耳之间固定支撑板。至少一个支撑板垂直固定在两平行 连接耳之间。支撑板一端连接柱连杆，另一端连接梁连杆支撑板分别与两连接耳垂直固 定。采用铰接耳的方式可以在一个节点同时无干扰地连接多个连杆。所述似直平行六面体的空间桁架结构的前端面后后端面为平行结构，近似梯形六 面体的空间桁架结构的前端面和后端面为非平行结构。钢构坝空间桁架结构单元体的各连杆可以采用方钢或工字钢及其他型钢甚至圆 形型钢固定连接。例如桁架单元框架的竖向柱连杆和水平梁连杆采用方钢连接，斜向连杆 采用工字钢连接。其中特定型号的方钢或工字钢等型材可以事先在加工厂制作，也可以在 现场焊接。该空间桁架结构单元体不应看做为独立的单个单元体，而是在左、右、上、下方向 上分别固定连接相同的单元体的组合体中一个普通代表单元体，即空间桁架结构单元体的 左侧面、右侧面、上表面、下表面的各连杆分别为其相邻空间桁架结构单元体的公共支撑连 杆。从而各个节点可以存在不同类型连接关系的四类连接点，即空间桁架结构单元体的前 端面中心0节点和后端面四个顶点的节点结构相同；前端面四个顶点和后端面中心0’的节 点结构相同；前端面上下水平梁连杆的中点A、c和后端面左右柱连杆的中点B’、D’的节点 结构相同；前端面左右柱连杆的中点A’、C’和后端面上下水平梁的中点B、D的节点结构相 同。各个节点通过连接耳的具体连接结构关系如下前端面的中心点0是前端面中心柱连杆C5、C8焊接点附近位置，由于0点连接的 节点较多，在该中心柱连杆C5的后侧面、左侧面、右侧面上固定一个加宽的六棱柱固定支撑体，该六棱柱支撑体的前侧面与中心柱连杆C5的前侧面重合，该六棱柱的剩余五个侧面 即左侧面、左后侧面、后侧面、右后侧面、右侧面分别固定有平行的连接耳，每对连接耳分别 固定连接有斜上、水平、斜下连杆。具体地，六棱柱左、后、右侧面的连接耳分别通过水平梁 连杆与B、0’、D各节点固定连接，即MHB1、MVB2、MHB2连杆；六棱柱左、后、右侧面的连接耳 分别通过斜上连杆与E、A’、H各节点固定连接，即UFX1、MB1、UFX2连杆；六棱柱左、后、右侧 面的连接耳分别通过斜下连杆与F、C’、G各节点固定连接，即UFX3、MB2、UFX4连杆；六棱柱 左后、右后侧面的连接耳分别通过水平梁连杆与B’、D’各节点固定连接，即MX1、MX2 ；六棱 柱左后、右后侧面的连接耳分别通过斜上连杆与Ε’、H’节点固定连接，即X1、X2连杆；六棱 柱左后、右后侧面的连接耳分别通过斜下连杆与F’、G’节点固定连接，即UFX3、UFX4连杆。 另外，E’、F’、G’、H’各节点具有与0节点一样的连接结构。前端面的中心点0’是后端面中心柱连杆C2的中心近似位置，中心柱连杆C2的左 侧面、后侧面、右侧面分别固定有平行的连接耳，其中心柱C2的左侧面和右侧面固定的平 行连接耳分别固定连接有斜上、水平、斜下连杆，中心柱C2的后侧面固定的平行连接耳固 定连接水平连杆。具体地，中心柱C2的左侧面、右侧面上固定的平行连接耳分别通过斜上 连杆与E’、H’节点固定连接，即UBX1、UBX2 ；中心柱C2的左侧面、右侧面上固定的平行连接 耳分别通过斜下连杆与F’、G’节点固定连接，即DBX1、DBX2 ；中心柱C2的后侧面上固定的 平行连接耳通过水平梁连杆与0节点固定连接，即MVB2。