伸展式桁架－刚架结构路桥的制作方法

本实用新型属于交通路桥技术领域，特别是涉及一种伸展式桁架－刚架结构路桥。

背景技术：

世界上钢结构桁架桥的应用已有几百年的历史，证明了它具有跨度大、重量轻且安全的优势。大型钢结构(桥)虽然在应用上有诸多其它形式结构无法与之抗衡的优势，但制造难、运输难、安装难，已是世界上多年未解的难题，这就大大制约了大型钢结构的广泛应用。

目前，国内外大型钢结构的制造，几乎都用焊接成形，因为焊接方便、简便易行。由于在焊缝熔池附近，熔化的铁水和周边低温固体间的温差高达1000多度，两者间产生巨大的热应力，热应力的释放造成材料无法控制的不规则变形，这种变形只要是焊接就会出现。用焊接工艺制造钢结构，其变形之大、之无规则，就无法保证钢结构的制造精度，这是通识。因此，对制造(使用)精度要求高的钢结构(如桥梁)就换而用铆接工艺。如武汉长江一桥，铆接虽然避开了焊接的变形，但几十万棵铆钉，工程繁浩，工期太长，费用猛增，效率太低――两者都是制造难。

现代工程要求钢结构(桥)的体量越来越大，但“大块头”的钢结构如何能从工厂运低施工现场，成了困扰世界百多年的第二大难题，因而也限制了大型钢结构的应用。我国《钢结构设计规范》规定，结构长度要小于21米，否则无法实施公路运输(道路无法满足长大构件的转弯半径)，规范限定的21米长度与工程上实际需要的“大型”相距甚远。怎么办？运输难多年来没有人能提出很好的解决办法。

大型钢结构(桥)每一跨度自重有的几百吨、几千吨甚至几万吨，怎么才能把这么大的物件架上桥墩？世上罕见这么大的起重设备。人们不得不又回到“焊接”、“铆接”工艺上来，把每一根杆焊接和铆接(武汉长江一桥就是这样施工的)成形，则“变形”和“繁琐”也就如影随形――安装难。

技术实现要素：

本实用新型为解决公知大型钢结构(桥)技术的上述一系列难题而提供的全新“伸展式桁架－刚架结构路桥”。可用于高速公路、高速铁路、磁悬浮铁路及其他轨道、非轨道路桥的建设。

本实用新型一举解决了大型钢结构(桥)困绕世界多年的“三难”，而变成一种易制造、易运输、易安装、又易更换、易维护保养。

本实用新型的目的是提供一种易制造的大型路桥结构技术：新结构技术的零件、部件，在成形的过程中也要使用焊接，这些零部件在组装成整体桥结构前都要按图纸进行机加工，然后，就像装配机器一样将有限的几种零部件组装成路桥结构。故新技术路桥结构的制造精度可堪比机器制造精度，能达到毫米级、微米级。此前传统钢结构制造精度无法望其项背。同时，用机加工的工艺，可以实现标准化、系列化、通用化，进而是自动化、智能化，可实现流水作业，不但产品质量得到保障，而且大大降低制造成本。这在钢结构(路桥)制造领域，开创了先河——易制造。

本实用新型的目的是提供一种易运输(储存)的大型路桥结构技术：新结构技术是“机构”和“结构”的有机结合并轻松转化，当运输(储存)状态时，新结构轻松被压缩、折叠，结构长度立减，方便运输。路桥结构的作业长度和被压缩折叠后的长度之变幅比，可根据实际需要设计。

更长、更大、更重的路桥结构，既可按单元分拆(新结构是由若干相同可折叠的单元连接而成的桁架)运输；更可分拆成单根杆件，以实现无障碍运输。桁架结构拆成单元，单元结构拆成杆件，只需几个连接件的拆下或松掉，简单易行。这样任意长、大、重的路桥结构运输难的问题迎刃而解――易运输。

