专利名称：预应力结合桁架梁及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种预应力结合桁架梁及其制作方法，更详细地，涉及把由预应力混凝土结构构成的下弦部件、由轧制钢构成的腹杆部件及由结构用钢板构成的上弦部件相互结合而成的预应力结合桁架梁。
因此，适用于各种建筑及土木结构物上的结合梁根据梁的构成材料和制造方法被分成四类钢结合梁、钢制钢筋混凝土(SRCsteel ReinforcedConcrete)结合梁、预弯(Preflex)结合梁、和预应力混凝土(PSCPrestressedConcrete)结合梁。其中，钢结合梁和SRC结合梁是在梁的截面内不导入预应力的非预应力结构，预弯结合梁和PSC结合梁是在梁的制作过程中导入了预应力的预应力结构。这四种结合梁中所用的梁都具有采取实腹(solid web)的截面形状这样的共同点。
如
图1所示，上述钢结合梁10是为抵抗结合前载荷，即自身和底盘静态重量所产生的弯曲应力、剪切应力以及结合后载荷引起的拉伸应力而采用钢制I形钢。钢结合梁具有以下优点因是轻型构造，所以架设容易，抗震性能好，抗破坏的柔软性强，多少能够缩短现场的施工时间。
但是，钢结合梁存在材料费用高，噪音及振动剧烈，而且维护保养费用多等缺点。另外，钢结合梁与其它形式的结合梁相比，因为部件的刚性小，所以以单纯支撑构造方面为基准，若跨度超过40米，为满足相对动态载荷造成的下垂条件，梁的高度必须急剧增加。因此，经常发生受到梁下空间制约的情况，钢材使用量也急增，导致经济性大大地下降。另外，钢结合梁在构造物具有连续跨度的构造形式时，因作用载荷，在其中间地点附近产生负力矩，分别在钢梁的下部凸缘上产生压缩应力，在混凝土底座上产生拉伸应力，作为结合梁的主要优点的材料使用效率完全丧失，与单纯支撑构造形式相比，建设费用大大增加，并存在因混凝土底座的龟裂引起的漏水使得结合梁的使用性和耐久性大大地下降的构造方面的问题。
如图2所示，上述SRC结合梁20是用钢筋混凝土围着H型钢骨架的构造。与钢结合梁相比，部件的刚性非常大，主要使用在梁高受到严重制约的跨度短的铁道桥梁，或者混凝土截面能够抵抗负力矩产生的压缩应力的建筑构造用连续梁。
但是， 因SRC结合梁埋入了钢骨架而与钢筋混凝土相比价格较高，构造物自身较重，若跨度在30米以上，则构造效率性和经济性将急剧下降。
如图3所示，上述预弯(preflex)结合梁30具有如下的结构该结构是使集中载荷通过使I型钢材中央凸起而制作成的钢梁，并在施加预弯手段后的状态下用混凝土包围钢梁的下部，然后，实施规定的养生，除去加上的集中载荷后，由钢梁的复原力把预应力导入下部凸缘混凝土内。因而，预弯结合梁具有这样的优点通过导入预应力的效果使由于自身静态载荷和动态载荷而产生的拉伸应力相互抵消，而可使梁高度大大下降，重量较轻构造的架设比较容易，梁重心位于下方位置，架设中的稳定性高。
但是，预弯结合梁要求制作该预弯结合梁时需要大型设备，与钢结合梁及SRC结合梁相比存在施工难度大，经济性低的缺点。另外，预弯结合梁的构造还存在以下的缺陷由于因导入下部凸缘混凝土内的预应力受到混凝土蠕变及干燥收缩影响而大幅度地损失，而在使用载荷下混凝土将处于拉伸状态，因此混凝土上会产生龟裂，因施工日期的原因，下部凸缘混凝土内残留的导入预应力的大小变化较大。另外，若预弯结合梁的跨度超过50米，实施预弯的载荷导入时，对于钢梁的弯折的安全性就成了问题，随之，梁自身的钢使用量及梁制作所需要的设施急剧增加，经济性也大大地下降。
如图4所示，上述PSC结合梁40具有这样的构造以抵消截面内产生的拉伸应力为目的，使用高强度的预应力钢材把预应力导入混凝土内。因为上述PSC结合梁的主要材料由混凝土构成，所以具有噪音低，维护管理费及材料费少，而且部件刚性大而下垂小的优点。
