专利名称：一种节段预制矩形钢管混凝土桁架的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及本实用新型涉及工业与民用建筑、桥梁结构与施工技术领域，特别是涉及一种适用于桥梁等建造中的节段预制矩形钢管混凝土桁架。
背景技术：
桁架由直杆组成的一般具有三角形单元的平面或空间结构。在荷载作用下，桁架杆件主要承受轴向拉力或压力，从而能充分利用材料的强度，在跨度较大时可比实腹梁节省材料，减轻自重和增大刚度，故适用于较大跨度的承重结构和高耸结构，如屋架、桥梁、输电线路塔、卫星发射塔、水工闸门、起重机架等。预制节段现场拼装施工技术的主要优点(1)梁体在工厂分段预制，可实现标准化设计和施工，质量好，风险小；上部结构几何线形容易控制；(2)上部结构节段预制与下部结构施工可同时进行，施工速度快，缩短了施工工期；C3)施工机械化程度高，特别适合于长大桥梁的快速施工；(4)对桥址周围自然生态环境破坏小，对桥下现有交通及周边社区环境影响小。节段预制节段预制安装是目前桥梁上部结构的施工方法之一。主要针对预应力混凝土箱梁、钢箱梁和钢桁架梁，将主梁分节段先预制好，在现场吊拼。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种节段预制矩形钢管混凝土桁架。采用如下技术方案一种节段预制矩形钢管混凝土桁架，包括上弦杆、下弦杆、竖杆和斜腹杆，上弦杆、 下弦杆、竖杆和斜腹杆为直线型薄壁矩形钢管，其中，在上弦杆或/和下弦杆的内部填充混凝土结构，上弦杆、下弦杆、竖杆和斜腹杆焊接在一起。所述的节段预制矩形钢管混凝土桁架，所述下弦杆内部张拉预应力钢筋。所述的节段预制矩形钢管混凝土桁架，所述直线型薄壁矩形钢管的横截面最小尺寸大于等于100mm，壁厚大于等于4mm，截面的高宽比小于等于2。所述的节段预制矩形钢管混凝土桁架，所述直线型薄壁矩形钢管的内壁上焊接栓钉。所述的节段预制矩形钢管混凝土桁架，所述直线型薄壁矩形钢管的内壁上设置纵向加劲肋。矩形钢管混凝土桁架的优点(1)矩形钢管混凝土桁架节点形式简单、表面平整， 便于连接。与圆形截面钢管混凝土结构相比，矩形截面钢管混凝土结构构件之间的交贯线在一个平面内，便于加工和构件之间的连接。在桁架结构中，矩形截面钢管混凝土结构在节点方面的优势体现得更加充分。( 矩形钢管混凝土桁架构件截面惯性矩大、稳定性能好。 与圆形截面钢管混凝土受压构件相比，矩形钢管混凝土受压构件截面的惯性矩相对较大， 其稳定性能好，因此，对于受稳定性能控制的中长构件，矩形截面钢管混凝土受压构件优于圆形截面钢管混凝土受压构件。(3)有利于桥面板的施工。由于矩形钢管混凝土桁架的杆件截面是矩形的，这样在主梁建成后桥面结构的处理上变得更加容易。可以将桥面板直接放置在矩形截面桁架上，就可以取得较稳定的效果，从而减少与桥面板的连接构造，并且更为经济。
图1为节段预制矩形钢管混凝土桁架结构示意图；图2为节段预制矩形钢管混凝土桁架断面示意图；图3为节段预制矩形钢管混凝土桁架断面示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本实用新型进行详细说明。节段预制矩形钢管混凝土桁架，如图1、2所示，包括上弦杆10、下弦杆20、竖杆30 和斜腹杆40，上弦杆10、下弦杆20、竖杆30和斜腹杆40为直线型薄壁矩形(横截面为矩形)钢管，其中，在上弦杆10或/和下弦杆20 (可以单独在上弦杆10或下弦杆20之一填充混凝土，也可以同时都填充)的内部填充混凝土结构50，上弦杆10、下弦杆20、竖杆30和斜腹杆40焊接在一起，形成桁架节段，然后将桁架节段以焊接或连接件的方式连接起来形成整体桁架。