另外，E、F、G、H各节点具有与0’ 节点一样的连接结构由于与后端面的侧边柱连杆Cl中心点B’固定的节点较多，在该侧边柱连杆Cl的 前侧面、左侧面、右侧面上固定一个加宽的六棱柱固定支撑体，该六棱柱支撑体的后侧面与 侧边柱连杆C5的后侧面重合，该六棱柱的剩余五个侧面即左侧面、左前侧面、前侧面、右前 侧面、右侧面分别固定有平行的连接耳，每对连接耳固定连接有水平连杆。具体地，该六棱 柱的剩余五个侧面即左侧面、左前侧面、前侧面、右前侧面、右侧面分别固定的水平梁连杆 与相邻水平面的各节点固定连接，即连杆腿831、]\ 11、]\^81、]\ 2、]\1冊3，其中MHB31、MX11为 与相邻单元体固定的连杆，MVBl是相邻单元体的公共连杆，MX2、MHB3为本单元内连杆。另 外，A、C、D’各节点与具有与B’节点一样的连接结构。前端面的侧边柱连杆C4上端顶点E，该柱连杆C4的左侧面、后侧面、右侧面分别固 定有平行的连接耳，其柱连杆C4的后侧面固定的平行连接耳分别固定连接有斜上、水平、 斜下连杆，柱连杆C4的左侧面、右侧面固定的平行连接耳分别固定连接水平连杆。具体地， 柱连杆C4的左侧面、右侧面固定的平行连接耳分别通过水平梁连杆与同一平面内相邻节 点固定连接，即MHB11、MHB1，其中MHBll为与相邻单元体固定的连杆，MHBl为本单元体内 固定连杆；柱连杆C4的后侧面固定的平行连接耳分别通过斜上、水平、斜下连杆与E’、B’、 F’各节点固定连接，即LB2、MVBU LB1，该LB2、MVBU LBl为本单元体与相邻单元体的公共 连杆。另外，A’、F、D’各节点具有与E节点一样的连接结构。一种由所述空间桁架结构单元体组合的拱式钢构坝，含有坝底钢筋混凝土承台及 预埋固定件、两岸钢筋混凝土结构筑成的台阶式承台及预埋件，根据钢构坝设计的整体实 际形状、坝底宽度、坝体高度、坝体最大宽度和设计要求选择各层空间桁架结构单元体、两 岸台阶个数、台阶水平面宽度及台阶高度进行规范化设计，最底层的空间桁架结构单元体 的柱连杆下端的通过固定脚板与坝底钢筋混凝土承台中预埋件固定，相邻空间桁架结构单元体的左、右相邻侧面和上、下相邻端面具有公共的支撑连杆及节点连接结构，包含在坝体 中的空间桁架结构单元体的左、右侧面和上、下端面彼此之间通过公共支撑连杆及节点连 接结构相互连接固定，每层拱式空间桁架结构单元体的组合体两端的柱连杆下端的连接脚 板与台阶承台的水平面预埋件固定连接，各层拱式空间桁架结构单元体的组合体形成拱形 层叠连接结构的组合钢构坝体，在钢构坝体迎水面固定有挡水板，各空间桁架结构单元体 及挡水板固定连接组成具有曲面迎水面的空间桁架结构坝体。所述空间桁架结构坝体的后端背水面为近似垂直面，空间桁架结构坝体的纵截面 由底部向顶部逐渐收敛过渡。所述挡水板固定在空间桁架结构单元体的迎水面上，挡水板通过栓接或者焊接固 定在空间桁架单元迎水面上，相邻挡水板之间设置止水密封，例如相邻挡水板之间通过密 封橡胶固定密封。所述坝底混凝土承台和两侧台阶混凝土承台的下部分别通过锚杆固定在基岩深 处。坝体后端背水面上还固定连接有辅助支架，在辅助支架或坝体内设有发电厂房设 施、电梯井、检修廊道，在库区地形合适处设置泄洪通道。