但是，PSC结合梁存在梁的自身重量重，施工复杂，质量管理难度大的缺点。特别是，PSC结合梁从梁的自重和预应力的结果来看，导入PSC梁的应力分布最理想是分别在梁的下弦上接近允许压缩应力，以及在上弦上接近允许拉伸应力。但是，若梁的自身较重，当跨度延长时，因自重引起的弯曲拉伸应力急剧增大，要求导入更多的预应力，但若增大所施加的预应力，则截面上弦的总应力会超过允许拉伸应力，导致可导入的预应力的大小受到梁的几何学各种因素的制约。结果，在梁下弦上不能足够地导入预应力，为了对应以后增加的底盘自重和动态载荷所产生的拉伸应力，要求具有更大的弯曲刚性的梁，即较高的梁，而高梁再次成为梁自重增加的原因。由于该理由，PSC结合梁可适用的跨度若以单一支撑构造系统为基准则最大限制在40M以内。若PSC结合梁的梁自身较重，则若跨度超过30M，存在使用一般规格的吊车难以进行整体架设，而为了运输及架设需要大型设备的问题。
因此，现有的结合梁用的梁因构造形式不同而多少有些不同，由于构造的效率性、经济性及施工性等理由，在以单一支撑构造系统为基准时，最大可适用的跨度被限制在50M以内。
另外，现有结合梁中使用的梁全部取为一体形式的实腹截面形状，要制作出在平面内或截面内为规定的曲线形状的梁时，就会产生极大的困难。当然，在钢梁情况下，能够制作出具有曲线形状的部件，但因此而导致制作费用急剧增加，施工难度显著提高，结果，在与具有其它构造形式的部件的价格竞争中将处于明显不利的地位。即，在对象构造物为不能以直线形状的梁应对的曲线桥梁或曲线构造物时，比起开放型结合梁截面，主要使用由高价钢或混凝土构成的箱状梁。
为了解决上述问题的本发明的预应力结合桁架梁，其中，具有结合混凝土底盘的桁架构造；包括为了抵抗上述混凝土底盘的结合及非结合时产生的拉伸力及减少结合状态下的下垂，而由导入了预应力的预应力混凝土构成的具有规定形状的纵横截面和规定长度的下弦部件；为了抵抗作用于结合梁上的剪切力，把构造用轧制钢构成的立杆和斜撑相互交替地设置在下弦部件上表面上的腹杆部件；和沿上述下弦部件的纵向方向与上述腹杆部件连接的上弦部件，该上弦部件由构造用钢板构成，可与上述混凝土底盘连接，可抵抗上述混凝土底盘结合前的状态下产生的压缩力。
为了解决上述技术问题的本发明的预应力结合桁架梁的制造方法包括(a)形成沿轴向方向导入了规定预应力、长度一定的预应力混凝土下弦部件的步骤；(b)把具有一定长度、由构造用轧制钢构成的立杆和斜撑相互交替地连接到上述下弦部件上表面上的步骤；(c)沿上述下弦部件的纵向方向把板状上弦部件连接于上述立杆和斜撑的步骤。
因而，本发明以单纯支撑构造系统为基准使跨度延长到70米以上，仍能有效地应对包含自重在内的外部载荷，材料使用率达到最大化，不受构造物形状制约，并可大幅度减少工程施工费用的支出。
图5是示出本发明优选的第1实施例的预应力结合桁架梁的构成的立体图。
参照图5，本发明的第1实施例的预应力结合桁架梁100为具有结合了混凝土底盘170的桁架结构；为抵抗混凝土底盘170的结合及非结合时产生的拉伸应力且减少在结合状态下的下垂而由导入预应力的预应力混凝土构成的，具备具有规定形状的纵横截面和规定长度的下弦部件110；为抵抗作用于结合梁上的剪切力、把由构造用轧制钢构成的立杆121和斜撑122相互交替地设置在下弦部件110上表面的腹杆部件120；由可连接混凝土底盘170的构造用钢板构成的、在混凝土底盘170结合前的状态下可抵抗产生的压缩力、沿下弦部件110的纵向与腹杆部件120连接的上弦部件140。
上述下弦部件110由具有规定形状的纵横截面、利用通常的先张法或后张法导入规定预应力的预应力混凝土构成。作为参考，上述先张法是对如P.S(prestressing steel)钢材那样的张拉线材先张拉后，浇筑混凝土，待混凝土固化后，因张拉线材和混凝土间的粘附而把施加到张拉线材上的拉伸力传送给混凝土向其提供预应力的方法。另外，上述后张法是在混凝土固化后，张拉预先配置在套管(sheath)内的P.S钢材并固定，再把水泥浆注入套管内的方法。
优选上述下弦部件110具有沿纵向为直线形状的纵截面。
为了沿混凝土的轴向导入预应力，在上述下弦部件110的内部具备利用上述先张拉法施加了规定预应力的多根线材型张拉线材111。
如图6所示，为了把预应力沿混凝土轴向导入上述下弦部件110的内部，将利用后张法施加了规定预应力的多根线材型张拉线材112，例如P.S钢索沿下弦部件110的纵向设置。
如图7A到图7C所示，上述下弦部件110的横截面的形状可为椭圆形、长方形、圆形或多边形等的多种形状。
