大跨度钢桁梁顶推用钢导梁的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种钢桁梁顶推用钢导梁，尤其是一种大跨度钢桁梁顶推用钢导 梁，适用于顶推桥梁施工，确保桥梁在顶进过程中顺利上墩及过墩，提高结构的安全性。
【背景技术】
[0002] 目前，钢桁梁越来越多的应用于桥梁结构，世界上已建成多座大跨度钢桁梁桥等， 目前国外顶推法实现最大跨度为171m，郑州黄河公铁两用桥以最大跨度顶推为168m为国 内成功案例之最。无支墩顶推施工的跨度直接决定了最大悬臂长度，随着悬臂长度的增加 施工设计难度将成几何级数的增加，结构受力与悬臂长度成平方关系，挠度与悬臂长度更 是四次方关系，因此制作大跨度钢桁梁顶推用钢导梁存在技术难度。
【发明内容】
[0003] 为克服以上缺点，实现大跨度（导梁120m，利用主桥钢桁梁40m，实现最大净悬臂 160m，最大跨度180m的过墩），本实用新型提出一种大跨度钢桁梁顶推用钢导梁。
[0004] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0005] -种大跨度钢桁梁顶推用钢导梁，包括导梁主体，导梁主体包括两片桁片单元，桁 片单元包括上弦杆、下弦杆和若干个斜杆，若干个斜杆在上弦杆、下弦杆之间呈"W"形设置， 所述导梁主体包括前端的第一导梁段、后端的第二导梁段，第一导梁段与第二导梁段之间 通过第三导梁段连接一起，所述第三导梁段为高度渐变段，所述第一导梁段、第二导梁段均 由若干个节段组成，节段之间的距离形成节间长度，所述第一导梁段的导梁高度与节间长 度之比等于第二导梁段的导梁高度与节间长度之比，且第一导梁段的导梁高度小于第二导 梁段的导梁高度。
[0006] 导梁前端刚度相对较小，统一高度的选择导致前段结构高，而杆件截面偏弱，容易 引起失稳及结构振动，需要适当降低节间整体尺寸。本实用新型的大跨度钢桁梁顶推用钢 导梁设置第一导梁段的高度及节间长度小于第二导梁段，并将二者导梁高度与间节长度之 比相同，可获得较大的净悬臂，实现大跨度过墩。
[0007] 本实用新型制备了 180m的大跨度钢桁梁顶推用钢导梁，但技术方案中"大跨度" 指相对大跨度，即采用本申请的技术方案相对于常规技术能够实现相对大跨度。
[0008] 另外，根据本实用新型实施例的大跨度钢桁梁顶推用钢导梁还可以具有以下附加 技术特征：
[0009] 优选的，所述导梁高度与节间长度之比为9:5。
[0010] 优选的，所述第一导梁段的导梁高度为第二导梁段的导梁高度的1/2。
[0011] 优选的，所述第一导梁段和第二导梁段的上下平联处的杆件连接结构相同。
[0012] 优选的，所述上下平联处由两个平联杆件按照十字交叉法连接。
[0013] 优选的，所述第三导梁段具有两个节段。
[0014] 优选的，还包括若干个剪力撑，所述剪力撑设置在所述两桁片单元的相对应的斜 杆之间，且桁片单元上倾斜方向相同的斜杆间隔设置所述剪力撑。
[0015] 优选的，所述导梁本体下弦杆长度为120m，上弦杆总长度为125m，导梁本体宽度 为11m;第一导梁段的长度为40m，导梁高度为9m，节间长度为10m，第二导梁段的长度为 60m，导梁高度为18m，节间长度为20m，第三导梁段下弦长度为20m，第三导梁段上弦长度 25m；
[0016] 优选的，所述导梁本体靠近待安装的钢桁梁的至少一节上弦杆长度减短，从而实 现导梁本体前段（第一导梁段前段）预抬高。优选的，采用三节上弦杆（m9ml0、ml0mll、 mllml2)长度减短30mm，实现导梁前端预抬高500mm。
[0017] 所述第二导梁段的两桁片的杆件箱型截面，其余杆件为工字型截面；
[0018] 导梁本体杆件均采用Q370qD钢材制作。
[0019] 本实用新型专利针对最大净悬臂160m，跨度180m的顶推施工，在国内外尚属首 次。
[0020] 本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述 中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
【附图说明】
[0021] 本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中 将变得明显和容易理解，其中：
[0022] 图1为本实用新型大跨度钢桁梁顶推用钢导梁的整体结构图；
[0023] 图2为图1的导梁上平联整体图；
[0024] 图3为图1的导梁下平联整体图；
[0025] 图4为导梁各节段剪力值；
[0026] 图5为导梁各节段弯矩值；
[0027] 图6为第一剪力撑结构图；
[0028] 图7为第二剪力撑结构图。
[0029] 附图标记说明：
[0030] 上弦杆gl;下弦杆g2 ;斜杆g3 ;第一导梁段dl;第二导梁段d2 ;第三导梁段d3 ;钢 桁梁h。
【具体实施方式】