钢构坝空间桁架结构单元体依次固定连接后其端面为迎水面、后端面为背水面。 由于钢构坝主体为拱形结构，其所承受的荷载一部分通过拱的作用压向两岸，另一部分通 过竖直梁的作用传给坝底基岩，所以其稳定主要依靠两岸拱端的反力作用。当外载荷增大 时，钢构坝主体在拱和梁作用下将自行调整，使坝主体应力重新分配。钢构坝为近似左右对称结构，也可以根据实际地理位置情况和受力情况设计为非 对称结构，通常钢构坝主体的中部单元密度较大，空间桁架结构坝体的从中部向两侧的单 元横向宽度逐渐增大，或者不变；在坝体最上侧表面铺设固定有平面走廊。本实用新型的有益效果1、稳定特点。坝体的稳定主要依靠两岸拱端的反力作用，不像重力坝那样依靠自 重维持稳定。2、结构特点。拱式钢构坝属于高次超静定结构，超载能力强，安全度高，当外荷载 增大时，坝体在拱和梁作用将会自行调整，使坝体应力重新分配。拱式钢构坝是整体空间结 构，坝体轻韧，弹性好，抗震能力强。拱结构是一种主要承受轴向压力的推力结构，拱内弯矩 小，应力分布较为均勻，有利于发挥钢构材料的强度。3、应用特点。拱式钢构坝不仅可以安全溢流，而且可以在坝身设置单层或多层大 孔口泄水。能够保证洪水的安全宣泄，保证并能够满足工农业、城市用水以及坝体、库区的 检修、排空的要求。4、施工特点。钢构坝的施工可以利用沉箱法进行阻水而展开地基处理；单元坝段 的各个组成构件可以工厂内组装运输到现场或采取现场组装的形式，定点吊装入位连接完 成。这种施工方法改变了传统水利工程的施工方式，取消了导流的程序和围堰、导流建筑物 的修建。节省了工程投资。

图1是本实用新型的钢构坝空间桁架结构单元体立体结构示意图；[0034]图2是图1单元的0(或E’或F’或G’或H’)节点立体结构示意图；图2-1、图2-2、图2-3分别是图2的主视图、俯视图和侧视图；图3是图1单元的0’(或E或F或G或H)节点立体结构示意图；图3-1、图3-2、图3-3分别是图3的主视图、俯视图和侧视图；图4是图1单元的B’(或A或C或D’)节点立体结构示意图；图4-1、图4-2、图4-3分别是图4的后视图、俯视图和侧视图；图5是图1单元的B (或A’或C’或D)节点立体结构示意图；图5-1、图5-2、图5-3分别是图5的主视图、俯视图和侧视图；图6是连杆与铰接耳之间连接状态示意图；图7是本实用新型的拱式钢构坝俯视结构示意图；图8是图7的C向(背水面)结构示意图；图9是图8的B-B剖面结构示意图；图10是图8的A-A剖面结构示意图；图10-1是图8的Al-Al剖面结构示意图；图11是图8的Dl部放大结构示意图；图12是图8的D3部放大结构示意图；图12-1是图10中D3’放大(或图11的侧面)结构示意图；图12-2是图12的俯视结构示意图；图12-3是图12-1的D3”结构示意图；图13是图10的D4放大结构示意图；图14-1和图14-2分别是支撑连杆焊接结构和型材结构示意图；图15是位于坝体最上层单元的A节点立体结构示意图；图15-1、图15-2、图15-3分别是图15的主视图、俯视图和侧视图。五、具体实施方案实施例一参见图1、图2、图2-1-图2-3、图3、图3-1-图3-3、图4、图4_1_图 4-3、图5、图5-1-图5-3，一种钢构坝空间桁架结构单元体，包括近似梯形六面体的空间桁 架结构体。