如图5所示，上述腹杆部件120具有一定长度的立杆121和斜撑122。其中的立杆121是沿下弦部件110的纵向方向按一定间隔设置在该下弦部件110的上表面，且向上直立地设置，斜撑122呈一定角度地倾斜设置在立杆121和立杆121之间。
如图5所示，本发明具备按一定间隔设置在下弦部件110上表面、可使立杆121及斜撑122的下端连接到下弦部件110上表面的腹杆部件用连接部件130。
如图8A所示，上述腹杆部件用的连接部件130具备固定在下弦部件110上表面的连接板131；沿垂直方向直立焊接于连接板131上面、可与立杆121(图5)及斜撑122(图5)连接的垂直板132。
如图8B及图8C所示，上述腹杆部件用的连接部件130具备固定在下弦部件110上表面上、立杆121及斜撑122连接其上面的连接板131；装置在下弦部件110内、焊接在连接板131下面的至少一个U形(stirrup)钢筋箍133。上述U形(stirrup)钢筋箍133围着配置于下弦部件110内的普通钢筋网134中的水平钢筋135，并与之呈直角配置。
如图8D所示，上述腹杆部件用的连接部件130具备固定在下弦部件110上表面、其上面连接立杆121(图5)及斜撑122(图5)的连接板131；装置在下弦部件110内、焊接在连接板131下面上的多根立柱(stud)136。
如图5所示，上述上弦部件140是具有直线形状的纵截面，长度与下弦部件110的长度相对应的板材，通过焊接或螺栓连接方式连接到腹杆部件120的立杆121及斜撑122的上端上。
如图9A所示，优选上述上弦部件140的横截面形状为“”状。
如图9B所示，上述上弦部件140的横截面形状也可为 状。
如图5所示，本发明还具有在上弦部件140上表面、沿纵向方向按一定间隔连续地配置的多个底盘用连接部件150，能够确保混凝土底盘170结合时上弦部件140和混凝土底盘170构成一完整整体；以及板状增强部件160，该板状增强部件160如图10A-图10D所示，设置在腹杆部件120连接的上弦部件140的规定部位上，可抑制腹杆部件120连接的上弦部件140的规定部位上产生局部应力集中。
如图5所示，上述底盘用连接部件150具备连续地配置在上弦部件140的上表面、向上直立地焊接着的多根立柱151。
如图10A及图10B所示，优选上述增强部件160以焊接方式直立焊接于腹杆部件120连接的上弦部件140的规定部位及腹杆部件120的上端侧上。
如图10C及图10D所示，上述增强部件160还可以螺栓连接方式直立连接于腹杆部件120连接的上弦部件140的规定部位及腹杆部件120的上端侧上。
然而，本发明优先第1实施例的预应力结合桁架梁因具有沿轴向方向将预应力导入下弦部件内的构造，所以能够更加有效地应对由外力引起的拉伸力，并因为可以把导入下弦部件内的预应力的大小上升到混凝土的允许压缩压力水准，所以材料使用的效率达最大化，以单一支撑构造系统为基准，使可适用的跨度延长到70M以上。另外，即使在连续跨度的中间地点因静态载荷和动态载荷产生负弯矩，因为下弦部件由抗压缩力强的混凝土构成，所以在具有连续跨度的结合梁上无其它增强设备也可有效地使用。另外，在同样载荷条件下延长跨度时，在确保下弦部件及上弦部件的截面为一定大小状态下，仅延长腹杆部件的长度，就能够适应跨度延长所造成的下弦部件和上弦部件的截面力增加，因此，即使只延长腹杆部件的长度就可延长横跨长度，所以能够容易地实现制品的标准化。
图11是示出本发明优选的第2实施例的预应力结合桁架梁构成的立体图。
参照图11，本发明优选的第2实施例的预应力结合桁架梁200与下弦部件和上弦部件的横截面为直线状的上述第1实施例不同的是具备由纵截面为任意曲率半径的曲线形状构成的下弦部件210和上弦部件240。另外，在上述桁架梁200中，优选腹杆部件220制成连接各上端的基准线为曲线。
为了沿混凝土的轴向方向将预应力导入上述下弦部件210内部，沿下弦部件210的纵向方向设置利用上述后张法增加了规定预应力的多根线型张拉线材212。
优选上述上弦部件240具有这样的一曲线形状，即，该曲线形状的曲率与下弦部件210的曲率相同。