如图3所示，优选的，可以将钢管混凝土与预应力技术的优点相结合，形成预应力钢管混凝土组合构件或结构，可扩展其应用范围。例如可以采用先张法的加载方案，先张法就是先张拉预应力钢筋201，然后再浇筑混凝土的方法，待混凝土达到要求的强度后，切断或放松预应力钢筋，依靠预应力钢筋与周围的混凝土之间的粘结力来传递预应力。采用拉索法施加预应力，将柔性拉索锚固于结构体系内的节点上，借助张拉钢索在结构内部产生预应力。张拉钢索的方法有千斤顶张拉法、千斤顶推顶法等。张拉时要分批对称张拉，以防止发生桁架平面外失稳。优选的，矩形钢管混凝土桁架的结构满足以下要求①上弦杆10、下弦杆20、竖杆30和斜腹杆40所采用的矩形钢管的横截面最小尺寸(即横截面的宽度或者高度中最小尺寸)大于等于100mm，矩形钢管壁厚大于等于4mm， 截面的高宽比小于等于2。当矩形钢管混凝土构件截面最大边尺寸不小于800mm时，宜采取在矩形钢管内壁上焊接栓钉或者设置纵向加劲肋等构造措施。②上弦杆10、下弦杆20所采用钢管管壁的宽厚比60^60^/235//;，b为板件宽度；t为板件厚度；fy为钢材的屈服强度，弦杆钢管壁厚不宜小于腹杆钢管壁厚。③腹杆钢管的宽厚比不宜大于35^/235/y； ’也不宜小于I5V235//,。④杆件轴线间的夹角不宜小于30°。⑤节点(弦杆和腹杆交接的位置称为节点)处较大腹杆宽度不应大于较小腹杆的宽度的1. 5倍。⑥腹杆和弦杆的宽度比β应在下列范围Τ、Υ型节点(根据节点位置处杆件的形状定的Τ、Y和N、K型等，和相应的字母相符就定义)0. 25 < β < 1.0，K型节点或N型节点0. 35彡β彡1. 0。应用前景矩形钢管混凝土桁架利用混凝土良好的受压性能作为桁架的受压杆件，利用钢管本身作为桁架的受拉杆件，能充分发挥钢管、混凝土材料的性能，现将其在桥梁中的应用前景总结如下(1)连续梁桥连续梁桥以其结构受力性能好、变形小、伸缩缝少、行车平顺、造型美观、养护容易等而成为最富有竞争力的主要桥型之一。实际工程中，主梁一般采用预应力混凝土结构，箱型截面由于具有较大的抗弯抗扭刚度也得到了广泛的应用。结合矩形钢管的特点和优点， 将矩形钢管混凝土桁架应用于连续梁桥中，是完全可行的，主要具有以下特点①能够减轻主梁自重。连续梁桥主梁一般采用预应力混凝土结构，其自重较大，限制了桥梁跨度的进一步发展。如果采用矩形钢管混凝土桁架主梁，可以有效的减轻自重，减小主梁截面尺寸， 有利于桥梁跨度的增大。②能够方便主梁施工。采用节段预制、现场拼装的施工技术避免了现场灌注混凝土带来钢管内填混凝土质量难以控制、施工工序增加、施工速度慢的缺点， 实现了工厂化预制，加快施工进度，节省工期，降低造价；③有利于桥面板的施工。由于矩形钢管混凝土桁架的杆件截面是矩形的，这样在主梁建成后桥面结构的处理上变得更加容易。可以将桥面板直接放置在矩形截面桁架上，就可以取得较稳定的效果，从而减少与桥面板的连接构造，并且更为经济。(2)悬索桥中的应用在特大跨径桥梁方案的比选中，特别是当跨径在千米以上时，悬索桥往往占有绝对优势。但随着跨径的向前发展，其加劲梁的自重在结构总荷载中所占的比例增大很快，因此在特大跨径悬索桥中，加劲梁都采用钢箱梁或平面钢桁架组成的封闭截面。