该近似梯形六面体的空间桁架结构体的前、后端面分别为“田”字形连接结构， 在图1中前端面为A、B、C、D、E、F、G、H、0各节点所在平面，后端面为A’、B’、C’、D’、E’、F’、 G’、H’、0’ ；该框架的左、右、上、下各侧面为“日”字形结构，在图1中左视图为E、B、F、F’、 B，、E，各节点所在平面，右侧面为H、D、G、G’、D’、H’各节点所在平面，上侧面为E、A、H、H’、 Α’、Ε’各节点所在平面，下侧面为F、C、G、G’、C’、F’各节点所在平面。上述框架结构共有 18个节点。各节点之间的联系关系如下前端面中心节点0(主节点，即前端面中的竖向和水平向连杆的交接点)向该单元 内其他任一节点之间均固定连接有支撑连杆；前端面(或称迎水面)的各侧边中点A、B、C、 D分别向其对应后端面两顶点之间固定连接有支撑连杆，例如从前端面上侧边重点A向后 端面与A对应的两顶点E’、H’分别固定连接支撑连杆AE’、AH’ ；后端面中心0’(即后端面 中的竖向和水平向连杆的交接点)向后端面各顶点之间固定连接有支撑连杆。本实施例中的钢构坝单元应视为整个钢构坝中的一个代表单元，而不应视为孤立 的一个单元结构，即该空间桁架结构单元体左侧面、右侧面、上表面、下表面的各连杆分别为其相邻空间桁架结构单元体的公共支撑连杆。这样就形成0、E’、F’、G’、H’各节点具有 相同的连接结构，如图2、图2-1、图2-2、图2-3所示，0点位于前端面(或称迎水面)，由于 0点与周围其他各点之间存在连接关系，所以迎水面0点的荷载通过相应连杆分散传递给 后端面(或称背水面)各节点，后端面上E’、F’、G’、H’各节点具有与0点相同的连接结构， 所以迎水面上与E’、F’、G’、H’各节点连接的节点能将载荷分别汇集传递到Ε’、F，、G，、H， 各节点上。0’、E、F、G、H各节点具有相同的连接结构，如图3、图3-1、图3-2、图3-3所示； A、B，、C、D，各节点具有相同的连接结构，如图4、图4-1、图4-2、图4-3所示；A，、B、C，、D各 节点具有相同的连接结构，如图5、图5-1、图5-2、图5-3所示。根据上述的钢构坝单元，将后端面(背水面)的所有竖向连杆均设计为一体结构， 如图1中后端面Cl、C2、C3分别为独立的竖向柱支撑连杆。前端面(迎水面)的所有近似竖向柱连杆设计为折线结构(单元内为直线结构，单元与单 元之间的前端面竖向柱连杆存在折线结构)，例如通过焊接方式固定成带折线的柱连杆，如 图1中前端面C4与C7焊接固定为一个折线状支撑连杆，C5与C8焊接固定为一个折线状 支撑连杆，C6与C9焊接固定为一个折线状支撑连杆。从而整个单元框架的前端面和后端 面为非平行结构，例如前端面和后端面自下而上逐渐收敛(其延长面将相交于一条直线)。 整个钢构坝单元的纵截面可以为梯形。在图1中各连杆的标注符合仅表示与图2-图2-3、 图3-图3-3、图4-图4-3、图5-图5_3中各节点处连杆的对应关系，没有特别意义。在任一节点处的连杆与被连杆之间采用连接耳固定连接。通过连接耳连接的各个 节点分别参见图2-图2-3、图3-图3-3、图4-图4_3、图5-图5_3。