因而，本发明优选的第2实施例的预应力结合桁架梁，因为分别按照规定的曲线制作成形性好的上弦部件和下弦部件，把由构造用轧制钢构成的腹杆部件制作成直线，再使用焊接或螺栓进行机械性连接，所以能够按照任意曲线自由地制作梁的形状。
图12是示出本发明优选第3实施例的预应力结合桁架梁的构成的立体图。
参照图12，本发明优选第3实施例的预应力结合桁架梁300具备为任意曲率的曲线形状的下弦部件310，纵截面为直线形状的上弦部件340以及连接上弦部件340的腹杆部件320。在上述桁架梁300中，腹杆部件320优选连接其各自上端的基准线是一条直线。
图13是示出本发明优选第4实施例的预应力结合桁架梁构成的立体图。
参照图13，本发明优选的第4实施例的预应力结合桁架梁400具备横截面为六边形的下弦部件410，沿下弦部件410的纵向方向朝该下弦部件410的两侧各自以一定角度倾斜设置的腹杆部件420；连接上述腹杆部件420的上弦部件440。
图14是示出本发明优选的第5实施例的预应力结合桁架梁中在下弦部件上使张拉力的大小不同的构造的概念图。
参照图14，本发明优选的第5实施例的预应力结合桁架梁500适合于连续跨度的情况下，是为了有效地对应在中间地点产生的负扭矩，对应于下弦部件510的整个全长，在基本中间区域使预应力集中，越朝中间区域的外侧预应力逐渐减少地沿全长配置导入预应力的大小不同的多根张拉线材511、512。
上述下弦部件510优选针对全长被分割成导入的预应力大小不同的大致3个区域。
这样的下弦部件510同时适用于先张法和后张法，并由利用这些方法集中分布张拉线材511、512的中间区域513和应用先张法和后张法中的任何一种方法、分布的张拉线材511、512比中间区域相对减少的外侧区域514构成。
图15是示出本发明优选的第6实施例的预应力结合桁架梁中下弦部件上张拉力不同的构造概念图。
参照图15，本发明优选的第6实施例的预应力结合桁架梁600与上述第5实施例不同，适用于后张法，使应力集中在预先分成一定长度而制作的下弦部件610的中间区域，为了越向中间区域外侧预应力越少，具有在各区域内呈不规则分布预应力的多根张拉线材612。
上述下弦部件610的张拉线材612被沿轴向方向设置在该下弦部件610的全长上，并分别固定在下弦部件610的两端上。
另外，为了相对于下弦部件610的全长越朝中间区域预应力越集中，上述下弦部件610的张拉线材612以下弦部件610的轴向方向为中心在下弦部件610的两侧面分别固定。
这样构成的本发明的优选实施例的预应力结合桁架梁的制造方法详细说明如下。
图16是说明本发明优选的第1实施例的预应力结合桁架梁的制造方法的流程图。
参照图16，本发明优选的第1实施例的预应力结合桁架梁的制造方法包含以下步骤，即，形成沿轴向方向已导入了规定预应力的长度一定的预应力混凝土下弦部件的步骤(S100)，把一定长度的、由构造用轧制钢构成的立杆和斜撑交替地连接到下弦部件上表面的步骤(S200)和沿下弦部件的纵向方向把板状上弦部件连接到立杆和斜撑上的步骤(S300)。
具体地，上述下弦部件形成步骤(S100)是适用先张法，把预应力导入下弦部件的混凝土内的步骤，包含将指定地点的地面平整之后，在地面上设混凝土床基的步骤(S111)，把多根H形钢呈格子状配置在该混凝土床基上，在H形钢上设置宽度和长度一定的直线形下部模板的步骤(S112)，把连接垂直钢筋和水平钢筋的钢筋网配置到下部模板上，沿钢筋网的纵向方向按一定间隔配置腹杆部件用的连接部件，之后，在钢筋网和下部模板的上面之间设置分隔材，使上述钢筋网与下部模板的上面仅相距规定间隔的步骤(S113)，把多根线型张拉线材插入钢筋网内配置后，在距下部模板的两端规定距离的地方设置支承台，之后，使用油压千斤顶赋予张拉线材规定的张拉力后，在该张拉线材保持张拉状态下把该张拉线材固定在支承台上的步骤(S114)，在钢筋网的侧面设置侧面模板，之后，向侧面模板的内侧注入混凝土，使混凝土保持一定养护期间的步骤(S115)，和从支承台上切断可把规定预应力导入养护的混凝土内的张拉线材，施加到张拉线材上的张拉力传递给混凝土的步骤(S116)。
图17A到图17L是说明本发明优选的第1实施例的预应力结合桁架梁的制造方法的概略截面构成图。
首先，如图17A所示，在指定的地面上平整出混凝土床基710。