本实用新型的目的是提供一种易施工安装的大型路桥结构技术：由于本结构独特的技术原理，对于相对轻便，小巧的路桥，在工厂里单体制造、整体装配、折叠储运到现场后，借助吊车、架桥机等起重设备，将其吊上桥墩，其一端就位固装，利用上述设备轻拉另一端至下一个桥墩，即成桁架结构桥，在其上可继续做余下作业，以增大桁架桥的整体刚度，使之更安全承载；由于本结构独特的技术原理，对于大型、超重的钢结构路桥，在工厂里单体制造，整体装配成单元结构，可以单元运输，也可以单杆运抵现场，借助起重设备将单杆装配成单元――仅连接数个连接件并锁紧。施工安装可先从一端开始，先将首端单元吊上桥墩并固定，然后将第二个单元吊至高度，连上四个连接件、锁定，并依次安装后续桥结构单元至下一个桥墩并固定；也可以在相邻两桥墩间同时吊装单元施工，相向进行，最后可以在两桥墩间实现准确合拢，此时即成桁架结构路桥，在其上继续做余下作业，增大桥的刚度，形成伸展式桁架－刚架结构路桥，以更安全。

以上可见，新技术路桥的安装施工彻底摆脱了整体焊接变形和整体铆接的繁难，安装容易、快捷，预期新技术结构路桥的建设周期比传统技术短1/2-2/3，甚至更多――易安装。

本实用新型的目的是提供一种较大刚度的桁架桥。由于本结构技术的特点，采用下述后续的技术措施，以提高桁架路桥结构的整体强度、刚度，而成为桁架－钢架结构：

1.本技术路桥结构的主弦杆分上下两层(还可多层)，共4根，均为高0.28m 的H型钢，桥面尺寸为6.54m×0.75m×0.28m的箱形结构，路桥结构单元长为3.5m，路桥上下两层，共有6个箱形结构，每层3个与主弦杆固连。大尺寸构件的固连，无疑就极大地提高了路桥的刚度。

2.每两箱形结构之间固连数根支撑杆成三角形排布如图6中的双点划线示意。支撑杆选用热压钢管。

3.本实用新型结构中，每单元有4根零杆，在安装施工中，当桁架结构路桥成型后，单元中的零杆两两相对为一组，将每组零杆焊成一组合桁架叫“零杆桁架”，如图 3、图9所示，大大提高单根零杆的强度和横向稳定性。

4.本技术中，路桥的每个桥墩两侧，都须浇铸出足够宽厚的与路桥结构等高的钢筋混凝土立柱，立柱内侧有多处预埋件，与座落在桥墩上的零杆桁架固连，这样就避免了，零杆桁架在工工作状态时的横向微动，然后将该桥墩两侧的钢筋混凝土立柱连同各排路桥结构中间的钢制“零杆桁架”用型钢32直接固连在一起，形成一个强度、刚度很大的框架，如图1，图2所示。该路桥结构的每个桥墩处，均如上处理。所以新技术路桥的全长有多少桥墩就有多少框架。

5.本技术中，所有路桥单元，上层桥面的箱型结构的下方，在靠近“零杆桁架”处，两者间焊有一定夹角的支撑杆，成三角形稳定结构；所有路桥单元，下层桥面箱型结构的上方，在靠近“零杆桁架”处，两者间都焊有一定夹角的三角形支撑板。上方支撑杆与下方支撑板联合作用，即每个单元结构都是一个稳定的小框架。

6.本技术中，伸展式桁架－刚架结构中的弦杆、腹杆、零杆在与销轴联接处都固嵌厚壁套管，铰接成一体，以提高节点刚度。如图7示。

7.本技术中，桥面箱形结构内表面固装有金属锌(Zn)条块，其余管状杆件也照此处理，以使伸展式桁架－钢架结构防氧化腐蚀、延年。

本实用新型伸展式桁架－刚架结构路桥所采取的技术方案是：

一种伸展式桁架－刚架结构路桥，其特点是：伸展式桁架－刚架结构路桥包括桥墩、桥梁和桥面，桥梁为伸展式桁架－刚架结构，伸展式桁架－钢架结构由弦杆、腹杆和零杆铰接成一体化结构，桥墩支撑伸展式桁架－刚架结构桥梁，桥面固接于伸展式桁架－刚架桥梁结构的弦杆上。

本实用新型伸展式桁架－刚架结构路桥还可以采用如下技术方案：

所述的伸展式桁架－刚架结构路桥，其特点是：桥墩是整体钢筋混凝土结构，或是伸展式桁架－刚架结构，两者都用于支撑伸展式桁架－刚架结构桥梁；伸展式桁架－刚架桥墩为弦杆、腹杆、零杆和撑杆插接、螺栓连接、焊接或铰接成一体化结构，桥墩底部靠地脚螺栓安装于承台上。如图14示。