针对钢构坝的特点，在 与竖向或近似竖向柱支撑连杆(竖向柱连杆同竖向柱支撑连杆)固定时，需以竖向柱支撑 连杆为主，在该竖向柱支撑连杆的侧面上固定有连接耳。所述连接耳为对称的板式连接耳， 连接耳之间通过支撑板固定在一起，连接耳的一端固定在被连杆侧面上、另一端与连杆端 面对接，并在连接耳与连杆之间相邻侧面上固定有连接片。侧面的连接片和连接耳及水平 或斜向连杆侧面之间通过铆钉固定或者焊固。采用铰接耳的方式可以在一个节点同时无 干扰地连接多个连杆。从图2及图2-1-图2-3可以看出，前端面的中心点0是前端面中心柱连杆C5、C8 焊接点附近位置，由于0点连接的节点较多，在该中心柱连杆C5的后侧面、左侧面、右侧面 上固定一个加宽的六棱柱固定支撑体，该六棱柱支撑体的前侧面与中心柱连杆C5的前侧 面重合，该六棱柱的剩余五个侧面即左侧面、左后侧面、后侧面、右后侧面、右侧面分别固定 有平行的连接耳，每对连接耳分别固定连接有斜上、水平、斜下连杆。具体地，六棱柱左、后、 右侧面的连接耳分别通过水平梁连杆与B、0’、D各节点固定连接，即MHB1、MVB2、MHB2连杆； 六棱柱左、后、右侧面的连接耳分别通过斜上连杆与E、A’、H各节点固定连接，即UFX1、MB1、 UFX2连杆；六棱柱左、后、右侧面的连接耳分别通过斜下连杆与F、C’、G各节点固定连接，即 UFX3、MB2、UFX4连杆；六棱柱左后、右后侧面的连接耳分别通过水平梁连杆与B’、D’各节点 固定连接，即MX1、MX2 ；六棱柱左后、右后侧面的连接耳分别通过斜上连杆与Ε’、H’节点固 定连接，即Χ1、Χ2连杆；六棱柱左后、右后侧面的连接耳分别通过斜下连杆与F’、G’节点固 定连接，即UFX3、UFX4连杆。另外，E，、F，、G，、H，各节点具有与0节点一样的连接结构。从图3及图3-1-图3-3可以看出，前端面的中心点0’是后端面中心柱连杆C2的中 心近似位置，中心柱连杆C2的左侧面、后侧面、右侧面分别固定有平行的连接耳，其中心柱C2的左侧面和右侧面固定的平行连接耳分别固定连接有斜上、水平、斜下连杆，中心柱C2 的后侧面固定的平行连接耳固定连接水平连杆。具体地，中心柱C2的左侧面、右侧面上固 定的平行连接耳分别通过斜上连杆与E’、H’节点固定连接，即UBXUUBX2 ；中心柱C2的左侧 面、右侧面上固定的平行连接耳分别通过斜下连杆与F’、G’节点固定连接，即DBX1、DBX2 ； 中心柱C2的后侧面上固定的平行连接耳通过水平梁连杆与0节点固定连接，即MVB2。另 外，E、F、G、H各节点具有与0’节点一样的连接结构从图4及图4-1-图4-3可以看出，由于与后端面的侧边柱连杆Cl中心点B’固定 的节点较多，在该侧边柱连杆Cl的前侧面、左侧面、右侧面上固定一个加宽的六棱柱固定 支撑体，该六棱柱支撑体的后侧面与侧边柱连杆C5的后侧面重合，该六棱柱的剩余五个侧 面即左侧面、左前侧面、前侧面、右前侧面、右侧面分别固定有平行的连接耳，每对连接耳固 定连接有水平连杆。具体地，该六棱柱的剩余五个侧面即左侧面、左前侧面、前侧面、右前 侧面、右侧面分别固定的水平梁连杆与相邻水平面的各节点固定连接，即连杆MHB31、MX11、 MVB1、MX2、MHB3，其中MHB31、MX11为与相邻单元体固定的连杆，MVBl是相邻单元体的公共 连杆，MX2、MHB3为本单元内连杆。