然后，沿纵向方向按一定间隔连续地把多根H形钢720配置在混凝土床基710上面。
接着，沿横向方向按一定间隔连续地把多根H形钢720配置在上述纵向方向侧的H形钢720上。
再接着，在上述纵向方向侧的H形钢720上设置宽度和长度一定的下部模板730。这里，优选上述下部模板730的纵截面为直线状。
然后，如图17B到图17C所示，沿下部模板730的纵向方向把水平钢筋135和垂直钢筋相互连接的钢筋网134配置在下部模板730上。
接着，按一定间隔连续地把腹杆部件用连接部件130焊接在钢筋网134的上面。具体地，如图8A所示，优选腹杆部件用连接部件130是这样构成的，即把连接板131焊接固定在钢筋网134上面之后，把垂直板132垂直焊接在连接板131的上面。
另外，如图8B及图8C所示，腹杆部件用连接部件130最好是把连接板131焊接到钢筋网134上面后，还可以在连接板131的下面焊接U型钢筋箍133。此时，上述U型钢筋箍133围着钢筋网134的水平钢筋135，并与之呈直角配置。
如图8D所示，腹杆部件用连接部件130还可以在把连接板131焊接在钢筋网134上面后，再把多根立柱136焊接在连接板131的下面。
然后，如图17B及图17C所示，把由水泥砂浆构成的一定厚度的分隔材料750配置在钢筋网134和下部模板730的上面之间，使得钢筋网134距下部模板730上面规定的间隔。
然后，把多根线型张拉线材111插入钢筋网134内部之后，把由构造用形钢构成的支承台760设在混凝土床基710上，并距下部模板730两端一定间隔的位置上。
然后，把通常的油压千斤顶770支在支承台760上，并在此状态下，使用该油压千斤顶770，将规定的张拉力导入张拉线材内后，使用楔子(图未示出)把上述张拉线材111的两端固定在支承台760上。
然后，如图17D及图17E所示，把与下弦部件的整体形状相匹配地制作出的侧面模板780围着钢筋网134整体地固定在下部模板730上。
接着，把规定量的混凝土，即水泥砂浆注入内包钢筋网134的侧面模板780内侧后，对上述混凝土养护一定时间。具体地，为了上述混凝土的设计基准强度以龄期28日为基准达到4000KG/CM2以上，并能防止因水化热造成的龟裂及发挥早期强度，待混凝土开始固化后，第一天实施蒸汽养护后，除去侧面模板780，一定时间内，如约7日内实施湿润养护。
接着，如图17F及图17G所示，如前所述，若混凝土的养护结束，则切断张拉线材111。于是，如图17H所示，下弦部件110的制造结束，腹杆部件用连接部件130平坦地露出于下弦部件110的上表面上。此时，在下弦部件110的张拉线材111被切断的瞬间，张拉线材的张拉状态被解除，且提供作用于混凝土轴向上的规定压缩力。即，因张拉线材和混凝土的粘附作用将施加于张拉线材111上的张拉力传送给了混凝土而把预应力导入混凝土。
如图17I所示，立杆121的下端通过焊接或螺栓连接方式直立地设置在露出于下弦部件110上表面上的腹杆部件用连接部件130上。
接着，把斜撑122倾斜设置在各个立杆121之间后，通过焊接或螺栓连接方式连接斜撑122的下端和腹杆部件用连接部件130。
接着，如图17J所示，制作宽度一定而长度与下弦部件110(图17I)的长度相同的上弦部件140后，沿纵向方向按一定间隔把混凝土底盘用的连接部件150，例如立柱151焊接在上弦部件140上面。
然后，如图17K所示，将混凝土底盘连接用部件150的设置结束，以焊接或螺栓连接方式使上弦部件140与腹杆部件120的立杆121及斜撑122的上端连接。此时，优选在腹杆部件120连接的上弦部件140的规定部位上设置板状增强件(图未示出)。具体地，如图10A及图10B所示，优选把上述增强部件160以焊接方式直立焊接在腹杆部件120连接的上弦部件140的规定部位及腹杆部件120的上端侧上。另外，如图10C及图10D所示，还可以螺纹连接方式把上述增强部件160直立地连接在腹杆部件120连接的上弦部件140的规定部位及腹杆部件120的上端侧上。
最后，如图17L所示，把混凝土底盘170装配到上弦部件140上。此时，混凝土底盘170借助于上弦部件140的混凝土底盘用连接部件150(图17K)与上弦部件140构成一体。