[0031] 下面详细描述本实用新型的实施例，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或 类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的， 旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0032] 在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚 度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底" "内"、"外"等指示的方 位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描 述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作， 因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0033] 此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性 或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或 者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，"多个"的含义是至少两个， 例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0034] 下面参照附图来描述根据本实用新型实施例的大跨度钢桁梁顶推用钢导梁。图 1-图3具体显示了本实施例的大跨度钢桁梁顶推用钢导梁，它包括导梁主体，导梁主体包 括两片桁片单元，桁片单元包括上弦杆gl、下弦杆g2和若干个斜杆，若干个斜杆在上弦杆 gl、下弦杆g2之间呈"W"形设置。导梁主体包括前端的第一导梁段dl、后端的第二导梁段 d2,第一导梁段dl与第二导梁段d2之间通过变截面的第三导梁段d3连接一起，第三导梁 段d3为高度渐变段，由两个节段组成。第一导梁段dl、第二导梁段d2均由若干个节段组 成，节段之间的距离形成节间长度。第一导梁段dl和第二导梁段d2的上下平联处的杆件连 接结构相同。第一导梁段dl的导梁高度与节间长度之比等于第二导梁段d2的导梁高度与 节间长度之比，均为9:5,且第一导梁段dl的导梁高度为第二导梁段d2的导梁高度的1/2。
[0035] 其具体结构特点如下：
[0036] 设计要求：利用主桥钢桁梁h40m，设计导梁120m实现最大净悬臂160m，最大跨度 180m的过墩。
[0037] 结构特点：
[0038] 1、钢桁梁h的前端设计钢导梁，根据钢桁梁h的宽度，按照中心线间距11m设计钢 导梁。钢导梁设计长度为120m，减小前端导梁的自重，高度变化一次，前端40m导梁高度为 9m，节间长度为10m;40-60m节间为导梁高度渐变段，后端60m导梁高度为18m，节间长度 为20m，导梁主桁采用接近等边三角形桁架。导梁的横向连接采用工字形截面，按照十字交 叉法连接。抗扭采用若干环向剪刀撑，与设置在与两桁片单元的相对应的斜杆同一平面，且 桁片单元上倾斜方向相同的斜杆间隔设置所述剪力撑。
[0039] 高度9m的前端导梁主桁及变截面中间处的两根斜杆和上下平联均为工字型截 面，其余均为箱型截面。
[0040] 具体而言，导梁的主体结构尺寸为：导梁本体下弦长度为120m，上弦总长度为 125m，导梁本体宽度为11m;第一导梁段dl的长度为40m，导梁高度为9m，节间长度为10m， 第二导梁段d2的长度为60m，导梁高度为18m，节间长度为20m，第三导梁段d3下弦长度为 20m，第三导梁段d3上弦长度25m。
[0041] 导梁采用三段上弦杆gl长度减短30mm，实现导梁前端预抬高500mm。
[0042] 如图1-3所示，图中编号1~49为导梁杆件，50为钢桁梁上弦杆gl，51为钢桁梁 下弦杆g2, 52为钢桁梁斜杆，54为钢桁梁竖杆。图中编号Ml~M12为导梁上弦杆节点编 号，N1~N12为导梁下弦杆节点编号，A1~A3为主钢桁梁上弦杆节点编号，E0~E3为主 钢桁梁下弦杆节点编号。
[0043] 2、各杆件之间的角度优化选择。上、下弦杆gl、g2主要承受弯矩，斜杆主要承受剪 力，斜杆与弦杆之间的角度大小直接决定了剪力传递效率，角度越大传递剪力的效率越高， 同时杆件的密度越大，数量越多，重量越大；角度越小，剪力传递效率越低，杆件密度越低， 重量越轻。同时钢导梁采用Q370qD钢材，利用高强度材料减轻导梁结构自重。
[0044] 导梁工况复杂，尤其是节点板处，反复的拉压力集中于节点板，节点板失稳是导梁 破坏的主要的形式，是整个导梁的最薄软部位。斜杆角度设置是否合理，决定了杆件深入节 点板内的长度和整体节点板大小，直接决定了节点板面外刚度。杆件端头距节点板中心距 离越小，越能保证节点板平面外的刚度，保证节点板稳定性。根据本申请人的研究发现，节 点板两根斜杆与上、下弦杆gl、g2布置最合理角度0为arctan9/5 = 60. 9°~61°，可选 范围为60° -62°，近似于等于三角形。斜杆深入节点板的相互干扰最小，斜杆端头最接近 节点板中心。因此，钢桁梁顶推施工导梁斜杆最合理倾角为61°。
[0045] 采用近期等边三角形既保证结构重量不大幅增加，又使杆件剪力高效传递，同时 节点板设计最合理紧凑