另外，A、C、D’各节点具有与B’节点一样的连接结构。从图5及图5-1-图5-3可以看出，前端面的侧边柱连杆C4上端顶点E，该柱连杆 C4的左侧面、后侧面、右侧面分别固定有平行的连接耳，其柱连杆C4的后侧面固定的平行 连接耳分别固定连接有斜上、水平、斜下连杆，柱连杆C4的左侧面、右侧面固定的平行连接 耳分别固定连接水平连杆。具体地，柱连杆C4的左侧面、右侧面固定的平行连接耳分别通 过水平梁连杆与同一平面内相邻节点固定连接，即MHBl 1、MHBl，其中MHBll为与相邻单元 体固定的连杆，MHBl为本单元体内固定连杆；柱连杆C4的后侧面固定的平行连接耳分别通 过斜上、水平、斜下连杆与E’、B’、F’各节点固定连接，即LB2、MVB1、LB13_LB2、MVB1、LB1 为本单元体与相邻单元体的公共连杆。另外，A’、F、D’各节点具有与E节点一样的连接结 构。边界上的空间桁架结构单元体侧面或表面的各连杆为该单元自身支撑连杆。钢构坝空间桁架结构单元体的各连杆可以采用方钢或工字钢或其他型杆固定连 接。例如桁架单元框架的竖向柱连杆和水平向梁连杆采用方钢连接，斜向连杆采用工字钢 连接。其中特定型号的方钢或工字钢等型材可以事先在加工厂制作，也可以在现场焊接。实施例二 参见图6，编号和编号意义与实施例一相同，内容与实施例一基本相 同，相同之处不重述，不同的是还可以在两平行连接耳9之间固定支撑板11。支撑板11分 别与两连接耳9垂直固定，所述连接耳9和其间的支撑板11的一端固定在被连杆8 (竖向 柱连杆)侧面上(即连接耳9的一端与被连杆8接触固定，支撑板11的一端与被连杆8接 触或固定)、连接耳9和其间的支撑板11的另一端与水平或斜向连杆8的端面对接(或对 接固定)，并在连接耳9与水平或斜向连杆之间的相邻侧面上固定有连接片10。采用支撑 板11结构时，侧面的连接片10和连接耳9及水平或斜向连杆8侧面之间通过铆钉固定或 者焊固。其中对称连接耳9之间的支撑板11不仅起到固定两连接耳的作用，而且起到支撑 竖向连杆和水平或斜向连杆一端的作用。实施例三附图未画，意义与实施例基本相同，相同之处不重述，不同的是所述 各连接杆采用圆形的型钢连接杆，圆形连接杆的两端做平行面处理例如将圆形连接杆的两 端做成方钢形状。[0072]实施例四附图未画，意义与实施例基本相同，相同之处不重述，不同的是任一 水平或斜向梁连杆与竖向或近似竖向的柱连杆之间的节点连接固定结构采用球节点连接 结构。实施例五参见图6-图12、图12-1-图12-3、图13、图14-1、图14-2、图15、图 15-1-图15-3，一种由所述空间桁架结构单元体组合的拱式钢构坝，含有坝底钢筋混凝土 承台及预埋固定件、两岸钢筋混凝土结构筑成的台阶式承台及预埋件，根据钢构坝设计的 整体实际形状、坝底宽度、坝体高度、坝体最大宽度和设计要求选择各层空间桁架结构单元 体、两岸台阶个数、台阶水平面宽度及台阶高度进行规范化设计，最底层的空间桁架结构单 元体的柱连杆下端的通过固定脚板与坝底钢筋混凝土承台中预埋件固定，相邻空间桁架结 构单元体的左、右相邻侧面和上、下相邻端面具有公共的支撑连杆及节点连接结构，包含在 坝体中的空间桁架结构单元体的左、右侧面和上、下端面彼此之间通过公共支撑连杆及节 点连接结构相互连接固定，每层拱式空间桁架结构单元体的组合体两端的柱连杆下端的连 接脚板与台阶承台的水平面预埋件固定连接，各层拱式空间桁架结构单元体的组合体形成 拱形层叠连接结构的组合钢构坝体，在钢构坝体迎水面固定有挡水板，各空间桁架结构单 元体及挡水板固定连接组成具有曲面迎水面的空间桁架结构坝体。