图18是说明本发明优选的第2实施例的预应力结合桁架梁的制造方法的流程图。与图16的符号相同的符号表示相同的步骤。
参照图18，本发明优选的第2实施例的预应力结合桁架梁的制造方法是与上述第1实施例的下弦部件的制造步骤不同，使用后张法将预应力导入下弦部件的混凝土内的方法。
这样的上述下弦部件的形成步骤(S100)包含与上述第1实施例的步骤相同，先将指定地点的地面平整，之后，在地面上设置混凝土床基的步骤(S121)，把多根H形钢呈格子状配置在该混凝土床基上，在H形钢上设置宽度和长度一定的直线形下部模板的步骤(S122)，把垂直钢筋和水平钢筋连接的钢筋网配置到下部模板上，沿钢筋网的纵向方向按一定间隔配置腹杆部件用的连接部件，之后，在钢筋网和下部模板的上面之间设置分隔材，使上述钢筋网与下部模板的上面仅相距规定间隔的步骤(S123)。这样，对与上述第1实施例相同的步骤的说明不再描述。
接着，上述下弦部件的形成步骤(S100)包括把两端装有固定件的多根套(sheath)管配置在钢筋网内的步骤(S124)，在钢筋网侧面设置侧面模板后，向侧面模板内侧注入混凝土，使混凝土养护一定时期的步骤(S125)，混凝土养护结束后，向各套管内配置多根线型张拉线材后，用油压千斤顶对张拉线材施加规定张拉力后，向套管内注入水泥砂浆，使混凝土与张拉线材粘附的步骤(S126)。
图19A到图19H是说明本发明优选的第2实施例的预应力结合桁架梁的制造方法的概略的截面构成图。
首先，如图19A及图19B所示，把钢筋网134配置在与上述第1实施例相同的直线形下部模板740上，并在此状态下，把两端装着通常的固定件861的、长度一定的套(sheath)管860插入钢筋网134内，之后，把上述固定件861牢固地支撑在钢筋网134的两端上。
接着，如图19C及图19D所示，把与下弦部件的整体形状相匹配地制作出的侧面模板780围着钢筋网134地固定在下部模板730上。
接着，向侧面模板780内侧注入定量的混凝土后，以与第1实施例相同的方法在一定时期内养护混凝土。
接着，如图19E及图19F所示，混凝土养护结束后，把多根线型张拉线材112插入套管860的内部，之后，使用油压千斤顶770对张拉线材112导入规定的张拉力，之后，使用楔子(图未示出)把上述张拉线材112固定在固定件861上。
然后，向套管860内部注入定量的水泥砂浆，使得混凝土和张拉线材粘附在一起。继续地，把混凝土浇灌到固定件861上，下弦部件110的制造完成。
最后，如图19G所示，将腹杆部件120连接到下弦部件110的上面(S200图18)，如图19所示，上弦部件140连接腹杆部件120的上端。(S300图18)。
图20是说明本发明优选的第3实施例的预应力结合桁架梁的制造方法的流程图。与在图16及图18中说明的符号相同的符号表示相同的步骤。
参照图20，本发明优选的第3实施例的预应力结合桁架梁的制造方法虽然与如前所述的第2实施例所示使用后张法制作下弦部件的步骤是相同的，但在最初的混凝土床基平面上制作曲线状下弦部件后(S131-S136)，再使下弦部件旋转90°，纵截面呈曲线形状这一点很清楚是不同的。对于与上述第1及第2实施例相同的步骤(S200、S300)此处省略说明。
图21是说明本发明优选的第3实施例的预应力结合桁架梁制造方法的概略立体图。
首先，如上述第2实施例那样，把H形钢呈格子状配置在混凝土床基710上，并在其上设置规定曲线形状的下部模板。
接着，依次设置钢筋网、腹杆部件用连接部件、套管及侧面模板后，向侧面模板内侧注入混凝土并养护。于是，规定曲线形状的下弦部件310的制造完成。此时，上述下弦部件310以侧面接触混凝土床基710的状态放置在床基710上。
最后，使腹杆部件连接下弦部件310(S200)，上弦部件连接腹杆部件(S300)后，再按图面所示的箭头方向使下弦部件310旋转90°立起来，本发明的桁架梁制造完毕。
以上为说明本发明的实施例而使用的术语是为说明本发明的目的而使用的，不是用于限制含义及权利要求范围内记载的本发明的范围。
产业上的可利用性如前所述，本发明的预应力结合桁架梁及其制造方法的效果如下。