所述的伸展式桁架－刚架结构路桥，其特点是：桥梁是伸展式桁架－刚架结构，伸展式桁架－刚架的上弦杆、下弦杆为H型钢，腹杆为钢管，零杆为钢管，H型钢弦杆、腹杆和零杆在与销轴联接处都固嵌厚壁套管，由销轴铰接连成为一体，以加强节点刚性。如图 7所示。

所述的伸展式桁架－刚架结构路桥，其特点是：桥梁上弦杆、腹杆和零杆均通过机加工而成型；H型弦杆在铰接处，以其横截面中心线为界，一面剔除，反面补偿加强；相邻单元弦杆在另一面剔除和反面补偿加强，两单元在中心线两侧耦合铰接，补偿后H型弦杆所承载负荷与剔除前相同或更大。如图5所示。

所述的伸展式桁架－刚架结构路桥，其特点是：桥面由数个单体箱形结构与弦杆固连而成，箱形结构内固装数个纵横交叉且竖直方式排布的加强版，以保证桥面纵横两个方向的刚度。每两箱形结构之间固连数根支撑杆成三角形排布(如图6中双点划线所示)，支撑杆为钢管，以提高路桥横向刚度。如图6所示。

桥面上铺设钢轨用于轨道交通，或铺设水泥或柏油用于机动车、非机动车或行人交通；桥面上装有照设施、通讯设施和安全防护设施。

所述的伸展式桁架－刚架结构路桥，其特点是：路桥横向布设1-10排通道，纵向布设2-5层桥面。

所述的伸展式桁架－刚架结构路桥，其特点是：路桥拉伸成时，每个桥单元内有4根零杆，两两相对成双，将成双的零杆施焊成桁架，称“零杆桁架”，以增大零杆刚度、强度，每单元内有两付零杆桁架。如图3、图9所示。

所述的伸展式桁架－刚架结构路桥，其特点是：所有路桥单元，上层桥面的箱型结构的下方，在靠近零杆桁架处，两者间固连有互成角度的长方形钢管为支撑杆；下层桥面箱型结构的上方，在靠近零杆桁架处，两者间固连有互成角度的三角形支撑板。上方支撑杆，与下方支撑板联合作用，使路桥结构的每个单元都是横向稳定的钢架结构。如图2所示。

所述的伸展式桁架－刚架结构路桥，其特点是：每个桥墩两侧都预制有足够宽厚的与路桥梁等高的钢筋混凝土立柱，其上有多处预埋件与零杆桁架固连，以增大路桥结构的横向刚度。如图2所示。桥墩两侧的钢筋混凝土立柱，与路桥结构中间的钢制零杆桁架用型钢直线固连在一起，形成刚度很大的框架，以增大路桥结构的横向刚度。如图2所示。

所述的伸展式桁架－刚架结构路桥，其特点是：结构所使用的零部件除H型钢、工字钢和轴销外，都是中空钢管或中空的箱型结构，这些零部件在施焊组装前，在其内壁固连锌级(Zn)条块，以利用化学活动顺序，减少钢铁件的腐蚀，并且路桥的中空钢管或中空的箱形结构部件，组装施焊时，在最后一道焊口使这些零部件密封呈中空之前，在其内部先填充轻质泡沫塑料后，高压喷入废柴油、机油细雾(先将废油过滤)沾满整体泡沫塑料后，再进行施焊密封，以期长久防止钢结构路桥中空材料内部氧化腐蚀。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

伸展式桁架－刚架结构路桥由于采用了本实用新型全新的技术方案，与现有技术相比，本实用新型具有单体机加工制造，整体装配成路桥，折叠成小尺寸运输，一拉即成路桥，实现快速安装，易维护、易保养、易更换，极大地节约建设成本，其性价比很高。适用于一切大、中、小型、轻型、重型路桥建设，如高速公路、高速铁路、磁悬浮铁路及一切轨道、非轨道的路桥建设。