所述空间桁架结构坝体的后端背水面为近似垂直面，空间桁架结构坝体的纵截面 由底部向顶部逐渐收敛过渡。所述挡水板至少固定在一个空间桁架结构单元体的迎水面上，各挡水板之间通过 密封橡胶固定密封。所述坝底混凝土承台和两侧台阶混凝土承台的下部分别通过锚杆固定在基岩深 处。在辅助支架或坝体内设有机电厂房、电梯井、检修廊道和腐蚀处理室。在钢构坝上有设有侧引泄洪通道及泄洪闸门。钢构坝空间桁架结构单元体依次固定连接后其端面为迎水面、后端面为背水面。 由于钢构坝主体为拱形结构，所以其稳定主要依靠两岸拱端的反作用。当外载荷增大时，钢 构坝主体在拱和梁作用下将自行调整，使坝主体应力重新分配。本实施例中，钢构坝为近似左右对称结构，也可以根据实际地理位置情况和受力 情况设计为非对称结构，通常钢构坝主体的中部单元密度较大，从中部向两侧的单元密度 逐渐变小。板实施例中的钢构坝的各连杆或连杆可以采用方钢或工字钢等型钢。例如将竖向 柱连杆和水平(横向)梁连杆采用方钢，将其他斜向固定连杆采用工字钢或槽钢。图14-1 表示通过焊接方式加工的型钢，图14-2表示标准型钢。坝主体在采用标准型钢构筑的同 时，还可以根据实际情况采用现场焊接特定型号的型钢进行施工。钢构坝的个单元之间彼此固定连接，在边缘处仅需省去相应的连杆即可，不详述。 图15、图15-1-图15-3表示钢构坝的组成单元位于最上侧时其连接方式与下面其他单元稍 有差别，该差别是将最上层横向梁连杆作为独立的一体(也可以通过焊接层折线的方式固 定为一体)，在最上层的横向梁连杆的侧面固定有连接耳，其他与横向梁连杆交接的连杆分 别与对应连接耳通过支撑板固定。实施例六参见图10-1，意义与实施例一基本相同，相同之处不重述，不同的是
10在所述钢构坝主体的背水面还固定有辅助支架，所述辅助支架可以采用一般桁架结构，也 可以采用与实施例一单元相同的组合结构。
权利要求一种钢构坝空间桁架结构单元体，其特征是包括近似直平行六面体或近似梯形六面体的空间桁架结构体，所述的空间桁架结构体的前、后端面为近似“田”字形桁架结构，左侧面、右侧面、上表面、下表面为近似“日”字形桁架结构；前端面中心节点O与该空间桁架结构体的所有其他节点之间设有支撑连杆，前端面的四个中间节点A、B、C、D分别与其对应的后端面四个顶点之间分别设有支撑连杆，后端面中心节点O’与后端面四个顶点之间设有支撑连杆，在空间桁架结构体的上、下表面或左、右侧面各节点设有连接固定结构，该空间桁架结构单元体左侧面、右侧面、上表面、下表面的各连杆分别为其相邻空间桁架结构单元体的公共支撑连杆，边界上单元体的边界连接面的各连杆为该单元自身支撑连杆。
2.根据权利要求1所述的钢构坝空间桁架结构单元体，其特征是任一水平或斜向梁 连杆与竖向或近似竖向的柱连杆之间的节点连接固定结构采用球节点连接结构，或者采用 连接耳固定连接；所述连接耳为对称的板式连接耳，两对称连接耳一端分别固定在其对应 的竖向或近似竖向柱连杆侧面的两侧边上，两对称连接耳另一端与水平或斜向梁连杆的端 面对接，并在两对称连接耳与水平或倾斜两连杆侧壁之间固定有连接片。