第一，因为本发明沿轴向方向将预应力导入下弦部件，所以对于包含梁自重的所有形式的外部载荷，因轴向力作用在下弦部件上，从而能够有效地应对由外力引起的拉伸力。
第二，由于能够容易地使导入下弦部件的预应力的大小增加到混凝土允许压缩应力，因此，使材料使用的效率达到最大。
第三，因为下弦部件由抗压缩力强的混凝土构成，所以能够有效地应对在连续跨度的中间地点因静态载荷和动态载荷产生的负扭矩。因而，在没有另设增强设备时能有效地使用有连续长度的结合梁。
第四，由于腹杆部件具有开放式的桁架构造，随着梁高增加其自重增加很微小，因此，在同等载荷条件下要延长跨度量时，在上弦部件和下弦部件的截面大小固定不变的状态下，只增加腹杆部件的高度，就能够应对因跨度增加引起的截面力增加。
第五，由于本发明使导入下弦部件的预应力的水准与现存的PSC梁不同，使预应力与梁的几何学因素无关地增加到混凝土的允许压缩应力，因此，梁的高度不受限制，若以单跨状态为基准，则可将跨度延长至100米。
第六，因为本发明的与上弦部件结合的底盘和下弦部件全部由非龟裂性混凝土构成，其刚性增加，动态载荷作用时的下垂大幅度减少，所以跨度为70米时，以陆桥为基准，梁高比保持为1/20，跨度为50米时，梁高比保持为1/25，跨度为40米以下时，保持为1/27。
第七，已知现有的PSC只使用混凝土、钢筋、PS钢材等材料，完全不使用高价的构造用钢材，所以针对30-40米跨距，PSC结合梁是很经济的。但是，因为本发明对上弦部件及腹杆部件使用构造用钢材，所以如果仅仅比较材料费用，自然比PSC结合梁多少要高一些，但由于下弦部件高度降低，截面形状比起PSC结合梁要简单的多，因此，能够大大减少梁的制作所必要的设施费，例如制作场所、模板、养护装备等的设施费、钢筋的加工及组装、PS钢材的配置、混凝土浇筑及连接等涉及的人工费、施工费。
第八，本发明的梁因其自重轻，所以能够大幅度减少梁的移动、起吊及定位所需要的装备使用料，并因梁中心位于下方位置，针对翻倒其稳定性极好，还能够大幅度地减少梁制作所需空气量，整体地评价其经济性时，要比现有的PSC梁好得多。
第九，因为与现有一体实腹型截面的结合梁不同，本发明分别按照规定的曲线形状制作成形性好的上弦部件和下弦部件，用构造用轧制钢制作直线腹杆部件，再以焊接或螺栓连接方式连接上述的这些部件，所以自由地制作任意曲线形状的梁是不成问题的。
第十，因为本发明与现有的相对高价的钢箱结合梁适用的曲线构造物或曲线桥梁不同，而是能够自由地制作任意曲线形状的梁，所以能够减少该构造物的工程造价的30％。
权利要求
1.一种预应力结合桁架梁，其特征在于，具有结合混凝土底盘的桁架构造；包括为了抵抗上述混凝土底盘的结合及非结合时产生的拉伸力及减少结合状态下的下垂，而由导入了预应力的预应力混凝土构成的具有规定形状的纵横截面和规定长度的下弦部件；为了抵抗作用于结合梁上的剪切力，把构造用轧制钢构成的立杆和斜撑相互交替地设置在下弦部件上表面上的腹杆部件；和沿上述下弦部件的纵向方向与上述腹杆部件连接的上弦部件，该上弦部件由构造用钢板构成，可与上述混凝土底盘连接，可抵抗上述混凝土底盘结合前的状态下产生的压缩力。
2.根据权利要求1所述的预应力结合桁架梁，其特征在于，还具备在上述上弦部件的上表面，沿纵向方向按一定间隔连续配置有多根立柱的底盘用连接部件，可以确保在上述混凝土底盘结合时，上弦部件和混凝土底盘构成一体。
3.根据权利要求1所述的预应力结合桁架梁，其特征在于，还具备腹杆部件用连接部件，该腹杆部件用连接部件按一定间隔分散地配置在上述下弦部件的上表面上，以便上述立杆和斜撑连接到上述下弦部件的上表面上。
4.根据权利要求3所述的预应力结合桁架梁，其特征在于，上述腹杆部件用连接部件具备固定在上述下弦部件上表面上的连接板；垂直焊接于上述连接板上的垂直板，该垂直板连接上述立杆和斜撑。
5.根据权利要求3所述的预应力结合桁架梁，其特征在于，上述腹杆部件用连接部件具备固定在上述下弦部件上表面上的连接板；位于上述下弦部件内、焊接在上述连接板下表面上的多根U形钢筋箍或立杆。
6.根据权利要求1所述的预应力结合桁架梁，其特征在于，上述下弦部件具备多根线型张拉件，该线型张拉件沿纵向方向位于混凝土内部，并可把上述下弦部件全长范围内规定分布的预应力导入到混凝土内。