附图说明

图1是本实用新型伸展式桁架－刚架结构路桥结构示意图；

图2是图1的A-A剖视结构示意图；

图3是图1中零杆桁架结构示意图；

图4是桁架结构示意图；

图5是伸展式桁架结构节点连接结构示意图；

图6是弦杆H型钢及箱形结构连接结构示意图；

图7是弦杆、腹杆、零杆连接结构示意图；

图8是腹杆连接板结构示意图；

图9是零杆桁架结构示意图；

图10是零杆桁架结构示意图；

图11是零杆与弦杆结构示意图；

图12是桁架桥墩与承台结构示意图；

图13是图14的弦杆插接固定结构示意图；

图14是图14的弦杆螺栓固定连接结构示意图。

图中，1、桥墩，2、弦杆，3、腹杆、4、零杆，5、动车，6、路灯，7、汽车，8、桥面，9、H型钢，10、横隔板，11、纵隔板，12、工字钢，13、箱形桥面面板，14、箱形结构与工字钢间空档，15、加强板，16、铰接孔，17、弦杆、零杆、腹杆套管，18、腹杆连接板，19、薄板，20、加强板，21、弦杆，22、撑杆，23、工字钢插件，24、工字钢插槽， 25、连接件，26、连接件，27、螺栓，28、螺母，31、节点加厚板，32、型钢，33、承台， 34、桥面撑杆。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

实施例1

参阅附图1至图11。

一种伸展式桁架－刚架结构路桥，包括桥墩1、桥梁和桥面8，桥梁为伸展式桁架－刚架结构，伸展式桁架－刚架由弦杆2、腹杆3和零杆4铰接成一体化结构，又在多处进行加强结构刚度的技术处理。钢筋混凝土桥墩1支撑伸展式桁架－刚架结构桥梁，桥面8 固接于伸展式桁架－刚架结构的弦杆2上。

伸展式桁架－刚架的上弦杆和下弦杆均为H型钢(或非H型钢)，H型钢弦杆尺寸： 280mm×280mm×24mm；腹杆3为长方形钢管，截面尺寸：220mm×140mm×10mm，零杆4为方形钢管，截面尺寸：140mm×140mm×8mm。H型钢弦杆2、腹杆3和零杆4由销轴铰接成为一体。弦杆2、腹杆3和零杆4由机加工而成。

伸展式桁架－刚架路桥的H型(或非H型)弦杆在铰接位置以其横截面中心线为界，一面剔除，反面补偿有加强板15，相邻单元弦杆在另一面剔除和反面补偿加强，两单元在中心线两侧耦合铰接，如图5。补偿后的弦杆承载能力，与剔除前相同或更强，见图5、图7。

桥面8由数个箱形结构与弦杆2固连而成，箱形结构内固装有垂直且交叉排布的横隔板10与纵隔板11。箱式结构尺寸：6.54m×0.75m×0.28m。

每两个箱形结构之间固连数根支撑杆成三角形排布，如图6中双点划线所示，支撑杆为(140×140×8)mm钢管，以提高路桥横向刚度。

桥面上每两个箱形结构之间有约42mm空档，在空当处纵向焊有7条工字钢，如图6 所示。尺寸为280mm×124mm×13.7mm，此外，箱型结构和工字钢之间还有空档，需焊厚度为10mm的“T”字板以补强，铺平桥面。工字钢下平面与箱形结构下平面平齐，在工字钢底部均对称焊一(124×62×6)mm板并与箱形结构下平面焊牢，以提高抗拉强度，如图6。

此伸展式桁架－刚架结构，横向布设4排，形成3个通道，纵向路面为2层。在路面上铺设钢轨，用于轨道交通，也可在路面上铺水泥或柏油，用于机动车、非机动车和行人交通，路桥桥面装有照明路灯6、通讯和安全防护设施安全柱。

本实施例的具体实施过程：

伸展式桁架－刚架结构路桥，先在车间通过机加工使弦杆、腹杆和零杆成形，组装成整体或单元结构，根据运输和施工实际需要，将伸展式桁架－钢架结构整体折叠储运，或拆成单元甚至单根杆件运输至施工现场；加工箱式结构桥面，视条件可以和伸展式桁架－钢架固连好运至建设工地，也可以分别运至工地后再固连。对于中小、轻型路桥，可借助起重机和架桥机实施整体吊装上桥墩，利用架桥机轻拉即可成伸展式桁架结构路桥至下一个桥墩，各单元节点锁紧后，固联余下的箱形结构和其它一些前已述的技术措施，如“零杆桁架”的成形等等，以大大提高伸展式桁架路桥的强度和刚度，在桥面上铺设钢轨，用于轨道交通，也可在路面上铺设水泥或柏油用于机动车、非机动车和行人交通。路桥结构上安装路灯、通讯设施及安全防护设施。