3.根据权利要求2所述的钢构坝空间桁架结构单元体，其特征是在两平行连接耳之 间至少垂直固定一个支撑板，支撑板一端连接柱连杆，另一端连接梁连杆。
4.根据权利要求1所述的钢构坝空间桁架结构单元体，其特征是所述似直平行六面 体的空间桁架结构的前端面和后端面为平行结构，近似梯形六面体的空间桁架结构的前 端面和后端面为非平行结构。
5.一种由权利要求1所述空间桁架结构单元体组合的钢构坝，含有坝底钢筋混凝土承 台及预埋固定件、两岸钢筋混凝土结构筑成的台阶式承台及预埋件，其特征是最底层的空 间桁架结构单元体的柱连杆下端的通过固定脚板与坝底钢筋混凝土承台中预埋件固定，相 邻空间桁架结构单元体的左、右相邻侧面和上、下相邻端面具有公共的支撑连杆及节点连 接结构，包含在坝体中的空间桁架结构单元体的左、右侧面和上、下端面彼此之间通过公共 支撑连杆及节点连接结构相互连接固定，每层拱式空间桁架结构单元体的组合体两端的柱 连杆下端的连接脚板与台阶承台的水平面预埋件固定连接，各层拱式空间桁架结构单元体 的组合体形成拱形层叠连接结构的组合钢构坝体，在钢构坝体迎水面固定有挡水板，各空 间桁架结构单元体及挡水板固定连接组成具有曲面迎水面的空间桁架结构坝体。
6.根据权利要求5所述的钢构坝，其特征是所述空间桁架结构坝体的后端背水面为 近似垂直面，空间桁架结构坝体的纵截面由底部向顶部逐渐收敛过渡。
7.根据权利要求5所述的钢构坝，其特征是所述挡水板固定在空间桁架结构单元体 的迎水面上，挡水板通过栓接或者焊接固定在空间桁架单元迎水面上，相邻挡水板之间设 置止水密封。
8.根据权利要求5所述的钢构坝，其特征是所述坝底混凝土承台和两侧台阶混凝土 承台的下部分别通过锚杆固定在基岩深处。
9.根据权利要求5所述的钢构坝，其特征是空间桁架结构坝体的从中部向两侧的单 元横向宽度逐渐增大，或者不变；在坝体最上侧表面铺设固定有平面走廊。
10.根据权利要求5-9任一项所述的钢构坝，其特征是坝体后端背水面上还固定连接 有辅助支架，在辅助支架或坝体内设有发电厂房设施、电梯井、检修廊道。
专利摘要本实用新型涉及一种钢构坝空间桁架结构单元体及拱式钢构坝，单元体为六面空间桁架结构体，其前、后端面为“田”字形结构，其他侧面“日”字形结构；前端面中心节点O与其他节点之间设有连杆，前端面的四个中间节点A、B、C、D分别与后端面四个顶点之间设有支撑连杆，后端面中心节点O’与后端面四个顶点之间设有支撑连杆。钢构坝为所述空间桁架结构单元体组合而成的具有曲面迎水面的空间桁架结构，并在曲面迎水面上固定有挡水板，钢构坝的坝底与钢筋混凝土承台固定、两侧分别与两岸钢筋混凝土结构筑成的台阶式承台固定。本实用新型的钢构坝主要依靠两岸拱端的反力作用维持稳定，超载能力强，安全度高，节省工程投资。
文档编号E02B7/12GK201722666SQ20102016937
公开日2011年1月26日 申请日期2010年4月26日 优先权日2010年4月26日
发明者刘尚蔚, 张国新, 杨小荟, 魏群, 魏鲁双 申请人:河南奥斯派克科技有限公司