7.根据权利要求6所述的预应力结合桁架梁，其特征在于，上述张拉件在上述下弦部件的各区域内分布量不同，使得在下弦部件的全长范围内使预应力集中在中间区域，而越向中间区域外侧预应力越少。
8.根据权利要求1所述的预应力结合桁架梁，其特征在于，上述下弦部件具备具有规定的直线或曲线形状的纵截面。
9.根据权利要求1所述的预应力结合桁架梁，其特征在于，上述上弦部件具备具有规定的直线或曲线形状的纵截面。
10.根据权利要求1所述的预应力结合桁架梁，其特征在于，上述下弦部件具备长方形、圆形、椭圆形或多边形的横截面。
11.根据权利要求1所述的预应力结合桁架梁，其特征在于，上述腹杆部件沿上述下弦部件的纵向方向分别按一定角度倾斜地设置在其两侧。
12.根据权利要求1所述的预应力结合桁架梁，其特征在于，上述上弦部件与腹杆部件可光滑地连接的横截面形状为“”或 形状。
13.一种预应力结合桁架梁的制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(a)形成沿轴向方向导入了规定预应力、长度一定的预应力混凝土下弦部件的步骤；(b)把具有一定长度、由构造用轧制钢构成的立杆和斜撑相互交替地连接到上述下弦部件上表面上的步骤；(c)沿上述下弦部件的纵向方向把板状上弦部件连接于上述立杆和斜撑的步骤。
14.根据权利要求13所述的预应力结合桁架梁的制造方法，其特征在于，上述(a)步骤包括(a1)将指定地点的地面平整之后，在地面上设置混凝土床基的步骤；(b1)把多根H形钢呈格子状配置在上述混凝土床基上，在H形钢上设置宽度和长度一定的下部模板的步骤；(c1)把垂直钢筋和水平钢筋连接着的钢筋网配置到上述下部模板上，沿钢筋网的纵向方向按一定间隔配置腹杆部件用连接部件之后，在上述钢筋网和上述下部模板的上面之间设置分隔材，使上述钢筋网与上述下部模板的上面相距规定间隔的步骤；(d1)把多根线型张拉线材插入配置在上述钢筋网内之后，在距上述下部模板的两端规定距离的地方设置支承台，之后，使用油压千斤顶赋予上述张拉线材规定的张拉力后，把该张拉线材固定在支承台上，使得该张拉线材保持张拉状态的步骤；(e1)在上述钢筋网的侧面设置侧面模板之后，向侧面模板的内侧注入混凝土，使混凝土养护一定期间的步骤；(f1)从上述支承台切断上述张拉线材，可把规定的预应力导入养护过的混凝土内的步骤。
15.根据权利要求13所述的预应力结合桁架梁的制造方法，其特征在于，上述(a)步骤包括(a2)将指定地点的地面平整之后，在上述地面上设置混凝土床基的步骤；(b2)把多根H形钢呈格子状配置在上述该混凝土床基上，在H形钢上设置具有规定的直线或曲线形状的下部模板的步骤；(c2)把垂直钢筋和水平钢筋连接着的钢筋网配置到上述下部模板上，沿钢筋网的纵向方向按一定间隔配置腹杆部件用连接部件之后，在上述钢筋网和上述下部模板的上面之间设置分隔材，使上述钢筋网与上述下部模板的上面仅相距规定间隔的步骤；(d2)把两端装有固定件的多根套管配置在上述钢筋网内的步骤；(e2)在上述钢筋网侧面设置侧面模板后，向上述侧面模板内侧注入混凝土，使上述混凝土养护一定期间的步骤；(f2)上述混凝土养护结束后，向上述各套管内配置多根线型张拉线材后，用油压千斤顶对上述张拉线材施加规定张拉力后，向上述套管内注入水泥砂浆，使上述混凝土与张拉线材粘附的步骤。
全文摘要
本发明涉及一种预应力结合桁架梁及其制造方法，具有结合混凝土底盘的桁架构造；包括为了抵抗上述混凝土底盘的结合及非结合时产生的拉伸力及减少结合状态下的下垂，而由导入了预应力的预应力混凝土构成的具有规定形状的纵横截面和规定长度的下弦部件；为了抵抗作用于结合梁上的剪切力，把构造用轧制钢构成的立杆和斜撑相互交替地设置在下弦部件上表面上的腹杆部件；和沿上述下弦部件的纵向方向与上述腹杆部件连接的上弦部件，该上弦部件由构造用钢板构成，可与上述混凝土底盘连接，可抵抗上述混凝土底盘结合前的状态下产生的压缩力。
文档编号E01D2/00GK1462325SQ02801481
公开日2003年12月17日 申请日期2002年2月28日 优先权日2001年5月4日
发明者元大渊 申请人:元大渊