采用钢箱梁尽管其抗弯及抗扭刚度大，抗风性能也好，造型简洁轻盈，但存在用钢量大、材料费及加工费高、块件重、拼装难度大等问题。而采用由型钢组成的平面的桁架结构，尽管横断面上可以每隔一定距离利用斜撑或横向桁架进行加强，以提高其抗扭刚度及结构的整体性，也有利于传递桥面荷载，但其横桥向抗弯、横截面的抗扭刚度以及抗风稳定性仍欠佳，而且节点构造复杂，用钢量也较多。实际上悬索桥的主要承重构件是缆索系统而不是加劲梁，但作为结构总体的一个重要组成部分，也不能忽视加劲梁的作用，必须使其满足行车功能及抵抗横向风力及地震力的要求。同时必须提供抗扭刚度，以满足空气动力稳定性要求。当然必要的竖向抗弯刚度也是需要的，以利于活载在顺桥向的分布。如果采用矩形钢管混凝土桁架梁式结构作为悬索桥的加劲梁，将具有以下优点①有利于主梁的受力。悬索桥主梁虽然不是主要的承重构件，但它是一种大跨径结构，主梁的抗风抗震就显得更为重要。采用矩形钢管混凝土桁架主梁，由于其自重大于钢桁架，这对于桥梁的抗风抗震稳定性是有利的。另外，主梁的用钢量将大为减少，在满足主梁受力的前提下，能够有效地降低工程造价，达到一个较好的技术经济效益。②有利于主塔的受力。相对于钢筋混凝土主塔，矩形钢管混凝土桁架主塔除了能够承受主缆传来的压力荷载外，还能较好的承受主塔中可能存在的弯矩作用。另外，它还能够可以有效地减少自重，对基础和地基的要求也将大大降低。③在自锚式悬索桥中，主梁除了受到来自自重和车辆荷载的弯矩外，还受到来自于主缆的较大的水平分力，该分力将会对主缆产生较大的压力作用。矩形钢管混凝土桁架梁正好具有良好的轴向抗压性能。 应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换， 而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
权利要求1.一种节段预制矩形钢管混凝土桁架，其特征在于，包括上弦杆、下弦杆、竖杆和斜腹杆，上弦杆、下弦杆、竖杆和斜腹杆为直线型薄壁矩形钢管，其中，在上弦杆或/和下弦杆的内部填充混凝土结构，上弦杆、下弦杆、竖杆和斜腹杆焊接在一起。
2.根据权利要求1所述的节段预制矩形钢管混凝土桁架，其特征在于，所述下弦杆内部张拉预应力钢筋。
3.根据权利要求1所述的节段预制矩形钢管混凝土桁架，其特征在于，所述直线型薄壁矩形钢管的横截面最小尺寸大于等于100mm，壁厚大于等于4mm，截面的高宽比小于等于 2。
4.根据权利要求1所述的节段预制矩形钢管混凝土桁架，其特征在于，所述直线型薄壁矩形钢管的内壁上焊接栓钉。
5.根据权利要求1所述的节段预制矩形钢管混凝土桁架，其特征在于，所述直线型薄壁矩形钢管的内壁上设置纵向加劲肋。
专利摘要本实用新型公开了一种节段预制矩形钢管混凝土桁架，包括上弦杆、下弦杆、竖杆和斜腹杆，上弦杆、下弦杆、竖杆和斜腹杆为直线型薄壁矩形钢管，其中，在上弦杆或/和下弦杆的内部填充混凝土结构，上弦杆、下弦杆、竖杆和斜腹杆焊接在一起。由于矩形钢管混凝土桁架的杆件截面是矩形的，这样在主梁建成后桥面结构的处理上变得更加容易。可以将桥面板直接放置在矩形截面桁架上，就可以取得较稳定的效果，从而减少与桥面板的连接构造，并且更为经济。
文档编号E04B1/30GK201972237SQ201120053620
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月3日 优先权日2011年3月3日
发明者刘永健, 周绪红, 石宇 申请人:长安大学