实施例2

参阅附图3至图14。

一种伸展式桁架－刚架结构路桥，该路桥适用于十万大山中的路桥建设。包括桥墩 29、桥梁和桥面，桥梁为伸展式桁架－刚架结构，伸展式桁架－刚架桥梁为弦杆2、腹杆 3和零杆4铰接成一体化结构，桥墩支撑伸展式桁架－刚架结构桥梁，桥面固接于伸展式桁架－刚架桥梁结构的弦杆2上，桥面由数个箱式结构构成。箱式结构尺寸为(6.54×0.75 ×0.20)m，每个箱结构中固装数块垂直排布且互相交插的横隔板10和纵隔板11。

每两个箱形结构之间固连数根支撑杆成三角形排布，如图6中双点划线所示，支撑杆为(100×100×6)mm，以提高路桥横向稳定性。

桥面上每两个箱形结构之间有约42mm空档，在空当处纵向焊有7条工字钢，如图6 所示。尺寸为200mm×124mm×13.7mm，此外，箱型结构和工字钢之间还有空档，需焊厚度为9mm的“T”字板以补强，铺平桥面。工字钢下平面与箱形结构下平面平齐，在工字钢底部均对称焊一(124×62×6)mm板并与箱形结构下平面焊牢，以提高抗拉强度，如图6。

与实施例1不同，桥墩为伸展式桁架－刚架结构，桥墩底部用地脚螺栓固定于承台上。该伸展式桁架－钢架结构，与桥梁结构组成形式几乎一样，但弦杆、腹杆和零杆的选型不同。

桥墩结构，视实际需要而分为3片、4片、5片、6片或8片的平面伸展式桁架结构，该桥墩也是单体机加工制造、折叠或拆分后运抵现场后，拉伸或整体装配成平面结构，然后借助起重设备逐片插接安装，各平面结构成空间伸展式桁架－刚架桥墩结构，固连后再加装多棵支撑杆，以增加桥墩整体强度、刚度，结构安装完成后，将桥墩固装在承台的地脚螺栓上；也可将桥墩按每单面的伸展式桁架分别展成并固装在承台地脚上，然后在承台上逐片插接成空间伸展式桁架钢架结构，并与承台地脚固定，固连后再加装多棵支撑杆以增加桥墩整体刚度。

弦杆在铰点位置以其横截面中心线为界，一面剔除，反面补偿加强；相邻单元在另一面剔除和反面补偿加强，两单元在中心线两侧耦合铰接。补偿后的弦杆承载能力与剔除前相同或更强。

伸展式桁架－刚架结构路桥，相邻两桥墩跨度约40米，桥梁的H型钢尺寸为200mm ×200mm×18mm；腹杆尺寸：180mm×100mm×8mm，零杆尺寸：100mm×100mm×6mm。H型钢弦杆、腹杆和零杆，在铰接处都固嵌有厚壁套管。

此伸展式桁架－刚架路桥为单排，路面为2层，各为2车道，上下共4车道，在路面上铺设水泥或柏油，用于机动车、非机动车和行人交通，路桥上装有路灯、通讯和安全防护设施。

本实施例是为9亿山民设计的，适合于山区交通路桥建设，在大山中实现山山、山水间相连，使山民尽快融入现代化大潮，推动经济社会全面发展。

本实施例的具体实施过程：

伸展式桁架－刚架结构路桥，先在车间通过机加工方式对弦杆、腹杆和零杆加工，按单元分别组装成桥梁和桥墩。根据运输和安装的实际需要整体或分片运输至工地，按上述方法组装成桥墩后，固定在承台地脚上，再安装支撑杆以提高桥墩刚度。然后将伸展式桁架结构桥梁整体或分单元装在桥墩上，各单元通过轴销接成一体，做几件前文已述的后续工作，使之成为桁架－钢架结构。两层路面铺设水泥或柏油，用于机动车、非机动车和行人交通。路桥上安有路灯、通讯和安全防护设施。

本实施例完全实现了本实用新型所具有的单体机加工制造，整体装配成路桥，折叠或拆成小尺寸运输，一拉即成路桥实现快速安装。易维护、易保养、易更换极大地节约建设成本，性价比很高。其原理、制造方式、折叠或拆零运输，方便快速精准安装成大刚度路桥等一系列独特之处，适应于一切轨道及非轨道路桥建设。